一种铁路用抗弯折电缆的施工方法与流程

1.本发明属于电缆施工方法领域，更具体地，涉及一种铁路用抗弯折电缆的施工方法。


背景技术：

2.电气化铁路由于其牵引功率大、节能环保、运营能力高、速度快等优点,是当前世界各国优选的铁路牵引动力方式。由于铁路运输对安全型近乎苛刻的要求,系统可靠性永远是铁路技术发展的首要指标之一。供电系统是电气化铁路建设的核心部分,电气化铁路电缆作为牵引动力的传输纽带,则是整个供电系统的源头。
3.现有技术中的电气化铁路电缆多数采用直埋或电缆沟敷设,环境比较潮湿,甚至长期与水接触,电缆容易受潮，电缆受潮后水分会逐渐渗透到电缆绝缘内部的导线上，影响电缆的使用寿命。同时现有技术中的铁路电缆均是在靠外一层设置金属铠装层，来增加电缆的抗拉强度，但是导线在弯曲时金属铠装层会对其内部设置的导线进行挤压，有可能造成导线的破裂等，同时电缆在收卷时不易弯曲，影响其收卷、转运和施工。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种铁路用抗弯折电缆的施工方法，其利用碳纤维材料重量轻，强度高的特色，可以使得导体外层不加金属铠装，减轻重量的同时增加了导体的综合强度，提高了导线的安全可靠性，而且绝缘护套使得碳纤维复合导线有一个预弯曲，即有一个弯曲指引路径，便于电缆结构顺着该弯曲指引路径继续弯曲而不会朝其它方向随意弯曲，更容易收卷；通过将收卷的铁路用抗弯折电缆在放出时通过放线装置进行电缆加热，从而使电缆内部各种热膨胀系数不一导线材料受热又变冷后，界面脱开从而消除应力，来调整电缆内部应力，可方便的直接用于施工，由此解决电缆抗弯性能强则不易收卷，收卷后产生较大内部应力，施工时由于难以消除内部应力，导致施工困难的技术问题。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种铁路用抗弯折电缆的施工方法，所述铁路用抗弯折电缆包括绝缘护套以及设置在所述绝缘护套内部的绝缘内衬、绕包层和碳纤维复合导线，所述碳纤维复合导线包括内芯和套在所述内芯上的导体，所述内芯为碳纤维扁线，所述绕包层缠绕在所述导体和所述绝缘内衬上，从而包裹住所述所述导体和所述绝缘内衬，所述绝缘护套套在所述绕包层上，并且该绝缘护套使得所述碳纤维复合导线绕x轴弯曲，其中，所述x轴为与该内芯的横截面的长度方向平行的直线，所述碳纤维复合导线在所述绝缘护套内保持预拉状态，即该碳纤维复合导线上存在预拉应力，其特征在于，该施工方法如下：
6.1)将铁路用抗弯折电缆缠绕在放线盘上，其中，所述放线盘的中心线与x轴平行；
7.2)将放线盘上的铁路用抗弯折电缆放出，然后：
8.2.1)对于铁路用抗弯折电缆的直线放线施工，让铁路用抗弯折电缆经过一加热
器，通过加热器对所述铁路用抗弯折电缆进行加热来消除碳纤维复合导线上的预拉力，以使铁路用抗弯折电缆经过加热器后的铁路用抗弯折电缆保持直线状态，其中，所述碳纤维复合导线的热量传导方向是从碳纤维复合导线的内弧面至外弧面的方向；
9.2.2)对于铁路用抗弯折电缆的转角处放线施工，在转角处顺着铁路用抗弯折电缆的弯曲方向来让铁路用抗弯折电缆保持弯曲状态通过转角处。
10.优选地，所述加热器，包括底座以及垂直于底座由内而外同轴嵌套设置的发热轴芯和内筒；所述发热轴芯具有功率可调的电加热元件以及温控器，所述温控器负反馈调节所述电加热元件的电加热元件的功率，控制所述发热轴芯的温度在预设的温度范围之内；所述内筒与所述底座配合，用于绕缠放线盘放出的待调整应力的铁路用抗弯折电缆并进行加热调整其应力；所述加热器放出的铁路用抗弯折电缆，为游离端或由牵引装置牵引，用于施工。
11.优选地，所述铁路用抗弯折电缆的加热温度为70℃
±
10℃。
12.优选地，所述加热器包括外筒，所述外筒与所述底座配合，所述外筒具有铁路用抗弯折电缆进入的入口和铁路用抗弯折电缆放出的出口，所述入口和出口处分别布置有瓣膜型单向预紧夹具；
13.所述内筒与外筒异步相对转动，在不同时隙分别产生所述外筒相对于所述内筒沿绕缠方向的转动和所述内筒相对于所述外筒沿绕缠方向的转动：当所述外筒相对于所述内筒沿绕缠方向转动时，所述铁路用抗弯折电缆由于入口和出口的瓣膜型单向预紧夹具的固定，其相对于外筒固定，相对于内筒产生移动，使得电缆进入加热器；当所述内筒相对于所述外筒沿绕缠方向转动时，所述铁路用抗弯折电缆和瓣膜型单向预紧夹具松脱，其相对于内筒固定，相对于外筒产生移动，使得电缆放出加热器。
14.优选地，所述出口具有仅允许电缆单向放出的瓣膜型单向预紧夹具，优选所述入口具有仅允许电缆单向进入的瓣膜型单向预紧夹具；优选所述外筒内侧具有与所述铁路用抗弯折电缆配合的螺旋形沟槽，用于限制所述铁路用抗弯折电缆的绕缠轨迹。
15.优选地，所述外筒由多个侧面组件拼接而成，所述侧面组件具有扇环形横截面，所述多个侧面组件的扇环形横截面拼接成外筒的环形横截面，工作时在初始绕缠之后将所述外筒的侧面组件拼接组合在绕缠有铁路用抗弯折电缆的内筒之外，使得铁路用抗弯折电缆分别通过入口和出口，并在入口和出口装夹所述瓣膜型单向预紧夹具。
16.优选地，所述瓣膜型单向预紧夹具整体呈v形，其包括两个夹臂，每个夹臂分别通过转轴安装在外筒上并且所述转轴上套接有用于夹臂回位的扭簧。
17.优选地，所述内芯的强度为2100mpa-2750mpa。
18.优选地，所述绝缘护套包括内层和外层，并且它们均由交联聚乙烯制成。
19.优选地，对于所述绝缘护套的横截面而言，其由两段弧线分别取代梯形的两底形成的图形，并且两段弧线的开口朝向相同，取代梯形较短的底的弧线的开口朝向梯形的宽度较大的一端。
20.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
21.1)本发明提出的铁路用抗弯折电缆的施工方法，采用碳纤维扁线制成的内芯和导体复合形成碳纤维复合导线，利用碳纤维材料重量轻，强度高的特色，可以使得导体外层不
加金属铠装，减轻重量的同时增加了导体的综合强度，提高了导线的安全可靠性。
22.2)本发明提出的铁路用抗弯折电缆的施工方法，碳纤维扁线相比圆线，绕平行于横截面长度方向的直线的弯曲性能更佳。设计时抗弯折电缆结构巧妙的设计绝缘护套，使得抗弯折电缆结构顺着内层的碳纤维扁线的更容易弯曲的方向弯曲，在保证抗弯折电缆结构强度的同时，使得抗弯折电缆结构的弯曲性能更佳，更容易在绕线盘上收卷。
23.3)本发明提出的铁路用抗弯折电缆的施工方法，综合重量得到减轻，同时电缆结构的综合强度更高，能减小弧垂，弧垂特性更优秀，使得电缆结构用于桥架铺设或者架空铺设成为可能。
24.4)本发明提出的铁路用抗弯折电缆的施工方法，通过将收卷的铁路用抗弯折电缆在放出时通过放线装置进行电缆加热，从而使电缆内部各种热膨胀系数不一导线材料受热又变冷后，界面脱开从而消除应力，来调整电缆内部应力，可方便的直接用于施工，由此解决电缆抗弯性能强则不易收卷，收卷后产生较大内部应力，施工时由于难以消除内部应力，导致施工困难的技术问题。
附图说明
25.图1是本发明的铁路用抗弯折电缆的剖面示意图；
26.图2是本发明的铁路用抗弯折电缆初始成型后的弯曲状态的示意图；
27.图3是本发明的铁路用抗弯折电缆施工时的示意图；
28.图4是本发明的铁路用抗弯折电缆经过加热器时的示意图。
29.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
30.1-碳纤维扁线；2-导体；3-内衬；4-绝缘护套；41-内芯；42-导体；5-放线盘；6-加热器；61-底座；62-电加热元件；63-内筒；64-外筒；65-夹臂；7-电缆。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
32.参照图1～图4，一种铁路用抗弯折电缆7结构，包括绝缘护套1以及设置在所述绝缘护套1内部的绕包层3、绝缘内衬2和碳纤维复合导线4，其中：
33.所述碳纤维复合导线4包括内芯41和套在所述内芯41上的导体42，所述内芯41为碳纤维扁线，所述导体42的横截面的外边缘为圆形、椭圆形或者梯形，导体42的电性能一般按照材质，材质有铜，铜合金，软铝或硬铝，导电率从61.5％iacs～100％iacs。采用碳纤维扁线与导体42复合的结构，不仅提高了导体42的弯曲性能，也提高导体42的强度，与常规导线相比，碳纤维复合导线4具有重量轻、抗拉强度大、耐热性能好、热膨胀系数小、高温弧垂小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好。
34.所述绕包层3缠绕在所述导体42和所述绝缘内衬2上，从而包裹住所述所述导体42和所述绝缘内衬2；绝缘内衬2起填充和屏蔽作用，需要保证绝缘内衬2外形的规整，方便后面用绕包层3来进行绝缘包覆，绕包层3优选采用玻纤带，其具有耐高温、保温隔热、绝缘、防
火阻燃的优点。
35.所述绝缘护套1套在所述绕包层3上，并且该绝缘护套1使得所述碳纤维复合导线4绕x轴弯曲，其中，所述x轴为与该内芯41的横截面的长度方向平行的直线。所述绝缘护套1自身存在着内应力，可以从绝缘护套1自身的材料、制造工艺、形状特征等方面进行考虑来让绝缘护套1自身存在着内应力譬如可通过数值模拟仿真、设计、实验等来达到，使得绝缘护套1在初始成型后便是弯曲状态，绝缘护套1成型后自身也是绕x轴弯曲，其弯曲带着所述碳纤维复合导线4也绕x轴弯曲。本发明优选从绝缘护套1的形状进行考虑，对于所述绝缘护套1的横截面而言，其由两段弧线分别取代梯形的两底形成的图形，梯形优选为等腰梯形并且两段弧线的开口朝向相同，取代梯形较短的底的弧线称上弧的开口朝向梯形的宽度较大的一端，取代梯形较短的底的弧线称下弧的长度要大于上弧。则绝缘护套1通过这样的横截面的设置，可以在成型后就因为上下上弧和下弧的不对称而受到内应力，从而呈弯曲状态。由于内芯41为碳纤维扁线，按照本领域技术人员的理解，扁线的横截面存在着宽方向对应长度方向和窄方向对应宽度方向。譬如，本发明的扁线的横截面可以为常规的长方形、椭圆或圆角矩形等形状，为长方形时，x轴方向为长方形的长的方向；为椭圆时，x轴方向为椭圆的长轴方向；为圆角矩形时，为与圆角矩形的最长的边平行的方向；扁线的横截面也可以为其它的扁平的异形，则其横截面的长度方向按本领域技术人员对图形长度方向的常规理解来定义，譬如通俗的理解为视觉上较长的方向或边缘上间距最大的两个点的连线的方向等。譬如，参照图1，对于横截面为椭圆的内芯41，该内芯41绕平行于其长轴的x轴弯曲，显然比绕平行于其短轴的y轴更容易弯曲，或者比与x轴呈一定角度的转动中心线更容易弯曲，其绕x轴进行弯曲的性能显然更好，因此更容易在绕线盘上收卷。
36.进一步，所述碳纤维复合导线4在所述绝缘护套1内保持预拉状态，即该碳纤维复合导线4上存在预拉应力。预张力处理后，碳纤维复合导线4的内芯41处于预张状态，存在拉应力。因为内芯41的碳纤维材料的抗拉性能高而抗压性能差，内芯41在弯曲时，内芯41的外层受拉伸而内层受挤压，由于碳纤维复合导线4整体预先施加了一个拉应力，因此可以使得碳纤维复合导线4进行弯曲时，内芯41的内层先克服预加的张力后才可以进入弯曲状态受压，避免了碳纤维复合导线4经历小角度或者锐角弯曲时，内芯41的内层受到很大的压应力折断。
37.进一步，所述内芯41的横截面的等效圆直径为3.5mm-11mm，所述导体42的横截面的外边缘的面积为5mm2～30mm2，所述内芯41的强度为2100mpa-2750mpa。电缆尺寸是按照现行的钢芯截面积做的等效对应，复合材料的好处是可以精确的设计需要的强度和对应模量，强度范围是针对成本控制和实际需求的一个平衡。
38.进一步，所述碳纤维复合导线4设置有多根，所述绝缘内衬2填充在任意相邻两根碳纤维复合导线4与绝缘护套1围成的空间内。这些碳纤维复合导线4的长度方向相同，都可绕平行于长度方向的直线弯曲。
39.进一步，所述绝缘护套1包括内层和外层，并且它们均由交联聚乙烯制成。绝缘护套1采用两层形式，内层屏蔽的作用是因为导体42表面不均匀，所以需要内层屏蔽包裹保证表面均匀无毛刺，方便外层屏蔽包裹，内层屏蔽起到半绝缘作用，外层屏蔽起绝缘作用。
40.碳纤维扁线在其较宽的宽侧的弯曲性能更佳，同时因为其强度很高，是钢强度的1.5倍，可以取消外层提供强度的铠装，使得导线在保证强度的同时更佳容易弯曲。对于大
规格大直径，电缆7可以减小收线盘，使得生产，运输施工更方便。对于小规格小直径电缆7，可以提高施工安全性，同时可以采用桥架铺设或者架空铺设，可以减少地面进水等环境因素影响，提高电缆7寿命。
41.专用于铁路用抗弯折电缆7的施工方法如下：
42.1)将铁路用抗弯折电缆7缠绕在放线盘5上，其中，所述放线盘5的中心线与x轴平行；
43.2)将放线盘5上的铁路用抗弯折电缆7放出，然后：
44.2.1)对于铁路用抗弯折电缆7的直线放线施工，让铁路用抗弯折电缆7经过一加热器6，通过加热器6对铁路用抗弯折电缆7加热来消除碳纤维复合导线4上的预拉力，以使铁路用抗弯折电缆7经过加热器6后的铁路用抗弯折电缆7保持直线状态；其中，所述碳纤维复合导线4的热量传导方向是从碳纤维复合导线4的内弧面至外弧面的方向(由于碳纤维复合导线4成型后就是弯曲的，因此其本身就具有内弧面和外弧面)；因为本身绝缘护套1的不对称设计，在消除应力放线施工后，如果遇到不规范野蛮施工，导体42和绝缘护套1会因为受到应力作用而出现弯曲的现象，在绝缘护套1上会留下譬如凸痕或鼓包的痕迹，方便施工时检查。
45.2.2)对于铁路用抗弯折电缆7的转角处放线施工，在转角处顺着铁路用抗弯折电缆7的弯曲方向来让铁路用抗弯折电缆7保持弯曲状态通过转角处，更加轻松。
46.所述放线盘5包括电缆7盘载具、轴承、支架和阻尼调节器；所述电缆7盘载具用于装载有收卷的铁路用抗弯折电缆7，其通过轴承与所述支架相连，支架和轴承之间设置阻尼调节器，用于调节放线盘5的放线张力；放线张力控制在1～1.5t。
47.所述加热器6，包括底座61以及垂直于底座61由内而外同轴嵌套设置的发热轴芯和内筒63；
48.所述发热轴芯具有功率可调的电加热元件62、以及温控器，所述温控器负反馈调节所述电加热元件62的电加热元件62的功率，控制所述发热轴芯的温度在预设的温度范围之内；所述电加热元件62为中频线圈；所述预设的温度范围在70℃
±
10℃；
49.所述内筒63，沿底座61中轴转动，用于绕缠放线盘5放出的待调整应力的铁路用抗弯折电缆7并进行加热调整其应力，针对上文提到的横截面形状的铁路用抗弯折电缆7，所述内筒63具有与所述铁路用抗弯折电缆7的内弧面配合的螺旋凸起，螺旋凸起的横截面为弓形，用于限制所述铁路用抗弯折电缆7的绕缠轨迹，所述外筒64上设置有与外弧面配合的螺旋槽，螺旋槽的横截面也为弓形，用于限制所述铁路用抗弯折电缆7的绕缠轨迹。
50.所述外筒64与所述底座61配合，所述外筒64具有铁路用抗弯折电缆7进入的入口和铁路用抗弯折电缆7放出的出口；所述出口具有仅允许电缆7单向放出的瓣膜型单向预紧夹具，所述入口具有仅允许电缆7单向进入的瓣膜型单向预紧夹具；所述外筒64内侧具有与所述铁路用抗弯折电缆7配合的螺旋形沟槽，用于限制所述铁路用抗弯折电缆7的绕缠轨迹；所述外筒64由两个侧面组件拼接而成，所述侧面组件具有半圆环形横截面，所述两个侧面组件的半圆环形横截面拼接成外筒64的环形横截面，工作时在初始绕缠之后将所述外筒64的侧面组件拼接组合在绕缠有铁路用抗弯折电缆7的内筒63之外，使得铁路用抗弯折电缆7分别通过入口和出口，并在入口和出口装夹所述瓣膜型单向预紧夹具。
51.所述底座61，具有内圈与外圈，所述内圈与内筒63配合，所述外圈与外筒64配合。
所述内筒63与内圈可转动安装，或者固定安装；同样的所述外圈与外筒64可以可转动的安装或固定安装；内圈与外圈可以相对转动或相对固定；只要实现内筒63和外筒64的相对转动，并不限于内筒63与底座61、外筒64与底座61的固定方式。优选的方式为：内筒63与内圈固定配合，由与中轴固定的步进马达带动，在一定角度内往复步进转动，外筒64与外圈固定配合，相对于底座61支撑架固定；内圈与外圈相对转动。
52.所述内筒63与外筒64异步相对转动：内筒63正转时,内筒63相对于所述外筒64沿绕缠方向的转动；内筒63反转时，所述内筒63相对于所述外筒64沿绕缠方向的转动。当所述外筒64相对于所述内筒63沿绕缠方向转动时，所述铁路用抗弯折电缆7由于入口和出口的瓣膜型单向预紧夹具的固定，其相对于外筒64固定，相对于内筒63产生移动，使得电缆7进入加热器6；当所述内筒63相对于所述外筒64沿绕缠方向转动时，所述铁路用抗弯折电缆7和瓣膜型单向预紧夹具松脱，其相对于内筒63固定，相对于外筒64产生移动，使得电缆7放出加热器6。
53.所述加热器6放出的电缆7，可为游离端直接用于施工。或者也可以填通过牵引轮牵引。
54.铁路用抗弯折电缆7应力控制方法，包括以下步骤：
55.将铁路用抗弯折电缆7收卷电缆7盘，装载在电缆7盘载具上，放出一段电缆7，将铁路用抗弯折电缆7绕缠在加热器6的内筒63上；此时加热器6外筒64脱开；
56.电缆7盘载具的阻尼调节器，使所述放线盘5和加热器6之间的电缆7张力维持在1～1.5t；
57.将两块半圆环截面的外筒64组件拼装在缠有电缆7的内筒63上，并使线缆正好通过外筒64入口和出口，在入口和出口上分别装夹具有楔形瓣膜的瓣膜型单向预紧夹具，使得电缆7只能单向通过加热器6。
58.以步进马达牵引所述铁路用抗弯折电缆7；
59.维持所述加热器6的温度在70℃
±
10℃范围；
60.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。