CN116072335B - 风力发电机用抗扭线缆及生产工艺 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种风力发电机用抗扭线缆及生产工艺，聚合物中轴设置于抗扭电缆的轴心，第一子缆的直径为聚合物中轴直径的0.5至1.2倍，相邻第一子缆的中轴在聚合物中轴的周向上的间距为第一子缆直径的1.05至1.2倍而形成有第一间隙；本发明提供的风力发电机用抗扭线缆及生产工艺，聚合物中轴起支撑作用的同时提供变形功能，第一子缆收紧而产生的形变为聚合物中轴的被压缩形变所吸收；第一子缆在绞合的过程中不相互抵靠，而是具有第一间隙，那么在抗扭线缆在产生扭转时，第一子缆松弛而产生的形变为第一间隙所容纳；具体的相邻第一子缆之间的距离限制即提供了容纳变形的空间，也不会形成过大的空间而使得第一子缆产生位置异常的可能。

Description

风力发电机用抗扭线缆及生产工艺

技术领域

本发明涉及线缆结构领域，特别涉及一种风力发电机用抗扭线缆及生产工艺。

背景技术

线缆在各种场景中具有较为广泛的应用，可以实现控制信号或者监控信号的传输等。而在传输通路较多的情况下，单根线缆中可以集合多根子线缆从而提升其应用功效。风力发电机使用过程中，涉及的传感和控制信号的通路即较为繁杂，需求对线缆进行抗扭设置。在风力发电机中，抗扭线缆发生一定角度的扭转，在风向变化时，风力发电机的风叶的迎风面在跟随风向变化而调整时，风力发电机内部安装的控制电缆也会随之转动，由于电缆两端均已固定，电缆中间部分会受到扭转的力，常规结构电缆在运行一段时间之后就会出现断裂不通电的问题。

由单圈螺旋线的长度的计算公式，当螺旋线(绞合节距)的节距越大，则抗扭线缆中的子缆线发生的形变越大。例如，子缆线围绕一个直径为A的缆芯进行绞合，而子缆线的节距为S，在此过程中，子缆线绞合一圈时，长度L为((πA)²+S²)^1/2；节距越大则在抗扭线缆扭转过程中，变形的比例越大。如国专利CN113555148A中心具有填充块，从而避免在该位置处设置缆芯而遭到的破坏；且沿线缆长度方向上设置中间抗拉耐扭单元，以上的结构较为复杂，且加工复杂，对于线缆中各子缆的缓冲作用不佳。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种风力发电机用抗扭线缆及生产工艺，旨在解决现有抗扭设置具有结构较复杂，加工不便，对于线缆中各子缆的缓冲作用不佳的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种风力发电机用抗扭线缆，包括：

聚合物中轴，设置于所述抗扭电缆的轴心；

第一绞缆层，包括多个环绕所述聚合物中轴绞合的第一子缆，所述第一绞缆层的绞合节距是所述聚合物中轴直径的三十至五十倍，所述第一子缆的直径为所述聚合物中轴直径的0.5至1.2倍，相邻所述第一子缆的中轴在所述聚合物中轴的周向上的间距为所述第一子缆直径的1.05至1.2倍而形成有第一间隙；

第一屏蔽层，设置于所述第一绞缆层的外周；

外保护套层，设置于所述第一屏蔽层的外周。

进一步地，所述第一绞缆层的绞合节距是所述聚合物中轴直径的四十至五十倍，所述第一子缆的数量为六至八根，所述聚合物中轴与所述第一子缆之间还匹配所述第一子缆设置有与所述第一子缆绞合趋势一致的第一分隔条，全部的所述第一分隔条将所述聚合物中轴在周向上完全包裹，且相邻的所述第一分隔条在所述抗扭线缆的周向上相互抵持，所述第一分隔条对应所述第一子缆的面上在其长度方向上设置有第一凹槽，所述第一凹槽在所述第一子缆的周向上包裹范围所对应的圆心角在60至80度，其中，所述第一分隔条远离所述聚合物中轴的自由端位置低于所述第一子缆的中轴。

进一步地，所述第一凹槽的内径为所述第一子缆外径的0.8至0.9倍。

进一步地，所述第一分隔条为发泡材料。

进一步地，所述抗扭线缆还包括第二绞缆层，所述第二绞缆层包括多个环绕所述第一绞缆层绞合的第二子缆，相邻所述第二子缆在所述抗扭电缆周向上形成有第二间隙。

进一步地，所述第一绞缆层与所述第二绞缆层之间分隔有中间保护套层或包带层。

进一步地，所述第一绞缆层与所述第二绞缆层的成缆方向一致，所述第二绞缆层的绞合节距是所述第一绞缆层的绞合节距的1.2至2.0倍。

进一步地，所述聚合物中轴为发泡材料。

进一步地，所述第一屏蔽层的内周还设置有内保护套层。

本发明还提供了一种风力发电机用抗扭线缆的生产工艺，应用于上述的风力发电机用抗扭线缆包括：

S1、将所述第一子缆与所述第一分隔条成对设置于成缆装置；

S2、通过成缆机将多组成对的所述第一子缆与所述第一分隔条绞合于所述聚合物中轴；

S3、加工所述第一屏蔽层于所述第一绞缆层的外周；

S4、挤包所述外保护套层于所述第一屏蔽层的外周。

本发明提供的风力发电机用抗扭线缆及生产工艺，聚合物中轴起支撑作用的同时提供变形功能，第一子缆收紧而产生的形变为聚合物中轴的被压缩形变所吸收；第一子缆在绞合的过程中不相互抵靠，而是具有第一间隙，那么在抗扭线缆在产生扭转时，第一子缆松弛而产生的形变为第一间隙所容纳；具体的相邻第一子缆之间的距离限制即提供了容纳变形的空间，也不会形成过大的空间而使得第一子缆产生位置异常的可能。

附图说明

图1是本发明第一个实施例风力发电机用抗扭线缆示意图；

图2是本发明第一个实施例风力发电机用抗扭线缆中第一子缆与聚合物中轴的适配示意图；

图3是本发明第二个实施例风力发电机用抗扭线缆示意图；

图4是本发明第三个实施例风力发电机用抗扭线缆示意图；

图5是本发明第三个实施例风力发电机用抗扭线缆中第一子缆以及第一分隔条适配于聚合物中轴的示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”“上述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参照图1至5，本发明一实施例中，一种风力发电机用抗扭线缆，包括：

聚合物中轴100，设置于所述抗扭电缆的轴心；

第一绞缆层200，包括多个环绕所述聚合物中轴100绞合的第一子缆210，所述第一绞缆层200的绞合节距是所述聚合物中轴100直径的三十至五十倍，所述第一子缆210的直径为所述聚合物中轴100直径的0.5至1.2倍，相邻所述第一子缆210的中轴在所述聚合物中轴100的周向上的间距为所述第一子缆210直径的1.05至1.2倍而形成有第一间隙220；

第一屏蔽层300，设置于所述第一绞缆层200的外周；

外保护套层400，设置于所述第一屏蔽层300的外周。

现有技术中，风向变化时风力发电机的风叶的迎风面在跟随风向变化而调整时，风力发电机内部安装的控制电缆也会随之转动，由于电缆两端均已固定，电缆中间部分会受到扭转的力，常规结构电缆在运行一段时间之后就会出现断裂不通电的问题；那么由单圈螺旋线的长度的计算公式，当螺旋线(绞合节距)的节距越大，则抗扭线缆中的子缆线发生的形变越大，目前的抗扭设置具有结构较为复杂，加工不便，对于线缆中各子缆的缓冲作用不佳的问题。

本发明中，由于轴心处无法进行缓冲，将聚合物中轴100设置于抗扭电缆的轴心，而不设置电力或者信号传输的缆芯，聚合物中轴100起支撑作用，当第一绞缆层200向内收缩时提供变形功能。第一绞缆层200中相邻两个第一子缆210之间的距离为1倍第一子缆210直径时，两个第一子缆210相互抵持，那么将两者之间的距离设置到第一子缆210直径的1.05至1.2倍，则可以形成第一间隙220；以上尺寸的限制即提供了容纳变形的空间，也不会形成过大的空间而使得第一子缆210产生位置异常的可能。第一子缆210在绞合的过程中不相互抵靠，而是具有第一间隙220，那么在抗扭线缆在产生扭转时，第一子缆210收紧而产生的形变为聚合物中轴100的被压缩形变所吸收；第一子缆210松弛而产生的形变为第一间隙220所容纳。那么在抗扭线缆在产生扭转时，第一子缆210发生意外损坏的可能性降低。需要说明的是，第一子缆210的最外层为第一子缆绝缘，若将第一子缆绝缘设置为发泡材料，能提供缓冲的作用，但介电性能降低。第一绞缆层200的绞合节距是聚合物中轴100直径的三十至五十倍，以上绞合节距与聚合物中轴100直径的关系对于第一子缆210的绞合过程是有利的。第一子缆210的直径为聚合物中轴100直径的0.5至1.2倍，以上尺寸对于第一子缆210缠绕聚合物中轴100的设置是有利的。第一屏蔽层300用于提供屏蔽效果，外保护套层400用于提供固定和保护效果。

在本实施例中，第一子缆210的导体采用第5类铜导体或镀锡铜导体，其绝缘采用耐寒PVC，以满足风场冬季低温运行环境要求。聚合物中轴100的直径为2.9至3.0mm；第一子缆210的数量为6根；第一子缆210的直径为2.3±0.1mm；第一子缆绝缘的平均厚度为0.6mm，材料为耐寒PVC。第一绞缆层200的绞合节距为110至120mm毫米。第一屏蔽层300设置于第一绞缆层200的外周，具体采用80％以上的镀锡铜编织，保持抗干扰性能。外保护套层400采用耐寒PVC或其他耐低温材料，以满足风场冬季低温运行环境要求。满足了以下的性能提要求；导体电阻：≤26.0Ω/km(20℃)；电压试验：

3.0kV/5min，不击穿；常温扭转试验：大于10000次，不短路，不断路。

综上，聚合物中轴100起支撑作用的同时提供变形功能，第一子缆210收紧而产生的形变为聚合物中轴100的被压缩形变所吸收；第一子缆210在绞合的过程中不相互抵靠，而是具有第一间隙220，那么在抗扭线缆在产生扭转时，第一子缆210松弛而产生的形变为第一间隙220所容纳；具体的相邻第一子缆210之间的距离限制即提供了容纳变形的空间，也不会形成过大的空间而使得第一子缆210产生位置异常的可能。

参照图4至5，在一个实施例中，所述第一绞缆层200的绞合节距是所述聚合物中轴100直径的四十至五十倍，所述第一子缆210的数量为六至八根，所述聚合物中轴100与所述第一子缆210之间还匹配所述第一子缆210设置有与所述第一子缆210绞合趋势一致的第一分隔条500，全部的所述第一分隔条500将所述聚合物中轴100在周向上完全包裹，且相邻的所述第一分隔条500在所述抗扭线缆的周向上相互抵持，所述第一分隔条500对应所述第一子缆210的面上在其长度方向上设置有第一凹槽510，所述第一凹槽510在所述第一子缆210的周向上包裹范围所对应的圆心角在60至80度，其中，所述第一分隔条500远离所述聚合物中轴100的自由端位置低于所述第一子缆210的中轴。

在本实施例中，第一分隔条500的高度较低，从而不会填满第一间隙220，也就保留了第一间隙220的功用。第一分隔条500同时提供第一子缆210以向心以及周向的缓冲作用。第一分隔条500的尺寸和形状应当是根据实际的使用场景而进行针对性设计的。第一分隔条500的作用在使得第一子缆210之间第一间隙220得到保证，且在抗扭线缆的扭转过程中，第一分隔条500一同发生形变，而从始终通过第一凹槽510对第一子缆210形成一定的引导限制。需要说明的是，本实施例的技术方案对于聚合物中轴100的直径较大的情况下较为适用，如聚合物中轴100的直径大于10毫米。在将多个子缆线成缆的过程中可以根据子缆线的直径和硬度选择使用框绞机或者小型成缆机，然而不管使用哪种设备成缆，基本都包括形成固定连接以一同转动的大直径放线盘和小直径的导线盘，放线盘用于放线，而导线盘的尺寸非常接近缆芯，从而在较为贴近缆芯的位置处，导引子缆线的绞合过程。在本实施例中，由于第一子缆210与第一分隔条500要形成位置对应，那导线盘的尺寸以及位置调整需要做适配性调整以获得第一子缆210与第一分隔条500的较好结合效果。

在一个实施例中，所述第一凹槽510的内径为所述第一子缆210外径的0.8至0.9倍。

那么第一分隔条500在承托第一子缆210同时，第一凹槽510不会与第一子缆210形成完全的贴合，曲率半径的差异也就是形成了间隙，以上的间隙在第一子缆210的收紧过程中，能提供空间，而无需一定采用到聚合物中轴100的形变来应对。

在一个实施例中，所述第一分隔条500为发泡材料。

在本实施例中，与前述实施例中聚合物中轴100为发泡材料相似的，第一分隔条500也同样为发泡材料，那么在第一子缆210的收紧过程中，第一分隔条500本身能起到的缓冲作用提升。以上发泡材料的特性，提供较好的柔韧性，在绞合成缆的过程中也是有利的。

参照图3，在一个实施例中，所述抗扭线缆还包括第二绞缆层600，所述第二绞缆层600包括多个环绕所述第一绞缆层200绞合的第二子缆610，相邻所述第二子缆610在所述抗扭电缆周向上形成有第二间隙620。

与前述实施例相同的，在本实施例中，第二子缆610在绞合的过程中同样也不相互抵靠，而是具有第二间隙620，那么在抗扭线缆在产生扭转时，第二子缆610收紧而产生的形变同样为聚合物中轴100的被压缩形变所吸收；第二子缆610松弛而产生的形变为第二间隙620所容纳。那么在抗扭线缆在产生扭转时，第二子缆610发生意外损坏的可能性降低。第二子缆610的直径为2.3±0.1mm。由于第一分隔条500与聚合物中轴100的存在，在本实施例中，可以不针对第二子缆610设置第二分隔条，利用已有的结构提供给第二子缆610以向心的缓冲，而第二间隙620提供以周向的缓冲。当然为了第二子缆610能获得更佳的缓冲效果，同样可以类似第一分隔条500，匹配第二子缆610以第二分隔条；但是由于外形的不规则性，第二分隔条的结合过程较为困难，优选为在第一绞缆层200的外周设置中间保护套层，从而将外形规范化，以为第二分隔条的结合过程提供便利。

参照图4，在一个实施例中，所述第一绞缆层200与所述第二绞缆层600之间分隔有中间保护套层或包带层700。

在抗扭线缆发生扭转时，第二子缆610陷入第一间隙220的可能存在也就使得第一间隙220完全或部分被填充，此时第一间隙220的作用也就消失；同样的第一子缆210也可能侵入第二间隙620。本实施例中，在中间保护套层的作用下，在成缆时以及成缆后，第一子缆210与第二子缆610发生位置异常的可能降低。而当为包带层时，其加工过程在一绞缆层与第二绞缆层600的加工流程之间能便捷地插入。

在一个实施例中，所述第一绞缆层200与所述第二绞缆层600的成缆方向一致，所述第二绞缆层600的绞合节距是所述第一绞缆层200的绞合节距的1.2至2.0倍。

若与现有技术一样，第一绞缆层200与第二绞缆层600成缆方向相反设置，如第一绞缆层200的绞合成缆方向为顺时针，而第二绞缆层600的绞合成缆方向为逆时针，那么在抗扭线缆扭转时，第一绞缆层200与第二绞缆层600分别收缩与松弛，相互作用提升，容易产生绝缘完好而导体损坏的情况。而在本实施例中，成缆方向一致，上述相互作用的情况削弱，导体损坏可能性降低。而成缆方向相同带来的形变加剧的劣势，由本发明中其他特征来应对克制。

在本实施例中，第一绞缆层200与第二绞缆层600的绞合节距相异，那么两者的结合稳定性提升，产生异常对位的可能降低。绞合节距越大，则抗扭线缆扭转时，产生的形变的尺寸越大，由于第二绞缆层600在外层，其具有的缓冲范围较比第一绞缆层200大，因此较比提升第一绞缆层200的绞合节距是有利的。本实施例中，第一绞缆层200的绞合节距为110至120mm毫米，第二绞缆层600的绞合节距为180至190毫米。

在一个实施例中，所述聚合物中轴100的外壁的周向上沿着其长度方向上设置有多个凹槽。

在本实施例中，通过上述的凹槽吸收聚合物中轴100扭转的形变。凹槽的数量为8个，且均匀间隔45度环绕聚合物中轴100设置。以上凹槽可以在聚合物中轴100的挤出加工过程中同步实现。凹槽的横截面可以是矩形或者半圆形等，其特征尺寸为聚合物中轴100直径的0.1至0.3倍。

在一个实施例中，所述聚合物中轴100为发泡材料。

在前述实施例中，风力发电机用抗扭线缆的中轴处为聚合物中轴100，通过聚合物中轴100的柔韧性，以提升抗扭线缆的整体抗扭性。在本实施例中，通过将发泡特性引入聚合物中轴100，使其柔韧性得以进一步提升。

在一个实施例中，所述第一屏蔽层300的内周还设置有内保护套层。

在本实施例中，内保护套层采用耐寒PVC材料，利用其弹性来缓冲扭转时第一屏蔽层300对第一子缆210的作用力，保护绝缘线芯。需要说明的是，内保护套层并不限制直接与第一绞缆层200直接接触以产生缓冲效果，实际上直接接触还会影响第一子缆210的形变，优选应当在内保护套层与第一绞缆层200之间设置第一包带层。

本发明还提供了一种风力发电机用抗扭线缆的生产工艺，应用于上述的风力发电机用抗扭线缆，包括：

S1、将所述第一子缆210与所述第一分隔条500成对设置于成缆装置；

S2、通过成缆机将多组成对的所述第一子缆210与所述第一分隔条500绞合于所述聚合物中轴100；

S3、加工所述第一屏蔽层300于所述第一绞缆层200的外周；

S4、挤包所述外保护套层400于所述第一屏蔽层300的外周。

在本实施例的S1和S2步骤中，第一子缆210与第一分隔条500成对设置于成缆装置的储料部分，并搭接到绞盘部分后贴合到聚合物中轴100，第一子缆210与第一分隔条500从绞盘部分导出的位置越贴近聚合物中轴100则第一子缆210与第一分隔条500的共同绞合效果愈佳。

S3的步骤中第一屏蔽层300的加工方式可以是绕包或者是编织等，具体材料以及加工方式等，根据实际设计确定。

S4中挤包的材料以及厚度等根据实际设计确定。

综上所述，本发明提供的风力发电机用抗扭线缆及生产工艺，聚合物中轴100起支撑作用的同时提供变形功能，第一子缆210收紧而产生的形变为聚合物中轴100的被压缩形变所吸收；第一子缆210在绞合的过程中不相互抵靠，而是具有第一间隙220，那么在抗扭线缆在产生扭转时，第一子缆210松弛而产生的形变为第一间隙220所容纳；具体的相邻第一子缆210之间的距离限制即提供了容纳变形的空间，也不会形成过大的空间而使得第一子缆210产生位置异常的可能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种风力发电机用抗扭线缆，其特征在于，包括：

聚合物中轴(100)，设置于所述抗扭线缆的轴心；

第一绞缆层(200)，包括多个环绕所述聚合物中轴(100)绞合的第一子缆(210)，所述第一子缆(210)的直径为所述聚合物中轴(100)直径的0.5至1.2倍，相邻所述第一子缆(210)的中轴在所述聚合物中轴(100)的周向上的间距为所述第一子缆(210)直径的1.05至1.2倍而形成有第一间隙(220)；

第一屏蔽层(300)，设置于所述第一绞缆层(200)的外周；

外保护套层(400)，设置于所述第一屏蔽层(300)的外周；

所述第一绞缆层(200)的绞合节距是所述聚合物中轴(100)直径的四十至五十倍，所述第一子缆(210)的数量为六至八根，所述聚合物中轴(100)与所述第一子缆(210)之间还匹配所述第一子缆(210)设置有与所述第一子缆(210)绞合趋势一致的第一分隔条(500)，全部的所述第一分隔条(500)将所述聚合物中轴(100)在周向上完全包裹，且相邻的所述第一分隔条(500)在所述抗扭线缆的周向上相互抵持，所述第一分隔条(500)对应所述第一子缆(210)的面上在其长度方向上设置有第一凹槽(510)，所述第一凹槽(510)在所述第一子缆(210)的周向上包裹范围所对应的圆心角在60至80度，其中，所述第一分隔条(500)远离所述聚合物中轴(100)的自由端位置低于所述第一子缆(210)的中轴。

2.根据权利要求1所述的风力发电机用抗扭线缆，其特征在于，所述第一凹槽(510)的内径为所述第一子缆(210)外径的0.8至0.9倍。

3.根据权利要求1所述的风力发电机用抗扭线缆，其特征在于，所述第一分隔条(500)为发泡材料。

4.根据权利要求1所述的风力发电机用抗扭线缆，其特征在于，所述抗扭线缆还包括第二绞缆层(600)，所述第二绞缆层(600)包括多个环绕所述第一绞缆层(200)绞合的第二子缆(610)，相邻所述第二子缆(610)在所述抗扭电缆周向上形成有第二间隙(620)。

5.根据权利要求4所述的风力发电机用抗扭线缆，其特征在于，所述第一绞缆层(200)与所述第二绞缆层(600)之间分隔有中间保护套层或包带层(700)。

6.根据权利要求4所述的风力发电机用抗扭线缆，其特征在于，所述第一绞缆层(200)与所述第二绞缆层(600)的成缆方向一致，所述第二绞缆层(600)的绞合节距是所述第一绞缆层(200)的绞合节距的1.2至2.0倍。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的风力发电机用抗扭线缆，其特征在于，所述聚合物中轴(100)为发泡材料。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的风力发电机用抗扭线缆，其特征在于，所述第一屏蔽层(300)的内周还设置有内保护套层。

9.一种风力发电机用抗扭线缆的生产工艺，应用于权利要求1所述的风力发电机用抗扭线缆，其特征在于，包括：

S1、将所述第一子缆(210)与所述第一分隔条(500)成对设置于成缆装置；

S2、通过成缆机将多组成对的所述第一子缆(210)与所述第一分隔条(500)绞合于所述聚合物中轴(100)；

S3、加工所述第一屏蔽层(300)于所述第一绞缆层(200)的外周；

S4、挤包所述外保护套层(400)于所述第一屏蔽层(300)的外周。