高强度低阻力绝缘滚轮导轨

0 引言

柔直输电是一种新型直流输电技术。模组作为柔性直流输电中柔直换流阀的核心部件，起到了关键作用。而柔直模组常设于阀塔高空中，模组与模组之间的间隙较小。而单个模组的质量通常较大（＞200 kg），为了把抽出或推入的阻力控制在人力操作可承受的范围内，行业的传统做法是在导轨型材上安装多个万向球来起到减小推动阻力的作用。

使用万向球的传统导轨型材，万向球和模组底板之间为点接触，接触点附近会出现局部变形，从而会大大增加模组的推动阻力。随着模组重量越来越高（500 kg～700 kg以上），这种传统万向球导轨型材已经不能满足人力能推动的要求。

该研究为了解决高空阀塔模组检修难题，采用重载低阻绝缘滚轮方案解决这一难题。

1 导轨应用

图1是导轨在柔直阀段的实际应用案例，将导轨安装在阀段上，利用导轨可以轻易实现模组的推拉过程，有效地提高了安装以及检修的效率。

图1 导轨在模组安装检修中应用

2 方案对比分析

2.1 万向球导轨方案

图2是万向球导轨方案的总成以及局部细节图，万向球导轨主要由底板、万向球以及导轨组成，万向球组件安装在导轨上，利用万向球的各个方向转动摩擦实现模组的各方向运动。

2.2 绝缘滚轮导轨方案

图3是绝缘滚轮导轨方案总成以及局部细节图。绝缘滚轮导轨主要由滚轮、导轨以及轴销组件组成，绝缘滚轮通过轴销组件固定在导轨上，通过滚轮转动实现模组的前后动作。

2.3 滚轮与万向球导轨对比分析

表1为万向球导轨与滚轮导轨的对比。万向球导轨为点接触，当单点支撑力较大时，底板在接触点附近会出现局部变形，这种变形会大大地增加模组的推动阻力。目前使用较多的是陶瓷万向球以及金属万向球，在重载情况下，陶瓷万向球也容易失效；而金属万向球虽然重载下不会出现压溃失效，但无论是重载或轻载，其过定位结构存在部分大球和底板不接触的现象，同时其内部不受力的金属小滚珠也处于不可靠连接状态，这些都产生了悬浮电位以及局放超标的风险，给安全使用带来了极大的风险。

绝缘滚轮导轨具有重载、高强度、低阻以及绝缘的优势，因而被采用。

表1 万向球导轨与绝缘滚轮导轨对比

3 结构优化设计

3.1 结构优化

为了加强导轨的强度、防止紧固件跟转以及减小滚动摩擦系数，对绝缘滚轮导轨改进如图4所示。

3.2 局部细节

图5是滚轮导轨的局部细节图。主要是由导轨型材1和复合材质滚轮2和固定轴3组成，复合材质滚轮2通过固定轴3与导轨型材1固定连接；复合材质滚轮2还包括内滚轮6和外滚轮5，固定轴3设在内滚轮6的轴孔中，且内滚轮6与外滚轮5紧配合。外滚轮5是用高玻纤增强的MXD6注塑形成的。通过内滚轮6将固体润滑材料加入玻纤增强尼龙内，有效降低摩擦系数，利用复合材质滚轮2与负载以及复合材质滚轮2与固定轴3之间的滚动达到降低抽送负载时的阻力。金属导轨型材1的侧壁在长度方向上设有防止固定轴3发生松动的止转槽，用以防止固定轴3松脱的风险。复合材质滚轮2的固定轴3的端面为多棱形，利用切边和导轨侧壁止转槽实现止转和松脱风险。

图2 万向球导轨方案

图3 滚轮导轨方案

图4 改进版滚轮导轨

图5 滚轮导轨细节图

4 结语

该研究为解决高空阀塔模组检修难题，采用重载低阻绝缘滚轮方案解决这一难题。该高强度低阻力绝缘滚轮导轨目前已申请发明专利，目前已在该公司实际批量使用，效果良好，有推广价值。