瞬態溫度場變化下的絕緣子凹槽脈沖激光清洗參數優化

關鍵詞：絕緣子凹槽表面；瞬態溫度場；脈沖激光；清洗參數

中圖分類號：TM216；TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0135-04

為減少資源的浪費、實現環境的可持續發展，對退役絕緣子的資源化處理是熱點研究問題，針對于絕緣子的回收再利用，在這一過程中需要注意的問題還有許多，如絕緣子材料在長期的暴露過程中，受環境和天氣影響，在其表面會形成污穢物，為保證回收的質量和性能，需要對絕緣子表面污穢進行清洗。其中，激光清洗技術是一種新型的清洗技術，具有不接觸和非研磨的特點，與傳統的清洗方法相比具有更多的優勢，能夠幫助工作人員提高工作效率。本文以脈沖激光清洗技術為研究對象，為實現該技術下的絕緣子凹槽表面清洗工作，設計一個脈沖激光清洗參數優化方式，為保證絕緣子表面的清洗效果提供技術支持。

1中心差分格式獲取脈沖激光清洗瞬態溫度場

脈沖激光在清洗絕緣子凹槽表面的污穢過程中，當二者相互作用會促使材料內部產生瞬態溫度場，為實現穩定的清洗以及保護絕緣子不受破壞，需要參考瞬態溫度場變化情況，對脈沖激光的清洗參數進行優化。以連續單元假定溫度場分布條件，在單元內通過中心差分格方式進行運算，獲取脈沖激光清洗過程中的溫度向量。

以時刻節點作為中心差分格式進行向量求解，則可以直接得到脈沖激光在清洗過程中，任意時刻內所有節點的溫度值：

2瞬態溫度場確定脈沖激光清洗熱源傳導方程

以脈沖激光清洗過程中的瞬時溫度場分析情況，考慮激光脈沖在清洗過程中對絕緣子材料的影響，對絕緣子凹槽表面的清洗熱傳導方程進行確定。為獲取熱源傳導方程，需要在脈沖激光清洗過程中增加邊界條件，以此實現傳導方程的最優解[5]。在確定邊界條件和溫度函數的基礎上，設定內部熱源強度的變化方向是能夠被發現的，則可以確定脈沖激光在清洗過程中的熱流變化情況。

4實驗測試分析

4.1搭建測試平臺

為保證此次的測試真實性和有效性，本次測試直接在實驗室中完成，搭建的測試平臺包含脈沖光纖激光器、計算機控制系統以及掃描儀和紅外測溫儀。整個測試平臺中脈沖激光器直接與掃描儀相連，能夠在其清洗過程中對絕緣子表面的情況進行數據輸出。而脈沖激光的輸出參數則由計算機控制，激光器的瞬態溫度場變化由紅外測溫儀進行測量，在對絕緣子凹槽表面進行清洗后，其表面的微觀情況通過光學顯微鏡進行觀測。

本次激光系統包含有2個部分，一部分為激光器，另外一部分為激光機控制模板，主要工作流程為：在計算機控制下對脈沖激光器參數進行設定，并通過光學系統進行樣本的清洗程度檢測，以此分析不同工況下脈沖激光器的清洗參數，及絕緣子凹槽表面的清洗效果。除此以外，為保證實驗測試的穩定性，此次選擇的脈沖激光器為高頻光纖技術，其具有環境影響低和成本低的優勢，是近年來在清潔領域研究的熱門光源。在此基礎上，為實現對脈沖光纖激光器的清洗參數優化分析，需要選擇一組含有污穢的絕緣子樣品進行清洗，此次為減少物品損壞，采用人工方式進行待清洗的絕緣子污穢物制備。

4.2制備測試樣品

采用國家標準文件中收錄的高壓絕緣子作為測試標準，選擇氧化鋁瓷片為清洗對象，其能夠用于交流系統中進行高壓絕緣。以研究清洗固體污穢物為測試基礎，對氧化鋁瓷片的表面進行人工污穢制備，污穢物采用高嶺土、水以及商業鹽組成。

（1）清洗與干燥：將氧化鋁瓷片清洗干凈后放入烘箱，另外選擇幾組玻璃片進行清洗，完畢后也放入烘箱，同時進行干燥處理。

（2）計算與稱量：對氧化鋁瓷片的表面積進行計算，獲取瓷片所需的高嶺土粉末用量，并在電子天平中稱量出粉末和商業鹽的用量，同時將所需材料放入干凈的燒杯中，加入水進行充分攪拌。

（3）涂抹與固化：將攪拌后的材料用小排刷進行涂抹，完全且均勻地涂抹在氧化鋁瓷片表面即可，在完成后放在通風處使其自然陰干，時間為48h。

在上述步驟下進行污穢物制備，并將其固化在氧化鋁瓷片表面，在達到測試標準后將樣品放置在實驗平臺，設定此次測試步驟與標準，以此評判脈沖激光在不同參數下對絕緣子凹槽表面的清洗效果。

4.3設定測試過程

在搭建好測試平臺與制備完測試樣品后，將選擇的設備進行連線，將激光器預熱25s后完成焦距設定，當激光控制軟件的光電最亮時表示對焦完成。由于此次對脈沖激光器的沖洗參數優化方式，需要以瞬時溫度場進行模擬，因此，在設定測試參數時需要通過紅外測溫儀記錄激光清洗的溫度，并篩選出最高溫度。本次的參數優化過程以功率作為參考，對激光器的功率劃定為4個指標，分別為23、27、31、35W，在不同功率下其溫度場變化情況。

在不同功率設定下進行溫度場的紅外測溫，其最高溫度分別為126.5、135.7、126.5、126.5℃，主要是在不同功率下受振動頻率影響，會產生溫度變化，隨著功率的增加溫度場的最高溫度也發生變化，當功率達到36W時最高溫度可達到170.9℃。依據溫度場的變化，在上述設定的功率下進行污穢清洗，整個過程通過小風扇進行散熱，并通過污穢去除效果來判斷脈沖激光器的清洗效果。

4.4分析測試結果

本次測試中采用的絕緣子底色為深綠色，而制備的人工污穢偏向土色，二者具有較大差別，因此，采用脈沖激光進行絕緣子凹槽表面的清洗，直接通過顯微鏡觀察即可實現區分。在設定的脈沖激光器功率指標下，分別對污穢的去除效果進行分析，若激光沒有將污穢清洗干凈，則在顯微鏡下會存有明顯的污穢殘留物，顏色為黑色，若去除的明顯則顯示的為絕緣子的表面組織，具體結果如圖1所示。

由圖1可知，在設定的4組功率下獲取瓷片的污穢清洗效果，在激光功率為23W時，表面會明顯留有土色污穢，通過顯微鏡能夠看出未實現清洗干凈的區域較多；在激光功率為31W和36W時，通過顯微鏡能夠看出表面存在脫釉現象，且當功率為36W時能夠看出脫離處的凹凸；在激光功率為27W時，清洗的表面最干凈，在顯微鏡下進行觀察只存在少量的污穢，且沒有出現破碎的情況。

基于此，以溫度場作為參考因素，為防止溫度的快速上升，當脈沖激光功率在27W時，具有較好的清洗效果，不僅能夠將表面清洗的干凈，還能保證絕緣子表面不出現破損，具有應用價值。

5結語

本文采用脈沖激光清洗技術對絕緣子表面的污穢進行清洗，并通過瞬態溫度場分析和設計了一個優化方法，在實驗測試過程中證明了激光清洗過程中的溫度變化，對絕緣子表面清洗的不同效果。通過實驗可知，當設定不同的激光功率時會產生不同的溫度熱力場，功率過高會導致絕緣子材料的損害，而功率過低會達不到清洗效果，當脈沖激光功率在27W時，具有較好的清洗效果。但由于此次時間有限，在研究過程中僅選了瓷絕緣材料進行分析，后續研究中會選擇更多的絕緣子材料類型，為實現更加全面的絕緣子清洗提供理論支持。