絞合復(fù)合纜線以及制造和使用方法
【專利說明】絞合復(fù)合纜線w及制造和使用方法
[0001] 本申請是申請日為2009年7月14日、申請?zhí)枮?00980131835. 8(國際申請?zhí)枮?PCT/US2009/050448)、發(fā)明名稱為"絞合復(fù)合纜線W及制造和使用方法"的發(fā)明專利申請的 分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明整體設(shè)及絞合纜線及其制造和使用方法。本發(fā)明還設(shè)及包括螺旋絞合復(fù)合 線材的絞合纜線及其制造和使用方法。該樣的螺旋絞合復(fù)合纜線用于電力輸送纜線和其它 應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0003] 纜線絞合是該樣一種過程，其中單獨(dú)的線材通常W螺旋布置方式組合，W產(chǎn)生成 品纜線。例如，參考美國專利No. 5, 171，942和No. 5, 554, 826。所獲得的絞合纜線或鋼纜提 供的柔性遠(yuǎn)大于橫截面面積相等的實(shí)屯、桿所獲得的柔性。絞合結(jié)構(gòu)也是有利的，因?yàn)槔|線 在處理、安裝和使用過程中經(jīng)歷彎曲時(shí)，螺旋絞合纜線可維持其整體圓形橫截面形狀。該樣 的螺旋絞合纜線用在各種應(yīng)用中，例如升降纜線、航空纜線和動力輸送纜線。
[0004] 螺旋絞合纜線通常由諸如鋼、侶或銅的可延展金屬制成。在一些情況下，例如裸露 的架空電力輸送纜線，螺旋絞合線材巧被線材導(dǎo)體層包圍。螺旋絞合線材巧可包括由諸如 鋼的第一材料制成的可延展金屬線材，并且外部動力傳導(dǎo)層可包括由諸如侶的另外的材料 制成的可延展金屬線材。在一些情況下，螺旋絞合線材巧可W是預(yù)絞合的纜線，所述預(yù)絞合 的纜線用作制造更大直徑的電力輸送纜線的輸入材料。螺旋絞合纜線通常可W包括少至走 根單獨(dú)的線材，到更通用的包括50根或更多線材的構(gòu)造。
[0005] 圖1A示出了美國專利No. 5, 554, 826中所述的示例性螺旋絞合電力輸送纜線。所 示的螺旋絞合電力輸送纜線20包括；中屯、可延展金屬導(dǎo)體線材1 ;可延展金屬導(dǎo)體線材 3 (示出了六根線材）的第一層13,可延展金屬導(dǎo)體線材3圍繞中屯、可延展金屬導(dǎo)體線材1 沿第一搶向（示出為順時(shí)針，對應(yīng)于右手搶向）絞合；可延展金屬導(dǎo)體線材5的第二層15， 可延展金屬導(dǎo)體線材5圍繞第一層13沿與第一搶向相反的第二搶向（示出為逆時(shí)針，對應(yīng) 于左手搶向）絞合；W及可延展金屬導(dǎo)體線材7的第S層17,可延展金屬導(dǎo)體線材7圍繞 第二層15沿與第二搶向相反的第=搶向（示出為順時(shí)針，對應(yīng)于右手搶向）絞合。
[0006] 在纜線絞合處理期間，可延展金屬線材受到的應(yīng)力超過金屬材料的屈服應(yīng)力但是 在極限或破壞應(yīng)力之下。該個(gè)應(yīng)力作用成使得當(dāng)金屬線材圍繞較小半徑的前述線材層或中 屯、層螺旋纏繞時(shí)金屬線材塑性變形。近來，已經(jīng)由復(fù)合且從而不易塑性變形產(chǎn)生新形狀的 材料引入了有用的纜線物品。該些材料的普通實(shí)例包括纖維強(qiáng)化復(fù)合材料，所述纖維強(qiáng)化 復(fù)合材料由于其相對于金屬具有改進(jìn)的機(jī)械性能但在其應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)方面主要為彈性而 引人注意。包含纖維強(qiáng)化聚合物線材的復(fù)合纜線在本領(lǐng)域是已知的，包含陶瓷纖維強(qiáng)化金 屬線材的復(fù)合纜線也是已知的，參見例如美國專利No. 6, 559, 385和No. 7, 093, 416 ;W及公 開的PCT申請W097/00976。
[0007] 絞合復(fù)合纜線（例如，包含聚合物基質(zhì)復(fù)合材料或金屬基質(zhì)復(fù)合線材的纜線）的 一種用途是作為裸露電力輸送纜線的強(qiáng)化構(gòu)件。盡管包括侶基質(zhì)復(fù)合線材的電力輸送纜線 是已知的，但是對于某些應(yīng)用而言，還是繼續(xù)期望獲得改進(jìn)的性能。本領(lǐng)域繼續(xù)尋求改進(jìn)的 絞合復(fù)合纜線，并且尋求制造和使用絞合復(fù)合纜線的改進(jìn)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在一些應(yīng)用中，期望進(jìn)一步改進(jìn)絞合復(fù)合纜線的構(gòu)造及其制造方法。在某些應(yīng) 用中，期望改進(jìn)螺旋絞合復(fù)合纜線的物理性能，例如其針對纜線失效的拉伸強(qiáng)度W及伸長 率。在一些特定應(yīng)用中，還期望提供便利的裝置，W在將絞合復(fù)合線材結(jié)合到接下來的物品 (例如電力輸送纜線）中之前保持絞合復(fù)合線材的螺旋布置。在預(yù)先巧具有能夠塑性變形 的可延展金屬線材或者具有在螺旋地布置之后能夠固化或硬化的線材時(shí)，該種用于保持螺 旋布置的裝置已沒有必要。
[0009] 本發(fā)明的某些實(shí)施例設(shè)及絞合復(fù)合纜線W及沿共同搶向螺旋地絞合復(fù)合線材層 的方法，與在各個(gè)復(fù)合線材層之間采用交替搶向螺旋地絞合的復(fù)合纜線相比，該在復(fù)合纜 線的抗拉強(qiáng)度上具有令人驚喜的增大。對于采用共同搶向絞合的常規(guī)可延展的（例如，金 屬或其它非復(fù)合）線材而言，在抗拉強(qiáng)度方面不具有該種令人驚喜的增大。此外，通常還不 容易想到對常規(guī)可延展線材纜線的絞合線材層使用共同的搶向，因?yàn)榭裳诱咕€材可能易于 塑性變形，并且該樣的纜線通常使用較短的搶距，對此，針對保持纜線整體性而言，交替的 搶向可能是優(yōu)選的。
[0010] 從而，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的絞合復(fù)合纜線。在示例性實(shí)施例中，所 述絞合復(fù)合纜線包括：單個(gè)線材，限定中屯、縱向軸線；多個(gè)第一復(fù)合線材，圍繞所述單個(gè)線 材沿第一搶向W相對于所述中屯、縱向軸線限定的第一搶角絞合并且具有第一搶距；W及多 個(gè)第二復(fù)合線材，圍繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材沿所述第一搶向W相對于所述中屯、縱向軸線 限定的第二搶角絞合并且具有第二搶距，所述第一搶角和所述第二搶角之間的相對差不大 于約4°。
[0011] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述絞合纜線還包括；多個(gè)第=復(fù)合線材，圍繞所述多個(gè) 第二復(fù)合線材沿所述第一搶向W相對于所述中屯、縱向軸線限定的第=搶角絞合并且具有 第=搶距，其中所述第二搶角和所述第=搶角之間的相對差不大于約4°。在另一個(gè)示例性 實(shí)施例中，所述絞合纜線還包括；多個(gè)第四復(fù)合線材，圍繞所述多個(gè)第=復(fù)合線材沿所述第 一搶向W相對于所述中屯、縱向軸線限定的第四搶角絞合并且具有第四搶距，其中所述第= 搶角和所述第四搶角之間的相對差不大于約4°。
[0012] 在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述絞合纜線還可包括；附加的復(fù)合線材，圍繞所述多 個(gè)第四復(fù)合線材沿所述第一搶向W相對于所述共同中屯、縱向軸線限定的搶角絞合，其中所 述復(fù)合線材具有特征搶距，并且所述第四搶角與任何后續(xù)搶角之間的相對差不大于約4°。
[0013] 在某些示例性實(shí)施例中，所述第一搶角和所述第二搶角、所述第二搶角和所述第 =搶角、所述第=搶角和所述第四搶角、W及通常情況下任何內(nèi)層搶角與相鄰的外層搶角 之間的相對差不大于4°，更優(yōu)選地不大于3°，最優(yōu)選地不大于0.5°。在一些實(shí)施例中， 所述第一搶角等于所述第二搶角，所述第二搶角等于所述第=搶角，所述第=搶角等于所 述第四搶角，而且通常，任何內(nèi)層搶角等于相鄰的外層搶角。
[0014] 在另一實(shí)施例中，為W下中的一個(gè)或多個(gè)；所述第一搶距小于或等于所述第二搶 距，所述第二搶距小于或等于所述第=搶距，所述第四搶距小于或等于緊后續(xù)的搶距，和/ 或各個(gè)后續(xù)搶距小于或等于之前緊接著的搶距。在其它實(shí)施例中，為W下中的一個(gè)或多個(gè)： 所述第一搶距等于所述第二搶距，所述第二搶距等于所述第=搶距，和所述第=搶距等于 所述第四搶距。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是使用平行搶，該是現(xiàn)有技術(shù)中公知的。
[0015] 在另一方面，本發(fā)明提供了絞合電力輸送纜線的可替代實(shí)施例，所述絞合電力輸 送纜線包括巧和圍繞所述巧的導(dǎo)體層，而且其中所述巧包括上述的絞合復(fù)合纜線中的任一 種。在一些示例性實(shí)施例中，所述絞合纜線還包括圍繞所述絞合復(fù)合纜線巧的所述絞合復(fù) 合線材絞合的多個(gè)可延展線材。
[0016] 在某些示例性實(shí)施例中，所述多個(gè)可延展線材圍繞所述中屯、縱向軸線W多個(gè)徑向 層絞合，所述徑向?qū)訃@所述復(fù)合纜線巧的所述復(fù)合線材。在另外的示例性實(shí)施例中，所述 多個(gè)可延展線材的至少一部分沿所述第一搶向W相對于所述中屯、縱向軸線的搶角并且W 可延展線材的第一搶距絞合。在其它的示例性實(shí)施例中，所述多個(gè)可延展線材的至少一部 分沿第二搶向W相對于所述中屯、縱向軸線限定的搶角并且W可延展線材的第二搶距絞合。
[0017] 在絞合纜線及其相關(guān)實(shí)施例的W上任一個(gè)方面中，可W有利地采用W下示例性實(shí) 施例。從而，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述單個(gè)線材的沿與所述中屯、縱向軸線基本上垂直的 方向截取的橫截面為圓形或楠圓形。在某些示例性實(shí)施例中，所述單個(gè)線材是復(fù)合線材。在 另外的示例性實(shí)施例中，每個(gè)復(fù)合線材和/或可延展線材沿與所述中屯、縱向軸線基本上垂 直的方向截取的橫截面選自圓形、楠圓形和梯形。
[0018] 在另外的示例性實(shí)施例中，所述絞合纜線還包括保持裝置，所述保持裝置圍繞所 述多個(gè)第一復(fù)合線材、所述多個(gè)第二復(fù)合線材、所述多個(gè)第=復(fù)合線材或所述多個(gè)第四復(fù) 合線材中的至少一個(gè)。在一些示例性實(shí)施例中，所述保持裝置包括粘結(jié)劑或條帶中的至少 一種。在某些示例性實(shí)施例中，所述條帶包括纏繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材或所述多個(gè)第二 復(fù)合線材中的至少一個(gè)的粘合劑條帶。在某些當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例中，所述粘合劑條帶包括 壓敏粘合劑。
[0019] 在另外的方面中，本發(fā)明提供了一種制造W上方面和實(shí)施例中所述絞合復(fù)合纜線 的方法，所述方法包括；圍繞限定中屯、縱向軸線的單個(gè)線材絞合多個(gè)第一復(fù)合線材，其中沿 第一搶向W相對于所述中屯、縱向軸線限定的第一搶角實(shí)施絞合所述多個(gè)第一復(fù)合線材，并 且其中所述多個(gè)第一復(fù)合線材具有第一搶距；W及圍繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材絞合多個(gè)第 二復(fù)合線材，其中沿所述第一搶向W相對于所述中屯、縱向軸線限定的第二搶角實(shí)施絞合所 述多個(gè)第二復(fù)合線材，并且其中所述多個(gè)第二復(fù)合線材具有第二搶距，另外其中，所述第一 搶角和所述第二搶角之間的相對差不大于4°。在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述方法還包括圍繞 所述復(fù)合線材絞合多個(gè)可延展線材。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的絞合復(fù)合纜線的示例性實(shí)施例具有使其能夠使用的且在多種應(yīng)用 中具有優(yōu)點(diǎn)的多種特征和特性。例如，在一些示例性實(shí)施例中，與其它復(fù)合纜線相比，根據(jù) 本發(fā)明的絞合復(fù)合纜線可W呈現(xiàn)在制造或使用期間在較低的纜線拉伸應(yīng)變值下發(fā)生過早 斷裂或失效的趨勢降低。此外，與常規(guī)的絞合可延展金屬線材纜線相比，根據(jù)一些示例性實(shí) 施例的絞合復(fù)合纜線可W呈現(xiàn)改進(jìn)的抗腐蝕性、環(huán)境耐久性（例如，抗紫外線和抗?jié)駳猓?阻止高溫下強(qiáng)度損失、抗蠕變、W及較高的彈性模量、低密度、低熱膨脹系數(shù)、高電導(dǎo)率、高 抗下垂性和高強(qiáng)度。
[0021] 在一些示例性實(shí)施例中，與現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)合纜線相比，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造的 絞合復(fù)合纜線的抗拉強(qiáng)度增大10%或更多。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的絞合復(fù)合纜線還可 低成本制造，該是因?yàn)樵跐M足用在某些重要應(yīng)用中（例如用在架空電力輸送纜線應(yīng)用 中）所需的最小抗拉強(qiáng)度要求的情況下增大了絞合纜線方法的產(chǎn)量。
[0022] 對本發(fā)明的示例性實(shí)施例的各個(gè)方面和優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)行了總結(jié)。上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并非 意圖描述本發(fā)明呈現(xiàn)的某些示例性實(shí)施例的每一個(gè)圖示實(shí)施例或每種實(shí)施方式。隨后的附 圖和【具體實(shí)施方式】將更具體地舉例說明了使用本文所公開的原理的某些優(yōu)選實(shí)施例。
【附圖說明】
[0023] 參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在附圖中：
[0024]圖1A是現(xiàn)有技術(shù)的螺旋絞合電力輸送纜線的立體圖。
[00巧]圖1B是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的螺旋絞合復(fù)合纜線的立體圖。
[0026] 圖2A-2C是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的復(fù)合纜線層的示意俯視圖，示出了各個(gè)纜 線層的搶向、搶角和搶距。
[0027]圖3A-3D是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的各種螺旋絞合復(fù)合纜線的剖視端視圖。
[0028] 圖4A-4E是根據(jù)本發(fā)明其它示例性實(shí)施例的各種螺旋絞合復(fù)合纜線的剖視端視 圖，所述螺旋絞合復(fù)合纜線包括一個(gè)或多個(gè)層，所述一個(gè)或多個(gè)層包括圍繞螺旋絞合復(fù)合 線材絞合的多個(gè)可延展線材。
[0029]圖5A是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施例的螺旋絞合復(fù)合纜線的側(cè)視圖，所述螺 旋絞合復(fù)合纜線包括圍繞絞合復(fù)合線材巧的保持裝置。
[0030]圖5B-5D是根據(jù)本發(fā)明其它示例性實(shí)施例的螺旋絞合復(fù)合纜線的剖視端視圖，所 述螺旋絞合復(fù)合纜線包括各種圍繞絞合復(fù)合線材巧的保持裝置。