绞合复合缆线以及制造和使用方法
【专利说明】绞合复合缆线w及制造和使用方法
[0001] 本申请是申请日为2009年7月14日、申请号为200980131835. 8(国际申请号为 PCT/US2009/050448)、发明名称为"绞合复合缆线W及制造和使用方法"的发明专利申请的 分案申请。
技术领域
[0002] 本发明整体设及绞合缆线及其制造和使用方法。本发明还设及包括螺旋绞合复合 线材的绞合缆线及其制造和使用方法。该样的螺旋绞合复合缆线用于电力输送缆线和其它 应用。
【背景技术】
[0003] 缆线绞合是该样一种过程，其中单独的线材通常W螺旋布置方式组合，W产生成 品缆线。例如，参考美国专利No. 5, 171，942和No. 5, 554, 826。所获得的绞合缆线或钢缆提 供的柔性远大于横截面面积相等的实屯、杆所获得的柔性。绞合结构也是有利的，因为缆线 在处理、安装和使用过程中经历弯曲时，螺旋绞合缆线可维持其整体圆形横截面形状。该样 的螺旋绞合缆线用在各种应用中，例如升降缆线、航空缆线和动力输送缆线。
[0004] 螺旋绞合缆线通常由诸如钢、侣或铜的可延展金属制成。在一些情况下，例如裸露 的架空电力输送缆线，螺旋绞合线材巧被线材导体层包围。螺旋绞合线材巧可包括由诸如 钢的第一材料制成的可延展金属线材，并且外部动力传导层可包括由诸如侣的另外的材料 制成的可延展金属线材。在一些情况下，螺旋绞合线材巧可W是预绞合的缆线，所述预绞合 的缆线用作制造更大直径的电力输送缆线的输入材料。螺旋绞合缆线通常可W包括少至走 根单独的线材，到更通用的包括50根或更多线材的构造。
[0005] 图1A示出了美国专利No. 5, 554, 826中所述的示例性螺旋绞合电力输送缆线。所 示的螺旋绞合电力输送缆线20包括；中屯、可延展金属导体线材1 ;可延展金属导体线材 3 (示出了六根线材）的第一层13,可延展金属导体线材3围绕中屯、可延展金属导体线材1 沿第一抢向（示出为顺时针，对应于右手抢向）绞合；可延展金属导体线材5的第二层15， 可延展金属导体线材5围绕第一层13沿与第一抢向相反的第二抢向（示出为逆时针，对应 于左手抢向）绞合；W及可延展金属导体线材7的第S层17,可延展金属导体线材7围绕 第二层15沿与第二抢向相反的第=抢向（示出为顺时针，对应于右手抢向）绞合。
[0006] 在缆线绞合处理期间，可延展金属线材受到的应力超过金属材料的屈服应力但是 在极限或破坏应力之下。该个应力作用成使得当金属线材围绕较小半径的前述线材层或中 屯、层螺旋缠绕时金属线材塑性变形。近来，已经由复合且从而不易塑性变形产生新形状的 材料引入了有用的缆线物品。该些材料的普通实例包括纤维强化复合材料，所述纤维强化 复合材料由于其相对于金属具有改进的机械性能但在其应力应变响应方面主要为弹性而 引人注意。包含纤维强化聚合物线材的复合缆线在本领域是已知的，包含陶瓷纤维强化金 属线材的复合缆线也是已知的，参见例如美国专利No. 6, 559, 385和No. 7, 093, 416 ;W及公 开的PCT申请W097/00976。
[0007] 绞合复合缆线（例如，包含聚合物基质复合材料或金属基质复合线材的缆线）的 一种用途是作为裸露电力输送缆线的强化构件。尽管包括侣基质复合线材的电力输送缆线 是已知的，但是对于某些应用而言，还是继续期望获得改进的性能。本领域继续寻求改进的 绞合复合缆线，并且寻求制造和使用绞合复合缆线的改进的方法。
【发明内容】
[0008] 在一些应用中，期望进一步改进绞合复合缆线的构造及其制造方法。在某些应 用中，期望改进螺旋绞合复合缆线的物理性能，例如其针对缆线失效的拉伸强度W及伸长 率。在一些特定应用中，还期望提供便利的装置，W在将绞合复合线材结合到接下来的物品 (例如电力输送缆线）中之前保持绞合复合线材的螺旋布置。在预先巧具有能够塑性变形 的可延展金属线材或者具有在螺旋地布置之后能够固化或硬化的线材时，该种用于保持螺 旋布置的装置已没有必要。
[0009] 本发明的某些实施例设及绞合复合缆线W及沿共同抢向螺旋地绞合复合线材层 的方法，与在各个复合线材层之间采用交替抢向螺旋地绞合的复合缆线相比，该在复合缆 线的抗拉强度上具有令人惊喜的增大。对于采用共同抢向绞合的常规可延展的（例如，金 属或其它非复合）线材而言，在抗拉强度方面不具有该种令人惊喜的增大。此外，通常还不 容易想到对常规可延展线材缆线的绞合线材层使用共同的抢向，因为可延展线材可能易于 塑性变形，并且该样的缆线通常使用较短的抢距，对此，针对保持缆线整体性而言，交替的 抢向可能是优选的。
[0010] 从而，在一个方面，本发明提供一种改进的绞合复合缆线。在示例性实施例中，所 述绞合复合缆线包括：单个线材，限定中屯、纵向轴线；多个第一复合线材，围绕所述单个线 材沿第一抢向W相对于所述中屯、纵向轴线限定的第一抢角绞合并且具有第一抢距；W及多 个第二复合线材，围绕所述多个第一复合线材沿所述第一抢向W相对于所述中屯、纵向轴线 限定的第二抢角绞合并且具有第二抢距，所述第一抢角和所述第二抢角之间的相对差不大 于约4°。
[0011] 在一个示例性实施例中，所述绞合缆线还包括；多个第=复合线材，围绕所述多个 第二复合线材沿所述第一抢向W相对于所述中屯、纵向轴线限定的第=抢角绞合并且具有 第=抢距，其中所述第二抢角和所述第=抢角之间的相对差不大于约4°。在另一个示例性 实施例中，所述绞合缆线还包括；多个第四复合线材，围绕所述多个第=复合线材沿所述第 一抢向W相对于所述中屯、纵向轴线限定的第四抢角绞合并且具有第四抢距，其中所述第= 抢角和所述第四抢角之间的相对差不大于约4°。
[0012] 在另一个示例性实施例中，所述绞合缆线还可包括；附加的复合线材，围绕所述多 个第四复合线材沿所述第一抢向W相对于所述共同中屯、纵向轴线限定的抢角绞合，其中所 述复合线材具有特征抢距，并且所述第四抢角与任何后续抢角之间的相对差不大于约4°。
[0013] 在某些示例性实施例中，所述第一抢角和所述第二抢角、所述第二抢角和所述第 =抢角、所述第=抢角和所述第四抢角、W及通常情况下任何内层抢角与相邻的外层抢角 之间的相对差不大于4°，更优选地不大于3°，最优选地不大于0.5°。在一些实施例中， 所述第一抢角等于所述第二抢角，所述第二抢角等于所述第=抢角，所述第=抢角等于所 述第四抢角，而且通常，任何内层抢角等于相邻的外层抢角。
[0014] 在另一实施例中，为W下中的一个或多个；所述第一抢距小于或等于所述第二抢 距，所述第二抢距小于或等于所述第=抢距，所述第四抢距小于或等于紧后续的抢距，和/ 或各个后续抢距小于或等于之前紧接着的抢距。在其它实施例中，为W下中的一个或多个： 所述第一抢距等于所述第二抢距，所述第二抢距等于所述第=抢距，和所述第=抢距等于 所述第四抢距。在一些实施例中，优选的是使用平行抢，该是现有技术中公知的。
[0015] 在另一方面，本发明提供了绞合电力输送缆线的可替代实施例，所述绞合电力输 送缆线包括巧和围绕所述巧的导体层，而且其中所述巧包括上述的绞合复合缆线中的任一 种。在一些示例性实施例中，所述绞合缆线还包括围绕所述绞合复合缆线巧的所述绞合复 合线材绞合的多个可延展线材。
[0016] 在某些示例性实施例中，所述多个可延展线材围绕所述中屯、纵向轴线W多个径向 层绞合，所述径向层围绕所述复合缆线巧的所述复合线材。在另外的示例性实施例中，所述 多个可延展线材的至少一部分沿所述第一抢向W相对于所述中屯、纵向轴线的抢角并且W 可延展线材的第一抢距绞合。在其它的示例性实施例中，所述多个可延展线材的至少一部 分沿第二抢向W相对于所述中屯、纵向轴线限定的抢角并且W可延展线材的第二抢距绞合。
[0017] 在绞合缆线及其相关实施例的W上任一个方面中，可W有利地采用W下示例性实 施例。从而，在一个示例性实施例中，所述单个线材的沿与所述中屯、纵向轴线基本上垂直的 方向截取的横截面为圆形或楠圆形。在某些示例性实施例中，所述单个线材是复合线材。在 另外的示例性实施例中，每个复合线材和/或可延展线材沿与所述中屯、纵向轴线基本上垂 直的方向截取的横截面选自圆形、楠圆形和梯形。
[0018] 在另外的示例性实施例中，所述绞合缆线还包括保持装置，所述保持装置围绕所 述多个第一复合线材、所述多个第二复合线材、所述多个第=复合线材或所述多个第四复 合线材中的至少一个。在一些示例性实施例中，所述保持装置包括粘结剂或条带中的至少 一种。在某些示例性实施例中，所述条带包括缠绕所述多个第一复合线材或所述多个第二 复合线材中的至少一个的粘合剂条带。在某些当前优选的实施例中，所述粘合剂条带包括 压敏粘合剂。
[0019] 在另外的方面中，本发明提供了一种制造W上方面和实施例中所述绞合复合缆线 的方法，所述方法包括；围绕限定中屯、纵向轴线的单个线材绞合多个第一复合线材，其中沿 第一抢向W相对于所述中屯、纵向轴线限定的第一抢角实施绞合所述多个第一复合线材，并 且其中所述多个第一复合线材具有第一抢距；W及围绕所述多个第一复合线材绞合多个第 二复合线材，其中沿所述第一抢向W相对于所述中屯、纵向轴线限定的第二抢角实施绞合所 述多个第二复合线材，并且其中所述多个第二复合线材具有第二抢距，另外其中，所述第一 抢角和所述第二抢角之间的相对差不大于4°。在一个具体实施例中，所述方法还包括围绕 所述复合线材绞合多个可延展线材。
[0020] 根据本发明的绞合复合缆线的示例性实施例具有使其能够使用的且在多种应用 中具有优点的多种特征和特性。例如，在一些示例性实施例中，与其它复合缆线相比，根据 本发明的绞合复合缆线可W呈现在制造或使用期间在较低的缆线拉伸应变值下发生过早 断裂或失效的趋势降低。此外，与常规的绞合可延展金属线材缆线相比，根据一些示例性实 施例的绞合复合缆线可W呈现改进的抗腐蚀性、环境耐久性（例如，抗紫外线和抗湿气）、 阻止高温下强度损失、抗蠕变、W及较高的弹性模量、低密度、低热膨胀系数、高电导率、高 抗下垂性和高强度。
[0021] 在一些示例性实施例中，与现有技术的复合缆线相比，根据本发明实施例制造的 绞合复合缆线的抗拉强度增大10%或更多。根据本发明某些实施例的绞合复合缆线还可 低成本制造，该是因为在满足用在某些重要应用中（例如用在架空电力输送缆线应用 中）所需的最小抗拉强度要求的情况下增大了绞合缆线方法的产量。
[0022] 对本发明的示例性实施例的各个方面和优点已经进行了总结。上述
【发明内容】
并非 意图描述本发明呈现的某些示例性实施例的每一个图示实施例或每种实施方式。随后的附 图和【具体实施方式】将更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些优选实施例。
【附图说明】
[0023] 参照附图进一步描述本发明的示例性实施例，在附图中：
[0024]图1A是现有技术的螺旋绞合电力输送缆线的立体图。
[00巧]图1B是根据本发明示例性实施例的螺旋绞合复合缆线的立体图。
[0026] 图2A-2C是根据本发明示例性实施例的复合缆线层的示意俯视图，示出了各个缆 线层的抢向、抢角和抢距。
[0027]图3A-3D是根据本发明示例性实施例的各种螺旋绞合复合缆线的剖视端视图。
[0028] 图4A-4E是根据本发明其它示例性实施例的各种螺旋绞合复合缆线的剖视端视 图，所述螺旋绞合复合缆线包括一个或多个层，所述一个或多个层包括围绕螺旋绞合复合 线材绞合的多个可延展线材。
[0029]图5A是根据本发明另一个示例性实施例的螺旋绞合复合缆线的侧视图，所述螺 旋绞合复合缆线包括围绕绞合复合线材巧的保持装置。
[0030]图5B-5D是根据本发明其它示例性实施例的螺旋绞合复合缆线的剖视端视图，所 述螺旋绞合复合缆线包括各种围绕绞合复合线材巧的保持装置。