用于复合缆线的压缩连接器和组件及其制造和使用方法

专利名称：用于复合缆线的压缩连接器和组件及其制造和使用方法
技术领域：
本发明整体涉及用于连接到复合缆线的系统、组件和方法。本发明还涉及一种用于复合电能传输缆线的压缩连接，以及其制造和使用方法。
背景技术：
近期引入了由复合的且因而不易塑性变形成新形状的材料制成的可用缆线制品。这些材料的普通实例包括纤维强化复合材料，这种复合材料由于相对于金属而言具有改善的机械性能而引人关注，但主要在应力应变响应方面具有弹性。本领域中已知包含纤维强化聚合物线材的复合缆线，以及包含陶瓷纤维强化金属线材的复合缆线，参见例如美国专利第6，559，385号和第7，093，416号；以及公布的PCT专利申请WO 97/00976。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)的一个用途是作为用于地上电能传输的裸(即非绝缘)缆线中的强化构件。另外，在一些应用中，可能期望使用绞合复合缆线来进行电能传输。缆线绞合是将各条可延展线材合并(通常采用螺旋布置方式)以产生成品缆线的过程。参见例如美国专利第5，171，942号和第5，554，826号。螺旋绞合的电能传输缆线通常由例如钢、铝或铜等可延展金属制成。在一些情况下(例如，架空电能传输裸缆线)，螺旋绞合线材芯被线材导体层包围。螺旋绞合线材芯可包括例如由诸如钢等第一材料制成的可延展金属线材，且外部导电层可包括例如由诸如铝等另一材料制成的可延展金属线材。在一些情况下，螺旋绞合线材芯可以是预绞合复合缆线，其用作制造较大直径的电能传输缆线的输入材料。螺旋绞合复合缆线通常可包括各种数量的线材，从少至七根单独线材到更为通用的包含50根或50根以上线材的构造。在应用中，希望以绝缘且有效导电的方式将给定长度的电缆的延伸端连接到(例如)接续且互连长度的缆线。缆线间连接通常通过活接头或接头连接来实现。作为另外一种选择，用于高强度电流传送电力线的另一传统已知连接是连接到与架空塔或传输支承结构相关的绝缘体线丝。这种连接通常称作“死端”连接或端接。本领域中通常已知用于高强度电流传送(即电能)传输线应用的传统非复合缆线的连接器组件，例如，参见美国专利第 3，384，704 号和第 5，647，046 号。美国专利第6，805，596号中公开了示例性压缩缆线连接器。一种示例性死端压缩连接组件如图I所示。提供了细长且内部中空的金属管12，此管具有第一端14和第二端16，且具有所需的多边形(六边形、圆形等)横截面形状。金属管12具有所选内直径18以及多个间隔开且呈波状的褶皱20，这些褶皱沿管12的所选轴向长度延伸。重型金属圈22与第二端16—体地形成且从所述第二端延伸，且毡垫圈24滑动接合在金属管12上且设置在间隔开的褶皱20之间。提供了铝套管26，其包括第一端28和第二端30。套管26还具有不大于管12的内直径18的所选外直径，使得套管26能够轴向插入穿过选定端并进入管12中。

发明内容
在一个方面，本发明提供一种压缩连接器和组件，其包括细长且内部中空的内管，所述内管限定中心纵向轴线、由第一径向尺寸限定的内表面、由大于所述第一径向尺寸的第二径向尺寸限定的外表面、以及第一和第二相对终端，所述管包括具有第一轴向挤出率的第一材料；至少一个管状套管，其包括具有第二轴向挤出率的第二材料，所述至少一个管状套管具有一定长度、由小于所述第一径向尺寸的第三径向尺寸限定的外表面、限定具有小于所述第三径向尺寸的第四径向尺寸的内部中空部分的内表面、以及第一和第二相对终端，其中选择所述第三和第四径向尺寸之间的差值以限定壁厚度，使得所述至少一个套管在轴向插入并穿过中空管的第一或第二终端且受到沿基本垂直于所述管的外表面的方向的机械压缩时变形，以使得所述第一和第二材料以大体相同的速率轴向挤出。 在所述压缩连接器和组件的一些示例性实施例中，所述至少一个套管的壁厚度选择为在约O. 5mm到约6_的范围内。在某些示例性实施例中，所述至少一个套管包括形成于所述外表面或所述内表面中的至少一者中的多个轴向间隔开的褶皱。在另一些示例性实施例中，所述多个轴向间隔开的褶皱以约Imm到约5_的距离轴向间隔开。在某些示例性实施例中，所述多个轴向间隔开的褶皱均具有从约5_到约50_的轴向宽度。在另一些示例性实施例中，所述多个轴向间隔开的褶皱为约2个到约30个褶皱。在一些当前优选的示例性实施例中，所述第一材料和所述第二材料包括至少一种金属，其中所述第一材料具有至少约30kpsi (至少约206MPa)的屈服应力，且所述第二材料具有不大于约8kpsi (不大于约56MPa)的屈服应力。在某些当前优选的示例性实施例中，所述第一材料包括碳钢，且所述第二材料包括铝。在另一些示例性实施例中，上述压缩连接器和组件可包括内部中空的外部管状主体，所述外部管状主体具有由大于所述第二径向尺寸的第五径向尺寸限定的内表面、由大于所述第五径向尺寸的第六径向尺寸限定的外表面、以及第一和第二相对终端，所述外部管状主体滑动接合在所述内管上，可任选地是，其中所述外部管状主体包括金属。在另外一些示例性实施例中，上述压缩连接器组件可包括绞合复合缆线，所述绞合复合缆线具有小于所述外部管状主体的所述第五径向尺寸的外半径，其中所述绞合复合缆线包括复合芯，所述复合芯还包括限定中心纵向轴线的单根芯线材、围绕所述单根芯线材绞合的至少第一多根复合线材、以及围绕所述第一多根复合线材绞合的至少第二多根线材，另外，其中所述单根芯线材以及所述至少第一多根复合线材的终端部分纵向延伸过所述至少第二多根线材的终端部分，且其中所述至少第一多根复合线材的所述终端部分的至少一部分具有小于所述套管的所述第四径向尺寸的两倍的直径，且延伸到所述套管的所述内部中空部分中。在一些示例性实施例中，例如，在所述至少一个套管的所述壁厚度被选择为从约O. 5mm到约6mm的示例性实施例中，上述压缩连接器组件可包括条带,所述条带从外围缠绕所述第一多根复合线材，且只覆盖所述第一多根复合线材的一部分，其中所述至少第二多根线材围绕所述第一多根复合线材和所述条带绞合。在某些示例性实施例中，所述条带覆盖所述第一多根复合线材的外围表面的至多70%ο在其它示例性实施例中,例如,在所述至少一个套管还包括形成于所述外表面或所述内表面中的至少一者中的多个轴向间隔开的褶皱的示例性实施例中，所述条带可覆盖所述第一多根复合线材的所述外围表面的约30%到约50%。在另一些示例性实施例中，所述条带覆盖所述第一多根复合线材的所述外围表面的约1%到约30%。在包括上述复合缆线和复合芯的压缩连接器组件的另一些示例性实施例中，单根线材包括金属导体线材或复合线材。在一些示例性实施例中，所述单根线材包括至少一个光学纤维。在上述压缩连接器组件的某些示例性实施例中，从横截面观察，所述第一多根复合线材的至少一部分在围绕所述中心纵向轴线形成的至少一个柱形层中围绕所述单根线材螺旋地绞合。在一些示例性实施例中，从径向横截面观察，所述多根复合线材在围绕所述中心纵向轴线形成的至少两个柱形层中围绕所述单根线材螺旋地绞合。在某些当前优选的示例性实施例中，所述柱形层沿与每个邻接柱形层的捻向相同的捻向以特定捻角进行绞 合。在其它当前优选的示例性实施例中，每个邻接柱形层的捻角之间的相对差值大于0°且不大于约4°。在上述压缩连接器组件的另一些示例性实施例中，所述第一多根复合线材具有选自圆形、椭圆形和梯形的横截面形状。在某些示例性实施例中，所述第一多根复合线材中的每根线材是纤维强化复合线材。在一些示例性实施例中，至少一根所述纤维强化复合线材是使用纤维丝束或单丝纤维中的一者进行强化的。在上述压缩连接器组件的另一些示例性实施例中，所述第一多根复合线材中的每根线材选自金属基质复合线材和聚合物复合线材。在此类示例性实施例中，聚合物复合线材可包括位于聚合物基质中的至少一个连续纤维。在一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括金属、碳、陶瓷、玻璃或它们的组合。在某些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括钛、钨、硼、形状记忆合金、碳、碳纳米管、石墨、碳化硅、芳族聚酰胺、聚(对亚苯基-2，6-苯并双B,惡唑),或它们的组合。在另一些示例性实施例中，所述聚合物基质包括选自以下项的(共)聚合物环氧树脂、酯、乙烯基酯、聚酰亚胺、聚酯、氰酸酯、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚醚酮、以及它们的组合。在上述压缩连接器组件的其它示例性实施例中，所述金属基质复合线材包括位于金属基质中的至少一个连续纤维。在一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括选自以下项的材料陶瓷、玻璃、碳纳米管、碳、碳化硅、硼、铁、钢、铁合金、钨、钛、形状记忆合金、以及它们的组合。在某些示例性实施例中，所述金属基质包括铝、锌、锡、镁、它们的合金，或它们的组合。在某些当前优选的示例性实施例中，所述金属基质包括铝，且所述至少一个连续纤维包括陶瓷纤维。在一些当前优选的示例性实施例中，所述陶瓷纤维包括多晶ct -Al2O3O在上述压缩连接器组件的另一些示例性实施例中，绝缘外皮形成所述复合缆线的外表面。在一些示例性实施例中，所述绝缘外皮包括选自以下项的材料陶瓷、玻璃、(共)聚合物、以及它们的组合。在上述压缩连接器组件的其它示例性实施例中，复合缆线连接器是死端缆线连接器或缆线接头连接器。在某些示例性实施例中，复合连接器组件是死端连接器，且所述外部管状主体包括终端应用舌状物，所述舌状物从所述外部管状主体的选定端延伸。在一些示例性实施例中，金属圈可从所述管的选定端延伸并超过所述外部管状主体。在另一些示例性实施例中，所述金属圈包括钢圈锻件，所述钢圈锻件具有适于接合与电能传输线相关联的绝缘体线丝的选定形状和尺寸。在另一些示例性实施例中，所述压缩连接器是缆线接头连接器，且所述至少一个套管基本上由两个套管组成。在一些示例性实施例中，所述外部管状主体包括接头连接器主体。在某些此类示例性实施例中，所述外部管状主体包括至少一种金属。在另一方面，本发明提供一种构造上述压缩连接器的方法，所述方法包括将套管轴向插入管的内部中空部分中；将单根芯线材和至少第一多根复合线材的终端部分插入所述套管的所述内部中空部分中；在将所述单根芯线材以及所述至少第一多根复合线材的终端部分插入所述套管的内部中空部分中且将所述套管轴向插入所述管的内部中空部分中之后，沿基本垂直于所述管的外表面的方向机械压缩所述管，从而使所述管和所述套管变形，使得第一和第二材料以大体相同的速率轴向挤出，且可任选地，在这之后使所述外部管 状主体滑动接合在所述管上，以至少部分覆盖所述管。在某些示例性实施例中，沿基本垂直于所述管的外表面的方向机械压缩所述管包括在锻模中机械压缩细长管。在一些示例性实施例中，所述锻模仅机械压缩所述内管的一部分。在某些当前优选的实施例中，所述锻模机械压缩所述套管的基本上整个长度。在另一些当前优选的示例性实施例中，所述锻模具有一定长度，且所述单根芯线材以及所述至少第一多根复合线材的所述终端部分形成具有一定直径的柱形复合芯，其中锻模长度与复合芯直径的比率不大于约6。本发明的某些实施例旨在提供一种具有压缩连接组件的电能传输缆线，所述压缩连接组件至少包括连接到压缩连接器的复合线材芯缆线。终端或“死端”压缩连接器组件通常用于将复合缆线导体连接到传输塔和电能电网。一种示例性端接类型涉及使用压缩型死端连接器。在某些环境下，不同尺寸的复合导体可能对不同压缩型死端连接器具有不同作用。甚至在用于相同死端连接的复合导体尺寸相同时，作用也可能不同。作用差异可表现为复合芯线材在压缩或锻造以形成所述压缩连接组件期间断裂，或者表现为所述复合线材芯在低负载下滑移出所述压缩连接器的复合压缩连接器组件。意外地是，在一些示例性实施例中，我们发现这些问题均可克服。因此，在本发明的一些示例性实施例中，压缩连接器和组件降低或消除复合线材断裂或者复合芯线材在负载下滑移出连接器组件的风险，从而提高所述压缩连接器组件的可靠性。在某些示例性实施例中，所述压缩连接器组件在运行中可易于承受所需机械张力，从而增加所述压缩连接组件的整体运行可靠性，并降低对断裂线材或发生故障的压缩连接进行问题排查的费用和难度。已汇总了本发明的示例性实施例的各个方面和优点。上述发明内容并非意图描述本发明当前的某些示例性实施例的每个例示实施例或每种实施方式。随后的附图和具体实施方式
更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些当前优选的示例性实施例。


参照附图进一步描述本发明的示例性实施例，在附图中图I是现有技术压缩死端连接器的局部分解透视图。图2是根据本发明示例性实施例的用于绞合复合缆线的示例性压缩死端连接器组件的局部分解透视图。图3A是用于制备根据本发明示例性实施例的示例性压缩连接器组件的示例性绞合复合缆线的侧视图，所述绞合复合缆线包括第一多根复合线材以及采用条带形式的保持装置，其中所述条带缠绕且仅覆盖所述第一多根复合线材的一部分。图3B是用于制备根据本发明示例性实施例的示例性压缩连接器组件的示例性绞合复合缆线的横截面端视图，所述绞合复合缆线包括第一多根复合线材以及采用缠绕且仅覆盖所述第一多根复合线材的一部分的条带形式的保持装置、以及围绕第一多根复合线材和条带绞合的至少第二多根线材。

图3C是用于制备根据本发明示例性实施例的示例性压缩连接器组件的示例性褶状套管的侧视图，所述褶状套管包括外部部分，所述外部部分包括多个轴向间隔开的褶皱。图3D是用于制备根据本发明示例性实施例的示例性压缩连接器组件的示例性褶状套管的侧视图，所述褶状套管包括内部部分，所述内部部分包括多个轴向间隔开的褶皱。图4是根据本发明示例性实施例的示例性压缩死端连接器组件的分解透视图，所述压缩死端连接器组件用于与绞合复合缆线一起使用以形成缆线终端。图5A到图5C是根据本发明示例性实施例的示例性压缩接头连接器组件的后续局部分解透视图，所述压缩接头连接器组件用于与两根绞合复合缆线一起使用以形成缆线接头。图6是根据本发明示例性实施例的已完全组装好的图4所示示例性压缩死端连接器组件的横截面剖面图，所述压缩死端连接器组件用于形成缆线终端。图7是根据本发明示例性实施例的已完全组装好的图5A到图5C所示示例性压缩接头连接器组件的横截面剖面图，所述压缩接头连接器组件用于形成缆线接头。图8A是根据本发明绘制的应力柱状图，所述应力表示为复合缆线芯的额定断裂强度(RBS)的百分比，随示例性复合缆线的示例性压缩连接器组件的金属套管硬度而变化。图SB是根据本发明绘制的峰值应力图，所述峰值应力表示为复合缆线芯的额定断裂强度(RBS)的百分比，随示例性复合缆线的示例性压缩连接器组件的条带覆盖率而变化。图SC是根据本发明绘制的在进行锻造以形成压缩连接期间的最大芯应变图，针对示例性复合缆线的示例性压缩连接器组件，所述最大芯应变随锻模长度与压缩的复合芯直径的比率而变化，其中条带覆盖率作为参数。图9是根据本发明绘制的测量的应力图，测量的应力随针对示例性复合缆线的压缩连接器组件的示例性实例和比较例施加的应变而变化。附图中类似的附图标号表示类似的元件。本文中的附图未按比例绘制，且在附图中，复合缆线的部件经过大小调整以强调选定特征。
具体实施例方式在整个说明书和权利要求书中采用的某些术语大部分是人们所熟知的，但可能仍然需要作一些解释。应当了解，如本文所用，将“线材”称作“易碎”意指该线材在张力负载下将以最小塑性变形断裂。术语“可延展”在用于指线材的变形时，意指线材在承受张力负载或弯曲而不断裂或破损期间将实质上承受塑性变形。术语“复合线材”是指由成分或形式不同的材料的组合形成的线材，这些材料结合在一起并且具有易碎或非延展性质。术语“金属基质复合线材”是指这样的复合线材，其包括一种或多种结合到基质中的强化材料，所述基质由一个或多个可延展金属相组成。术语“聚合物基质复合线材”类似地是指这样的复合线材，其包括一种或多种结合到基质中的强化材料，所述基质由一个或多个聚合物相组成。术语“弯曲”在用于指线材的变形时，包括二维和/或三维弯曲变形，例如，在绞合 期间使线材螺旋地弯曲。当涉及具有弯曲变形的线材时，这不排除线材还因张力和/或扭转力而变形的可能性。“显著弹性弯曲”变形意指当线材弯曲成曲率半径高达线材半径的10，000倍时发生的弯曲变形。当应用于圆形横截面的线材时，这种显著的弹性弯曲变形将在线材的外纤维处赋予至少O. 01%的应变。术语“卷缆”和“绞合”可以互换使用，“卷缆的”和“绞合的”也可以互换使用。术语“捻制”描述了将螺旋绞合的复合缆线的绞合层中的线材缠绕成螺旋的方式。术语“捻向”是指在螺旋绞合层中线材股线的绞合方向。为了确定螺旋绞合层的捻向，当缆线离开观察者时，观察者看螺旋绞合线材层的表面。如果线材股线在远离观察者时呈现为沿顺时针方向转动，那么缆线被称为具有“右手捻制”。如果线材股线在远离观察者时呈现为沿逆时针方向转动，那么缆线被称为具有“左手捻制”。术语“中心轴线”和“中心纵向轴线”可以互换使用，以表示径向定位在多层螺旋绞合复合缆线的中心处的公共纵向轴线。术语“捻角”是指由绞合线材相对于螺旋绞合复合缆线的中心纵向轴线形成的角度。术语“相交角度”意指螺旋绞合线材缆线的相邻线材层的捻角之间的相对(绝对)差值。术语“捻距”是指螺旋绞合层中单个线材围绕螺旋绞合复合缆线的中心纵向轴线完成一个完整螺旋回转所沿的绞合复合缆线长度。术语“陶瓷”意指玻璃、晶体陶瓷、玻璃陶瓷、以及它们的组合。术语“多晶”意指主要具有多个结晶颗粒的材料，其中颗粒尺寸小于颗粒所在纤维的直径。术语“连续纤维”意指当与平均纤维直径相比时长度相对无限大的纤维。通常，这意味着纤维的纵横比(即，纤维长度与纤维平均直径的比率)为至少IXlO5 (在一些实施例中，至少I X 106，或甚至至少1X107)。通常，这种纤维具有接近从至少约15cm到至少几米的长度，且甚至可以具有接近几千米或者几千米以上的长度。术语“以大体相同的速率轴向挤出”意指至少一个套管在轴向插入并穿过压缩连接器的中空内管的第一或第二终端并受到沿基本垂直于所述内管的外表面的方向的机械压缩时发生变形，以使第一材料(构成内管)和第二材料(构成套管)以大体相同的量沿轴向变形。因此，如果套管和内管在机械压缩之前的长度大体相同，那么在沿基本垂直于内管的外表面的方向进行机械压缩之后，套管将以不超过约2mm的距离向外延伸超过内管的一个或两个终端。 压缩死端终端和接头(即，接头终端)通常用于将金属电能传输导体缆线连接到电能电网。金属导体缆线通常包含被绞合铝金属线材层环绕的绞合钢线材芯。在端接中，导体端部处的部分中移除了铝线材以露出钢芯。由钢制成的复合压缩连接器组件随后通过压缩芯线材周围的钢管(连接到拉引圈)进行附接。通过使用配有提供适量径向压缩的大小适当的模的液压驱动式压机来实现压缩。这能确保钢有助于终端的强度。连接芯的锻钢主体对于死端终端和接头而言是相同的。建立任一上述类型的连接时，还希望压缩环管或筒，所述环管或筒通常由钢构造，且与连接器组件相关。对于复合导体，复合芯线材材料通常是铝基质复合材料。通常最好不要在复合 芯线材上直接锻造钢管，因为使钢变形所需的力太大，且这些力会使复合芯断裂。电流传送线的复合芯插入钢筒的一端中，所述筒随后经历面积减少/压缩锻造工艺，这种工艺在10，OOOpsi (约69MPa)或以上的压力下且在所述筒插入一对重型压缩模之间之后进行。此操作的目的在于相对于接续缆线或死端连接器以所需载流方式将导电复合芯线材牢固地固定在钢护套内。钢筒压缩过程中出现的具体问题是，芯可能因安装和使用之后的后续张紧而损坏或断裂。也已确定，希望对使用中的芯建立至多为其额定强度的95%的张紧夹持。还必须在初始机械模压缩期间以基本线性延伸的方式保持所述芯，否则，随后施加的张力将只集中在其线材的一部分上，从而因所述芯破碎、出现切口或弯曲而导致损坏。也已确定，由于复合芯具有非常低的延展伸长特性，因此复合缆线的外部线材需要先于所述芯的外部线材进行装载，否则所述芯可能过早发生故障。压缩连接器的另一要求是，其必须设计成保持复合缆线的外部线材(其可以是可延展金属导体线材)而不发生损坏，以实现复合缆线的95%的期望额定强度。此外，在一些环境下，不同尺寸的复合导体可对不同的压缩型死端连接器具有不同作用。甚至在用于相同死端连接的复合导体尺寸相同时，作用也可能不同。作用差异可表现为复合芯线材在压缩或锻造以形成压缩连接组件期间断裂，或者表现为复合线材芯在低负载下滑移出压缩连接器的复合压缩连接器组件。意外地是，在一些示例性实施例中，我们发现这些问题均可通过以下一种或多种修改形式来克服(i)选择套管材料和管材料，使得所述套管在轴向插入中空外管中且受到沿基本垂直于所述管的外表面的方向的机械压缩时变形，以使套管材料和管材料以大体相同的速率轴向挤出；(ii)选择足够薄的套管壁厚度(例如，从约O. 5mm到约6mm)，使得套管在轴向插入中空外管中且受到沿基本垂直于所述管的外表面的方向的机械压缩时变形，以使套管材料和管材料以大体相同的速率轴向挤出；(iii)在套管上设置形成于所述套管的外表面或内表面中的至少一者中的多个轴向间隔开的径向褶皱，使得套管在轴向插入中空外管中且受到沿基本垂直于所述管的外表面的方向的机械压缩时变形，以使套管材料和管材料以大体相同的速率轴向挤出；(iv)从具有至少约30kpsi (至少约206MPa)的屈服应力的第一材料选择金属内管材料，以及从具有不大于约Skpsi (不大于约56MPa)的屈服应力的第二材料选择金属套管材料，使得套管在轴向插入中空外管中且受到沿基本垂直于所述管的外表面的方向的机械压缩时变形，以使套管材料和管材料以大体相同的速率轴向挤出；以及(V)选择压缩模，使得模长度与复合缆线的芯直径的比率不大于约6，这样，套管在轴向插入中空外管中且受到沿基本垂直于所述管的外表面的方向的机械压缩时变形，以使套管材料和管材料以大体相同的速率轴向挤出。因此，在某些示例性实施例中，所述压缩连接器组件在运行中可承受所需机械张力，从而增加复合电力传输缆线的整体运行可靠性，并降低对断裂线材或发生故障的压缩连接进行问题排查的费用和难度。此外，复合线材一般是易碎且不可延展的，因此可能无法在常规缆线绞合过程中 充分变形以保持其螺旋布置而不破坏线材。因此，本发明在某些实施例中提供一种较高抗拉强度的绞合复合缆线，并且在一些实施例中，还提供一种用于保持绞合复合缆线芯中线材的螺旋布置的胶带装置。现在将具体参照附图来描述本发明的各种示例性实施例。本发明的示例性实施例可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行多种修改和更改。因此，应当理解，本发明的实施例不应限于以下所述的示例性实施例，但应受控于权利要求书及其任何等同物中示出的限制。因此，在一个方面，本发明提供一种压缩连接器和组件，其包括细长且内部中空的内管，所述内管界定中心纵向轴线、由第一径向尺寸限定的内表面、由大于所述第一径向尺寸的第二径向尺寸限定的外表面、以及第一和第二相对终端，所述管包括具有第一轴向挤出率的第一材料；至少一个管状套管，其包括具有第二轴向挤出率的第二材料，所述至少一个管状套管具有一定长度、由小于所述第一径向尺寸的第三径向尺寸限定的外表面、限定具有小于所述第三径向尺寸的第四径向尺寸的内部中空部分的内表面、以及第一和第二相对终端，其中选择所述第三和第四径向尺寸之间的差值以限定壁厚度，使得所述至少一个套管在轴向插入并穿过中空管的第一或第二终端且受到沿基本垂直于所述管的外表面的方向的机械压缩时变形，以使所述第一和第二材料以大体相同的速率轴向挤出。现参照图2，所示为根据本发明的第一示例性实施例的示例性压缩死端连接器组件。提供了细长且内部中空的内管12，内管具有第一端14和第二端16以及所需多边形(如图所示的圆形、六边形、矩形等)横截面形状。在当前优选的实施例中，内管12由合适的碳钢材料构造而成；然而，在其它示例性实施例中，管12可由具有指定延展性、屈服应力和轴向挤出率的任何金属和导电材料构造而成。提供了套管26，其包括第一端28和第二端30(参见图I)。套管26还具有所选径向尺寸(例如，外直径D)，该径向尺寸不大于所选径向尺寸(例如，内管12的内直径D’)，使得套管26能够轻松地轴向插入穿过选定端并进入管中。在当前优选的示例性实施例中，套管26由合适的铝材料构造而成；然而，在其它示例性实施例中，管12可由具有指定延展性、屈服应力和轴向挤出率的任何金属和导电材料构造而成。如图2所不,套管26被显不为插入内管12的相关端14中。
图2所示的根据此第一示例性实施例的管12经配置以特定应用到死端连接器组件(参见图4中的10)中，其中所述死端连接器组件用于将复合缆线芯连接到架空塔或柱。管12包括特定特征，例如，所选内直径26 (参见图2所示切出部分)以及可任选地，沿管12的所选轴向长度延伸的多个间隔开的波状褶皱20。额外的可选特征包括与管第二端16 —体地形成且从该端延伸的重型金属圈22 (例如，钢圈锻件)、以及滑动接合在管上且设置在间隔开的褶皱20之间的毡垫圈24。再次参照图2，提供了复合导体缆线33，其包括通常螺旋地缠绕的多根外部线材34 (其可为例如可延展金属线材)，所述外部线材限定具有径向尺寸(直径DD’ )的外表面；以及中心延伸的多根内部绞合复合线材36 (也称为内复合芯37)，所述内部绞合复合线材限定具有径向尺寸(直径DD)的外表面。复合芯37的直径DD被选择为小于套管26的内直径D’(参见例如图3C到3D)。在一些示例性实施例中，条带35可被缠绕成使每个连续的带匝紧接着前一带匝，且之间没有间隙，也不会重叠(图中未示出)。作为另外一种选择，在一些示例性实施例中，连续条带35的带匝可间隔开来，从而在每个带匝之间留有间隙，如图2所示。 在一个示例性实施例中，复合导体通常包括所述绞合的多根线材34中的高温铝合金线材，而内部延伸复合线材36或复合芯37由铝基质复合线材构造而成。还应当了解，缆线的外部线材34和内部复合线材36的材料构造和成分可以根据所需的应用而改变。又如图2中所示，所述中心延伸的多根线材36 (也称作复合芯37)插入铝套管26的端28内，例如，其邻近外部钢管12的同轴且在外部设置的端14。此时，对外部钢管12、内部容纳的铝套管26、以及在中心插入的延伸的多根复合线材36进行机械压缩操作。尽管未示出，但应当理解，合适的压缩机可包括第一和第二相对且配对的模(图未示出)，用以在两者间接纳外部钢管12。机械压缩机的额定值可被设定用于任何合适的压力应用，能够超过每平方英寸(Psi) 10，000磅(约69MPa)，且还应当理解，机械压缩成形操作还提供缩小钢管12的总面积的效果。将认识到，当复合线材在常规的卷缆设备上绞合时，所述复合线材具有显著的弹性弯曲变形量。如果没有用于保持线材的螺旋布置的保持装置，那么这种显著的弹性弯曲变形将引起线材回到其未绞合或未弯曲形状。因此，在一些实施例中，选择保持装置以保持所述多根绞合复合线材的显著弹性弯曲变形。在图2所示一些示例性实施例中，绞合复合缆线芯包括多根绞合复合线材，其中条带螺旋地缠绕在整个复合缆线芯组件上，如图3A所示。这是一种制造辅助手段，用于实现芯绞合和铝绞合操作之间的过渡。没有这种辅助手段，芯无法保持其螺旋绞合构造。所使用的条带量可变化。这可以表示为条带覆盖的百分率，或者被条带覆盖的给定长度中的芯面积与露出的芯的总面积的比例。我们发现，对于正确地锻造芯而言，这一参数至关重要。在图3A所示的某些示例性实施例中，保持装置(例如，条带35)可进行缠绕，使得每个连续的带匝紧接前一带匝，之间不留有间隙，也不会重叠。或者，在一些当前优选的示例性实施例中，连续的带匝可间隔开来，从而在每个带匝之间留有间隙。在一个当前优选的实施例中，条带35进行缠绕，使得一个或多个带匝之间留有间隙。在一个特别优选的实施例中，条带进行缠绕，以覆盖绞合复合线材的表面的不超过约60%，更优选地不超过50%，甚至更优选地不超过40%。在另一当前优选的实施例中，条带进行缠绕，以覆盖绞合复合线材的表面的至少约10%，更优选地至少约20%，甚至更优选地不超过约30%。图3A示出了保持装置，所述保持装置是条带35，其可包括具有粘合剂的背衬(图未示出)。在该示例性实施例中，合适的粘合剂包括，例如，(甲基)丙烯酸酯(共)聚合物基粘合剂、聚(α -烯烃)粘合剂、嵌段共聚物基粘合剂、天然橡胶基粘合剂、有机硅基粘合剂以及热熔粘合剂。在某些实施例中，可优选压敏粘合剂。在一些示例性实施例中，条带35可充当环绕复合缆线的绝缘外皮。在另一些示例性实施例中，用于条带35背衬的合适材料包括金属箔，特别是铝；聚酯；聚酰亚胺；和玻璃强化背衬；前提条件是条带35具有足够的强度以保持弹性弯曲变形，并且能够通过其自身保持其缠绕构造，或者在需要 时受到充分约束。一种特别优选的背衬20是铝。这种背衬优选地具有O. 002英寸至O. 005英寸(O. 05mm至O. 13mm)的厚度、以及基于绞合复合缆线10的直径选择的宽度。例如，对于具有两层绞合复合线材(例如，如图3A所示)并具有约O. 5英寸(I. 3cm)的直径的绞合复合缆线10，优选宽度为I. O英寸(2. 5cm)的招条带。一些当前优选的可商购获得的条带包括以下的金属箔条带(可得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司)条带438，厚度为O. 005英寸(O. 13mm)的铝背衬，采用丙烯酸粘合剂，整个条带厚度为O. 0026英寸(O. 18mm);条带431，厚度为O. 0019英寸(O. 05mm)的铝背衬，具有丙烯酸粘合剂，整个条带厚度为O. 0031英寸(O. 08mm)；以及条带433，厚度为O. 002英寸(O. 05mm)的铝背衬，具有有机硅粘合剂，整个条带厚度为O. 0036英寸(O. 09mm)。合适的金属箔/玻璃布条带为条带363 (可得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司)，如实例中所述。合适的聚酯背衬的条带包括聚酯条带8402 (可得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司)，具有O. 001英寸(O. 03mm)厚的聚酯背衬，有机硅基粘合剂，并且整个条带厚度为O. 0018英寸(O. 03mm)。当条带35用作保持装置时，无论有或没有粘合剂，都可通过本领域已知的常规条带缠绕设备来将条带应用于绞合复合缆线。合适的绑带机包括可得自新泽西州帕特森市沃森机械国际公司(Watson Machine, International,)的绑带机，例如型号为CT-300的同心绑带头。条带外包裹物工位通常位于缆线绞合设备的出口处，并且在缆线10被缠绕到卷线轴上之前应用于螺旋绞合复合线材。选择条带35以保持发生弹性变形的复合线材的绞合布置。此外，绞合复合缆线的预期应用可以表明某些保持装置更适合于该应用。例如，当绞合复合缆线用作潜水或地下电能传输缆线时，应选择条带，以便不会对在该应用中所经受的温度、深度以及其它条件下的电能传输造成不利影响。当粘合剂条带35用作保持装置时，粘合剂和背衬都应选择为适用于预期应用。现参照图3B，所示为图3A的示例性绞合复合缆线33的端视图。在示例性实施例中，压缩连接器组件包括复合缆线33，其包括复合芯37，所述复合芯包括限定公共纵向轴线的单根线材36a (其可为图3B所示的复合线材，也可为可延展金属线材34或纤维光学“线材”束)、围绕线材芯的多根复合线材36b到36c、以及可任选地，缠绕所述多根复合线材36a到36b的条带35。在一些示例性实施例中，从径向横截面观察，所述多根复合线材36a到36b的至少一部分围绕限定公共纵向轴线的单根线材芯36a布置在围绕公共纵向轴线形成的至少一个柱形层中。在其它示例性实施例中，单根线材芯包括金属导体线材34或复合线材36中的至少一者。在另一些示例性实施例中，至少两个柱形层中的至少一者仅包括复合线材36。在某些额外的示例性实施例中，所述至少两个柱形层中的至少一者还包括至少一根可延展金属线材34。如上所述，在示例性实施例中，复合芯37到37’可包括多根复合线材36到36’。在另一些示例性实施例中，所述多根复合线材的至少一部分围绕限定公共纵向轴线的单根线材(其可以是可延展金属线材、复合线材或光学纤维束)进行绞合。合适的绞合方法、构造和材料在美国专利申请公开第2010-0038112号中进行了公开。在另一些示例性实施例(图未示出)中，绞合复合缆线还可包括额外(例如，后续)的复合线材层(例如，第四层、第五层或其它后续层)，其沿第一捻向以相对于公共纵向轴线限定的捻角围绕第三多根复合线材8进行绞合，其中每层中的复合线材具有特定捻距，第三捻角与第四或后续捻角之间的相对差值不大于约4°。采用四个或更多个绞合复合线材层的实施例优选地使用直径为O. 5mm或更小的复合线材。
在一些示例性实施例中，第一捻角和第二捻角之间的相对(绝对)差值大于0°且不大于约4°。在某些示例性实施例中，第一捻角和第二捻角之间的相对(绝对)差值、第二捻角和第三捻角之间的相对(绝对)差值中的一者或多者不大于4°、不大于3°、不大于2。、不大于1°或不大于0.5°。在某些示例性实施例中，满足以下中的一项或多项第一捻角等于第二捻角、第二捻角等于第三捻角，和/或各个后续捻角等于之前紧接着的捻角。在另一些实施例中，满足以下项中的一项或多项第一捻距小于或等于第二捻距，第二捻距小于或等于第三捻距，第四捻距小于或等于紧跟着的捻距，和/或各个后续捻距小于或等于之前紧接着的捻距。在其它实施例中，满足以下项中的一项或多项第一捻距等于第二捻距、第二捻距等于第三捻距，和/或各个后续捻距等于之前紧接着的捻距。在一些实施例中，可优选的是使用平行捻，这是现有技术中公知的。在另一些示例性实施例中，所述复合缆线还可包括至少一根非复合线材，且在一些实施例中，还可包括多根非复合线材。在一些特定示例性实施例中，绞合复合缆线(无论是完全复合、部分复合还是完全非复合)可螺旋地绞合。在其它另外的示例性实施例中，每个圆柱层在与每个邻接圆柱层的捻向相同的捻向上以特定捻角绞合。在某些当前优选的示例性实施例中，每个邻接柱形层的捻角之间的相对差值不大于约4°。在其它示例性实施例中，所述复合线材和/或非复合线材具有选自圆形、椭圆形和梯形的横截面形状。在某些另外的示例性实施例中，复合缆线还可包括多根可延展金属线材34，以及可任选地，环绕多根复合且可延展的线材(图未示出)的绝缘外皮。在一些当前优选的示例性实施例中，可延展金属导体线材围绕示例性复合缆线芯进行绞合，更优选地是螺旋地绞合。在某些示例性实施例中，第一多根可延展线材34a沿与邻接径向层(例如，包括第二多根复合线材34c和/或第二多根可延展线材34b的复合芯37的外层)的捻向相反的捻向进行绞合。在其它示例性实施例中，第一多根可延展线材34a沿与邻接径向层(例如，包括第二多根复合线材36c和/或第二多根可延展线材34b的外层)的捻向相同的捻向进行绞合。在另一些示例性实施例中，第一多根可延展线材34a、第二多根可延展线材34b或者可选的第三、第四或第四以上多根可延展线材(图未示出)中的至少一者沿与邻接径向层的捻向相反的捻向进行绞合，例如，第二层可延展线材34b可沿与第一多根可延展线材34a的捻向相反的捻向进行绞合。在另一些示例性实施例中，每根可延展线材在基本垂直于中心纵向轴线的方向上具有选自圆形、椭圆形或梯形的横截面形状。在另一些示例性实施例中，部分或所有的可延展线材(34a到34b)可在基本垂直于中心纵向轴线的方向上具有“Z”形或“S”形(图未示出)的横截面形状。这种形状的线材是本领域已知的，并且可能是期望的，(例如)以形成缆线的互锁外层。在另一些实施例中，可延展线材包括选自以下项的至少一种金属铜、铝、铁、锌、钴、镍、铬、钛、鹤、银、错、猛、娃、它们的合金、以及它们的组合。尽管图3B示出了限定中心纵向轴线的单根中心复合芯线材36a，但还应当了解，单根中心复合芯线材36a也可以是可延展金属线材。还应当理解，每一复合线材层具有某一捻距，且每一复合线材层的捻距可以不同，或者优选地可以为相同的捻距。
此外，应当理解，在一些示例性实施例中，复合线材36a到36c中的每根复合线材沿基本垂直于中心纵向轴线的方向具有通常为圆形、椭圆形或梯形的横截面形状。在某些示例性实施例中，每根复合线材都具有大致圆形的横截面形状，并且每根复合线材的直径都为至少约O. Imm,更优选地为至少O. 5mm ;还更优选地为至少Imm,还更优选地为至少2mm,最优选地为至少3mm ;并且至多为约15mm,更优选地为至多IOmm,还更优选地为至多5mm,甚至更优选地为至多4mm，最优选地为至多3mm。在其它的示例性实施例中，每根复合线材的直径可以小于1mm，或大于5mm。通常，具有大致圆形横截面形状的单根中心线材36a的平均直径在约O. Imm至约15mm的范围内。在一些实施例中，单根中心线材的平均直径期望地为至少约O. 1_，至少O. 5mm,至少Imm,至少2mm,至少3mm,至少4mm,或者甚至最多至约5mm。在其它实施例中，单根中心线材的平均直径小于约O. 5mm,小于Imm,小于3mm,小于5mm,小于IOmm,或小于15mm。再次参照图2，在压缩连接器和组件的一些示例性实施例中，可以使用常规管状套管；然而，至少一个套管26的壁厚度被选择为较薄，即，从约O. 5mm到6_。优选地,选择具有较薄壁厚度的套管，所述壁厚度优选不超过约4mm，更优选地是不超过约3mm，还更优选地是不超过约2. 5_，最优选地是小于约2_。这可在形成压缩连接的锻造过程中实现应力消除。上文已大体说明了内管12、插入的套管26以及复合缆线33的向内延伸的中心复合芯37 (多根复合线材36)，现将介绍在内管12的机械压缩期间套管26的特性。因此，且在通过锻造设备(图未示出)的模向内管12施加压缩和面积缩小力时，套管26以与内管12大体相同的轴向挤出率挤出，使得与套管26相关的材料基本上填充中心延伸的内部线材36之间的任何不规则部分和空隙。在图3C和3D所示的某些示例性实施例中，至少一个套管包括形成于外表面(图3C)或内表面(图3D)中的至少一者中的多个轴向间隔开的褶皱27到27’。至少一个管状套管具有长度L到L’，且具有由小于内管14 (图2)的第一径向尺寸的第三径向尺寸(直径D)限定的外表面，以及限定具有小于第三径向尺寸的第四径向尺寸(直径D’)的内部中空部分的内表面，以及第一 30’到30"和第二 28’到28"相对终端，其中选择第三和第四径向尺寸之间的差值以限定壁厚度C到C’，使得所述至少一个套管可插入内管14 (图2)的内部中空部分中。在某些示例性实施例中，轴向间隔开的褶皱27到27’可将套管壁厚度C到C’限定在约O. 5mm到约6mm的范围内。优选地是,选择具有较薄壁厚度的套管，所述壁厚度优选不超过约4mm，更优选地是不超过约3mm，还更优选地是不超过约2. 5mm，最优选地是小于约2_。轴向间隔开的褶皱27到27’可用于在形成压缩连接的锻造过程中实现应力消除。在另一些示例性实施例中，多个轴向间隔开的褶皱27到27’以距离B或B’轴向间隔开，所述距离为至少约1mm、至少2mm、至少3mm ;至多约5mm、至多4mm、至多3mm ;或从约Imm到约5mm,更优选地是从约2mm到约4mm。在某些示例性实施例中，所述多个轴向间隔开的褶皱27到27’各具有沿轴向的宽度A或A’，所述宽度为至少约5mm、10mm、15mm ;至多约50mm、45mm或40mm ;或者从约5mm到约50mm,更优选地是从约IOmm到约40mm。在另一些示例性实施例中，所述多根轴向间隔开的褶皱的数量为至少2、4、6、8或10个褶皱27到27’ ；至多30、28、26、24或22个褶皱27到27’ ；以及优选地从约2个到约30个褶皱27到27’ ；更优选地是从约5个到约25个褶皱27到27’，最优选地是从约8个到约20个褶皱27到27，。在一些当前优选的示例性实施例中，第一材料和第二材料包括至少一种金属，其中第一材料的屈服应力为至少约30kps (至少约206MPa),更优选地是至少约35kpsi (至少约241MPa)，甚至更优选地是至少约40kpsi (至少约275MPa);且第二材料的屈服应力为不大于约8kpsi (不大于约56MPa),更优选地是不大于约6kpsi (不大于约42MPa),甚至更优选地是不大于约4kpsi (不大于约28MPa)。在某些当前优选的示例性实施例中，所述第一材料包括碳钢，且所述第二材料包括铝。在另一些示例性实施例中，上述压缩连接器和组件可包括内部中空的外部管状主体，所述外部管状主体具有由大于所述第二径向尺寸的第五径向尺寸限定的内表面、由大于所述第五径向尺寸的第六径向尺寸限定的外表面、以及第一和第二相对终端，所述外部管状主体滑动接合在所述内管上，可任选地是，其中所述外部管状主体包括金属。因此，在另一些示例性实施例中，本文所述的压缩连接器组件可包括绞合复合缆线，所述绞合复合缆线具有小于外部管状主体的第五径向尺寸的外半径，其中所述绞合复合缆线包括复合芯，所述复合芯还包括限定中心纵向轴线的单根芯线材、围绕所述单根芯线材绞合的至少第一多根复合线材、以及围绕所述第一多根复合线材绞合的至少第二多根线材，另外，其中所述单根芯线材以及所述至少第一多根复合线材的终端部分纵向延伸超过所述至少第二多根线材的终端部分，且其中所述至少第一多根复合线材的所述终端部分的至少一部分具有比所述套管的第四径向尺寸的两倍小的直径，且延伸到所述套管的内部中空部分中。在一些示例性实施例中，例如，在至少一个套管的壁厚度被选择为从约O. 5mm到约6_的示例性实施例中，上述压缩连接器组件可优选地包括条带，所述条带从外围缠绕所述第一多根复合线材，且只覆盖所述第一多根复合线材的一部分，其中所述至少第二多根线材围绕所述第一多根复合线材和条带而绞合。、
在某些示例性实施例中，条带覆盖第一多根复合线材的外围表面的至多70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、5%或甚至1%。在其它示例性实施例中，例如，在所述至少一个套管还包括形成于所述外表面或所述内表面中的至少一者中的多个轴向间隔开的褶皱的示例性实施例中，所述条带可覆盖所述第一多根复合线材的所述外围表面的约30%到约50%。在另一些示例性实施例中，所述条带覆盖所述第一多根复合线材的所述外围表面的约1%到约30%。当然，应当理解，在一些示例性实施例中，形成压缩连接器组件过程中可能不进行任何条带缠绕。在上述压缩连接器组件的某些特定示例性实施例中，复合缆线连接器是死端缆线连接器或缆线接头连接器。因此，在某些示例性实施例中，复合连接器组件10是死端连接器，且外部管状主体包括终端应用舌状物，所述舌状物从外部管状主体的选定端延伸。在一些示例性实施例中，金属圈可从所述管的选定端延伸并超过所述外部管状主体。在另一些示例性实施例中，所述金属圈包括钢圈锻件，所述钢圈锻件具有适于接合与电能传输线相关联的绝缘体线丝的选定形状和尺寸。现参阅透视4，提供外部管状主体38，其包括第一端40、第二端42和指定内直径44。外部主体38由合适的金属导电材料(例如，优选为铝)构造而成，且在此实施例中，也称为外部死端连接器主体。管状主体38的内直径44还优选地包括套管44的构造，所述 套管也优选地由铝构造而成，且可在外部管状主体38的初始组装期间在工厂进行安装。还示出了舌状物46，其通常是外部主体38的焊接部分，在某些当前优选的实施例中，该舌状物也由铝构造成且用作载流终端，如下文将阐述的那样。在内管12、套管26以及复合缆线芯37的中心延伸复合线材的初始应用和压缩成形期间，外部死端主体38通常以同轴方式预应用到复合缆线33的外部线材34上，且通常定位在与中心延伸复合芯37相距合适的距离处。在对内管12 (其中内管以机械方式从图2所示圆形部分成形为图4所示基本上为六边形的压缩成形构造)和套管26执行机械压缩和面积缩小操作之后，外部死端和管状主体38基本上以图2、图4和图6的截面剖视图中所示的方式滑动接合在组装好的管和套管上。后续机械压缩操作应用于沿外部主体38的长度且标为43、45和47的轴向间隔开的位置处。压缩操作通常沿主体38的轴向长度前进到端40和42，且释放组件中积聚的应力，然而，应理解，轴向位置43和45之间未施加任何压缩力，这与内部插入的管12和套管26的定位对应。随后可对外部主体(参见图4中的48)的边缘邻接且向内渐缩部分进行另外的压缩操作，且与43、45和47的压缩操作一样，围绕复合导体缆线的外部延伸线材34以机械方式固定外部管状主体38，以及沿组件释放应力。再次参照在图6的横截面剖面图中示出的组装好的压缩死端连接器，进一步参考可任选的轴向设置于钢管12上的褶皱20被压缩并径向向外挠曲以与外部管状主体38的相对且内部环状表面相互接合的方式。这通常通过向管12施加指定的轴向向内压缩力，且通过重型端延伸金属圈22来实现。在操作中，且在压缩死端连接器完成组装时，跳线终端(图未示出)连接到外部死端主体38的延伸舌状物46。绝缘体线丝(图未示出)还在死端连接期间与悬空塔或柱(也未示出)相连，且由于绝缘体线丝具有绝缘特性，因而能够阻止电流通过钢金属圈锻件22并进入柱或塔中。因此，电流传送从复合缆线开始，通过组件并穿过外部管状主体，最终通过舌状物并到达所连接的跳线终端。外管38的横截面构造可为多边形(例如，六边形)，且还应当理解，圆形和其它构造也可行。还应当理解，在此横截面上，外管38设计成保持复合连接器缆线的外部铝线材34的强度，且还具有必要的载流特性，以便从导体传送电流量。应当理解，管和导体组合被设计成各自具有在设定极限内的所需面积缩小百分比和面积压缩百分比，同时此位置处的横截面中不存在趋于允许水分从导体上移并进入组件中的任何空隙。需要的是，导体上的压缩长度必须足以保持滑移夹持(当导体在使用中张紧到其额定强度的95%时)。通过此方式，可有利地确保连接器满足电气和机械性能要求，而无需重复测试各个组件。在一些示例性实施例中，连接器组件的芯负载转移部分被设计成在特定张力下屈服或延长，从而有效地“装载”芯。管横截面还必须进行设计，以便在向确定为处于额定断裂强度(RBS)的导体施加负载时，所得的芯(线材36)应变通常发生在O. 002到O. 006平方英寸的面积中，从而确保芯在高张力负载下进行装载。与建立于外部死端管状主体38与复合终端缆线的外部延伸线材34之间的压缩连接一样，管12、套管26和芯36被设计成具有在设定极限内的面积缩小百分比和面积压缩百分比，从而确保压缩连接的机械性能。此外，此位置处的横截面优选不存在任何空隙，具体 地讲，使得在机械压缩和面积缩小期间，管不趋于弯曲或弯折。另外，当缆线张紧到其额定强度的95%时，芯线材36上的压缩长度必须足以保持导体芯上的夹持而不出现滑移。在另一些示例性实施例中，压缩连接器是缆线接头连接器，如图5A到5C以及图7所示，且所述至少一个套管基本上由两个套管26’’和26"'组成。在一些示例性实施例中，外部管状主体84 (图5C)包括接头连接器主体。在某些此类示例性实施例中，所述外部管状主体84包括至少一种金属。现参照图5A、图5B和图5C的透视图、以及图7的完全组装的截面剖面图，压缩连接器组件(接头)62根据第二当前优选的实施例示出(具体参见图5C和图7 )。压缩接头连接器组件62用作压缩接头连接器，用于将两个复合缆线76和80接合在一起，因此与死端连接器组件10存在显著差别。相反，组件62旨在以当前描述的方式将第一和第二复合终端互连。具体而言，再次提供内管64,其包括第一端66、第二端68以及指定内直径D’。与之前对套管26的描述基本相同，提供一对套管26"和26" /，使得套管26"和26" /插入钢管64的相对端66、68内。图5A到5B示出了所述一对套管26"和26"'，其分别具有终端28’’到30"以及28"'和30"'。在以相对端插入方式插入管64内的情况下，套管26"'和26"'各具有径向尺寸(外直径D)，其中管64具有内部径向尺寸(直径D’)。图5B以局部分解方式进一步示出了第一复合传输缆线(参见具有限定径向尺寸(直径DD’)和可选绝缘层76的外表面的外部线材34’、以及形成限定径向尺寸(直径DD)的复合芯37’的中心延伸复合线材36’，中心延伸复合线材36’被显示为具有上述可选条带包裹物35’)以及第二复合传输缆线(参见限定径向尺寸(直径DD’)和可选绝缘层81的外部线材34"、以及形成限定径向尺寸(直径DD)的复合芯37"的中心延伸复合线材36"，中心延伸复合线材36"被显示为具有上述可选条带包裹物35")的插入方式。现参照图5C和图7，示出了将组装好的连接器在轴向端插入与接头连接相关的外部管状主体84内。与第一当前优选的实施例中的相应外部死端连接器主体38—样，接头连接器外部主体84由金属(通常为铝)材料构造成，且预先以同轴方式应用于所选传输连接器的外部线材76或80上，然后再围绕终端的所插入铝套管26"和26"，以及所插入中心线材股线(芯)78和82对外管64进行初始机械压缩和面积缩小。
通常为薄壁且也优选地由铝构造成的补充套管81可以滑动接合在传输缆线(夕卜部线材34’到34")上，如图5C中以分解方式所示、以及如图7中以组装好的方式所示。在最终组装期间，套管81滑入外部管状主体84的相关端90中，且与所述端齐平。与死端压缩连接器组件的第一示例性实施例一样，对外管64进行机械压缩和面积缩小，例如从初始圆形构造机械压缩或面积缩小到后续的六边形压缩/面积缩小形状构造。相对于钢外管64，所插入的这对套管26"和26"，的挤出特性与参照死端连接器构造中的套管26所述的相同，使得这对套管能够进行组合以填充相关终端连接器的相对延伸中心复合线材/芯35’到35" 二者处形成的空隙和不规则部分，同时还从外管64的相对端挤出，以便在复合芯35’到35"和压缩外管84之间实现应力消除。外部接头连接器主体84的渐缩端部分86和86’(其接近主体84的相对端)在辅助机械操作中同时进行压缩(正如之前参照第一优选实施例中的死端管状主体38的边缘部分48所述)，以便将外管分别固定到相应终端复合缆线33’到33"的相关外部线材34’ 和34"，以及沿组件释放应力。在操作中，压缩接头连接器62以与相应死端连接器相同的方式运行，且以相同性能额定值和要求运行。如再次参照第一示例性实施例的公开内容所述，在后续使用中的张紧期间，期望实现芯37’到37"(再次中心延伸并缠绕多根复合线材36’到36")的额定强度的所需95%。在附图未示出的另一些示例性实施例中，复合缆线压缩连接组件可包括绞合复合芯缆线，其具有围绕单根线材的三个以上绞合复合线材层，所述单根线材限定中心纵向轴线。在某些示例性实施例中，复合缆线的各个层中的各个复合线材可以具有相同的构造和形状；然而，这不是获得本文所述的有益效果所必需的。在某些示例性实施例中，每个绞合复合线材包括在基质中的多个连续纤维，下文将对此作更详细的讨论。由于线材为复合材料，因此在卷缆或绞合操作过程中它们大体上不受塑性变形，所述塑性变形对于可延展金属线材是可能的。例如，在包括可延展线材的现有技术的布置中，可以执行常规的卷缆工艺来使得复合线材以其螺旋布置永久性地塑性变形。本发明允许使用这样的复合线材，相比于常规可延展金属线材，其可提供优良的所需特性。在一些示例性实施例中，所述复合线材中的每根复合线材为纤维强化复合线材。在某些示例性实施例中，所述纤维强化复合线材中的至少一根纤维强化复合线材是用纤维丝束和单丝纤维中的一者进行强化的。在另一些示例性实施例中，每根复合线材选自金属基质复合线材和聚合物复合线材。在一些示例性实施例中，所述聚合物复合线材包括在聚合物基质中的至少一个连续纤维。在另外的示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括金属、碳、陶瓷、玻璃或它们的组合。在一些特定的示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括钛、钨、硼、形状记忆合金、碳、碳纳米管、石墨、碳化硅、芳族聚酰胺、聚(对亚苯基-2，6-苯并双B,惡唑)或它们的组合。在另一些示例性实施例中，所述聚合物基质包括选自以下项的(共)聚合物环氧树脂、酯、乙烯基酯、聚酰亚胺、聚酯、氰酸酯、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚醚酮、以及它们的组合。在其它示例性实施例中，所述金属基质复合线材包括在金属基质中的至少一个连续纤维。在另外一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括选自以下项的材料陶瓷、玻璃、碳纳米管、碳、碳化硅、硼、铁、钢、铁合金、钨、钛、形状记忆合金以及它们的组合。在一些示例性实施例中，所述金属基质包括铝、锌、锡、镁、它们的合金或其组合。在某些实施例中，所述金属基质包括铝，并且所述至少一个连续纤维包括陶瓷纤维。在某些当前优选的示例性实施例中，所述陶瓷纤维包括多晶α -Α120。在其中金属基质复合线材用于提供铠装元件的某些实施例中，所述纤维优选地选自聚(芳族聚酰胺)纤维、陶瓷纤维、硼纤维、碳纤维、金属纤维、玻璃纤维以及它们的组合。在某些示例性实施例中，所述铠装元件包括柱形层中围绕芯复合缆线的多根线材。优选地，所述线材选自金属铠装线材、金属基质复合线材以及它们的组合。在图3Β所示的某些示例性实施例中，包括芯的绞合复合缆线和/或导电非复合缆线包括外部线材层中的至少一根可延展金属线材，且优选地包括多根可延展金属线材。在另一些示例性实施例中，从径向横截面观察，所述多根金属线材中的每根金属线材具有选自以下项的横截面形状圆形、椭圆形、梯形、S形和Z形。在一些特定示例性实施例中，所述多根金属线材包括选自以下项的至少一种金属铁、钢、锆、铜、锡、镉、铝、锰、锌、钴、镍、铬、钛、钨、钒、它们彼此的合金、它们与其它金属的合金、它们的硅合金以及它们的组合。
在另外一些特定的示例性实施例中，至少一根复合缆线为绞合复合缆线，从径向横截面观察，所述绞合复合缆线包括围绕所述至少一根复合缆线的中心纵向轴线绞合的多个柱形复合线材层。在某些示例性实施例中，所述至少一根绞合复合缆线是螺旋地绞合的。在某些特定示例性实施例中，各个柱形层沿与各个邻接柱形层的捻向相同的捻向以一定捻角绞合。在某些当前优选的示例性实施例中，每个邻接柱形层的捻角之间的相对差值不大于3°。在另一些示例性实施例中，所述复合线材具有选自以下项的横截面形状圆形、椭圆形、和梯形。在一些示例性实施例中，所述复合线材中的每根复合线材为纤维强化复合线材。在某些示例性实施例中，所述纤维强化复合线材中的至少一根纤维强化复合线材是用纤维丝束和单丝纤维中的一者进行强化的。在其它示例性实施例中，所述复合线材中的每根复合线材选自金属基质复合线材和聚合物复合线材。在某些其它示例性实施例中，所述聚合物复合线材包括位于聚合物基质中的至少一个连续纤维。在一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括金属、碳、陶瓷、玻璃、或它们的组合。在一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括钛、钨、硼、形状记忆合金、碳、碳纳米管、石墨、碳化硅、聚(芳族聚酰胺)、聚(对亚苯基_2，6-苯并双噁唑)、或它们的组合。在某些示例性实施例中，所述聚合物基质包括选自以下项的(共)聚合物环氧树月旨、酯、乙烯基酯、聚酰亚胺、聚酯、氰酸酯、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚醚酮、以及它们的组合。在其它示例性实施例中，所述金属基质复合线材包括在金属基质中的至少一个连续纤维。在一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括选自以下项的材料陶瓷、玻璃、碳纳米管、碳、碳化硅、硼、铁、钢、铁合金、钨、钛、形状记忆合金、以及它们的组合。在某些示例性实施例中，所述金属基质包括铝、锌、锡、镁、它们的合金、或它们的组合。在某些当前优选的示例性实施例中，所述金属基质包括铝，并且所述至少一个连续纤维包括陶瓷纤维。在一些特定的当前优选的示例性实施例中，所述陶瓷纤维包括多晶α-Α1203。在另外的示例性实施例中，所述绝缘外皮形成潜水或地下复合缆线的外表面。在一些示例性实施例中，所述绝缘外皮包括选自以下项的材料陶瓷、玻璃、(共)聚合物、以及它们的组合。虽然可以用任何合适的复合线材实施本发明，但是在某些示例性实施例中，复合线材中的每根线材均选择为纤维强化复合线材，所述纤维强化复合线材包括基质中的连续纤维丝束或连续单丝纤维中的至少一者。复合线材的优选实施例包括基质中的多个连续纤维。优选的纤维包括多晶a -Al2O30这些复合线材的优选实施例优选地具有至少O. 4%、更优选地至少O. 7%的失效张力应变。在一些实施例中，在金属基质复合芯中数量占至少85% (在一些实施例中，至少90%，或者甚至至少95%)的纤维都是连续的。可以用于本发明的其它复合线材包括玻璃/环氧线材；碳化硅/铝复合线材；碳/铝复合线材；碳/环氧复合线材；碳/聚醚醚酮(PEEK)线材；碳/ (共)聚合物线材；以及此类复合线材的组合。
合适的玻璃纤维的实例包括A-玻璃、B-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、S-玻璃、AR-玻璃、R-玻璃、玻璃纤维和仿玻璃，如本领域已知的。也可以使用其它的玻璃纤维；此列表是非限制性的，并且存在许多不同类型的玻璃纤维，这些玻璃纤维可商购获得，例如，商购自纽约州康宁市的康宁玻璃公司(Corning Glass Company)。在一些示例性实施例中，连续玻璃纤维可以是优选的。通常，连续玻璃纤维的平均纤维直径在约3微米至约19微米的范围内。在一些实施例中，玻璃纤维的平均抗拉强度为至少3GPa、4GPa、及/或甚至至少5GPa。在一些实施例中，玻璃纤维的弹性模量在约60GPa至95GPa的范围内，或者在约60GPa至约90GPa的范围内。合适的陶瓷纤维的实例包括金属氧化物(例如，氧化铝)纤维、氮化硼纤维、碳化硅纤维以及任何这些纤维的组合。通常，氧化陶瓷纤维为结晶陶瓷和/或结晶陶瓷和玻璃的混合物(即纤维可包含结晶陶瓷和玻璃相二者)。通常，此类纤维的长度为大约至少50米，并且可能甚至为大约上千米或更长。通常，连续陶瓷纤维的平均纤维直径在约5微米至约50微米、约5微米至约25微米、约8微米至约25微米，或者甚至约8微米至约20微米的范围内。在一些实施例中，结晶陶瓷纤维的平均抗拉强度为至少I. 4GPa、至少I. 7GPa、至少2. lGPa、及/或甚至至少2. 8GPa。在一些实施例中，结晶陶瓷纤维的弹性模量从大于70GPa到大约不大于lOOOGPa，或者甚至不大于420GPa。合适的单丝陶瓷纤维的实例包括碳化硅纤维。通常，碳化硅单丝纤维为结晶陶瓷和/或结晶陶瓷和玻璃的混合物(即纤维可包含结晶陶瓷和玻璃相二者)。通常，此类纤维的长度为大约至少50米，并且可能甚至为大约上千米或更长。通常，连续碳化硅单丝纤维的平均纤维直径在约100微米至约250微米的范围内。在一些实施例中，结晶陶瓷纤维的平均抗拉强度为至少2. 8GPa、至少3. 5GPa、至少4. 2GPa及/或甚至至少6GPa。在一些实施例中，结晶陶瓷纤维的弹性模量从大于250GPa到大约不大于500GPa，或者甚至不大于430GPa。合适的氧化铝纤维在(例如)美国专利第4，954，462号(Wood等人)和第5，185，299号(Wood等人)中有所描述。在一些实施例中，氧化铝纤维是多晶α-氧化铝纤维，并且包括(根据理论氧化物)大于99重量％的Al2O3以及0. 2到0. 5重量％的SiO2 (基于氧化铝纤维的总重量)。在另一方面，一些可取的多晶α -氧化铝纤维包括平均粒度小于I微米(或者甚至在一些实施例中小于0. 5微米)的α -氧化铝。在另一方面，在一些实施例中，多晶α-氧化铝纤维具有至少I. 6GPa (在一些实施例中，为至少2. lGPa，或者甚至为至少2. 8GPa)的平均抗拉强度。示例性α-氧化铝纤维由明尼苏达州圣保罗市的3M公司以商品名“NEXTEL610”销售。合适的娃招酸盐纤维在(例如)美国专利第4，047, 965号(Karst等人)中有所描述。示例性硅铝酸盐纤维由明尼苏达州圣保罗市的3M公司以商品名“NEXTEL 440”、"NEXTEL 550”以及“NEXTEL 26" O”销售。铝硼硅酸盐纤维在(例如)美国专利第3，795，524号(Sowman)中有所描述。示例性铝硼硅酸盐纤维由3M公司以商品名“NEXTEL312”销售。氮化硼纤维可以按照(例如)美国专利第3，429，26" 2号(Economy)和第5，780, 154号(Okano等人)中的描述进行制造。示例性碳化硅纤维由(例如)加利福尼亚州圣地亚哥市的COI陶瓷公司(COI Ceramics)以500根纤维成束且以商品名“NICAL0N”销售，由日本宇部兴产株式会社(Ube Industries)以商品名“TYRANN0”销售，以及由密歇根州米德兰市的道康宁公司(Dow Corning)以商品名 “SYLRAMIC” 销售。合适的碳纤维包括可商购获得的碳纤维，例如，名为PANEX*和PYRON'K(可得 自密苏里州布里治顿市的卓尔泰克)、TH0RNEL (可得自新泽西州西帕特森市的氰特工业公司)、HEXT0W (可得自康乃迪克州绍斯伯里市的赫克塞尔公司(HEXCEL，Inc.))以及T0RAYCA(可得自日本东京的东丽工业公司)的纤维。这样的碳纤维可以衍生自聚丙烯腈(PAN)前体。其它合适的碳纤维包括PAN-M、PAN-HM、PAN UHM、PITCH或人造丝副产品，如本领域已知的。另外合适的可商购获得的纤维包括ALTEX (可得自日本大阪的住友商事化学公司)和ALCEN (可得自日本东京的尼特维有限公司(Nitivy Company, Ltd.))。合适的纤维还包括形状记忆合金(B卩，发生马氏体转变的金属合金，使得金属合金能够在低于转变温度下通过孪晶机制而变形，其中当孪生结构在加热到转变温度之上的情况下回复到初始相时，这种变形是可逆的)。可商购获得的形状记忆合金纤维可得自(例如)宾夕法尼亚州西怀特兰市的庄信万丰公司(Johnson Matthey Company)。在一些实施例中，陶瓷纤维是成束的。丝束在纤维领域中是已知的，并且是指收集成粗纱形式的多个(单独的)纤维(通常为至少100个纤维，更典型地是为至少400个纤维)。在一些实施例中，丝束包括每束至少780个单纤维，并且在一些情况下，每束至少2600个单纤维，而在其它情况下，每束至少5200个单纤维。陶瓷纤维的丝束通常有多种长度可供选择，包括300米、500米、750米、1000米、1500米、2500米、5000米、7500米以及更长。纤维的横截面形状可以是圆形或椭圆形。可商购获得的纤维通常可以包括有机胶料，其在制造期间添加到纤维上，从而提供润滑性并且在处理期间保护纤维股线。胶料可以(例如)通过溶解或灼热胶料使之从纤维上脱离来移除。通常，希望在形成金属基质复合线材之前移除胶料。纤维还可以具有涂层，所述涂层用来(例如)提高纤维的润湿性，降低或抑制纤维和熔化的金属基质材料之间的反应。这样的涂层和提供这种涂层的技术是纤维和复合材料领域中已知的。在另一些示例性实施例中，复合线材中的每根复合线材选自金属基质复合线材和聚合物复合线材。合适的复合线材公开于(例如)美国专利第6，180，232号；第6，245，425号；第 6，329，056 号；第 6，336，495 号；第 6，344，270 号；第 6，447，927 号；第 6，460，597 号；第 6, 544, 645 号；第 6，559, 385 号，第 6，26 " 3，451 号;以及第 7, 093, 416 号中。一个当前优选的纤维强化金属基质复合线材为陶瓷纤维强化铝基质复合线材。陶瓷纤维强化铝基质复合线材优选地包括多晶a -Al2O3的连续纤维，所述连续纤维被包封于基质中，所述基质基本上为纯元素铝，或者为纯铝与至多约2重量％的铜的合金(基于基质的总重量)。优选的纤维包括粒径小于约IOOnm的等轴晶粒，以及在约I微米到50微米范围内的纤维直径。纤维直径的范围为约5微米到25微米是优选的，而约5微米到15微米的范围是最优选的。本发明优选的纤维强化复合线材的纤维密度在约每立方厘米3. 90克到3. 95克之间。某些优选的纤维在美国专利第4，954，462号(Wood等人，转让给明尼苏达州圣保罗市的明尼苏达矿业与制造公司(Minnesota Mining and Manufacturing Company))中有所描述。优选的纤维可以商品名“NEXTEL 610”a氧化铝基纤维(可得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司)商购获得。包封基质被选择成不与纤维材料发生明显的化学反应(即，相对于纤维材料是呈相对化学惰性)，从而消除在纤维外部上提供保护涂层的需要。在复合线材的某些当前优选的示例性实施例中，已显示使用包括基本上纯元素 铝、或者包括元素铝与至多约2重量％的铜的合金(基于基质的总重量)的基质能够成功地制备线材。本文所用的术语“基本上纯元素铝”、“纯铝”和“元素铝”可互换，均用来意指包含小于约0. 05重量％的杂质的铝。在一个当前优选的实施例中，在基本上元素铝基质中，复合线材包括约30到70体积％ (基于复合线材的总体积)的多晶a -Al2O3纤维。当前优选的是，基质包含小于约0. 03重量％的铁，并且最优选地包含小于约0. 01重量％的铁(基于基质的总重量)。纤维含量在约40%到60%的多晶a-Al2O3纤维是优选的。已发现，用屈服强度小于约20MPa的基质和纵向抗拉强度为至少约2. SGPa的纤维形成的此类复合线材具有优良的强度特性。基质还可以由元素铝与至多约2重量％的铜的合金形成(根据基质的总重量)。如同在其中使用基本上纯元素铝基质的实施例中一样，具有铝/铜合金基质的复合线材优选地包括约30到70体积％的多晶a -Al2O3纤维，并且因此更优选地包括约40到60体积％的多晶a-Al2O3纤维(基于复合材料的总体积)。此外，基于基质的总重量，基质优选地包含小于约0. 03重量％的铁，并且最优选地包含小于约0. 01重量％的铁。铝/铜合金基质优选地具有小于约90MPa的屈服强度，并且如上所述，多晶a -Al2O3纤维具有至少约2. SGPa的纵向抗拉强度。复合线材优选由基本上连续的多晶a -Al2O3纤维形成，所述纤维包含在上述基本上纯元素铝基质中或由元素铝和至多约2重量％的铜的合金形成的基质中。这类线材通常由这样的方法制备，其中拉引布置于纤维丝束中的基本上连续的多晶a-Al2O3纤维的线轴，使其通过融化的基质材料浴。然后，使所产生的区段硬化，从而提供包封于基质内的纤维。示例性的金属基质材料包括铝(例如高纯度(例如大于99. 95%)元素铝)、锌、锡、镁、及它们的合金(例如，铝和铜的合金)。通常，基质材料被选择成使得基质材料与纤维不发生明显的化学反应(即，相对于纤维材料呈相对化学惰性)，(例如)以消除在纤维外部上提供保护涂层的需要。在一些实施例中，基质材料有利地包含铝及其合金。在一些实施例中，金属基质包括至少98重量％的招、至少99重量％的招、大于99. 9重量％的招、或者甚至大于99. 95重量％的招。示例性的招和铜的招合金包括至少98重量％的Al和至多2重量％的Cu。在一些实施例中，可用的合金是1000、2000、3000、4000、5000,6000,7000和/或8000系列的铝合金(铝协会标号)。虽然制备较高抗拉强度线材倾向于期望使用较高纯度金属，但是较低纯度形式的金属也是可用的。适用的金属可商购获得。例如，铝可以商品名“超纯铝；99. 99%铝(SUPER PUREALUMINUM; 99. 99%A1)”得自美铝公司(Alcoa)(宾夕法尼亚州匹兹堡)。铝合金(例如，A1-2重量％Cu (0. 03重量％的杂质))可得自(例如)纽约州纽约市的贝尔蒙特金属公司(BelmontMetals)。锌和锡可得自(例如)明尼苏达州圣保罗市的金属服务公司(Metal Services)(“纯锌”;99. 999%纯度以及“纯锡”;99. 95%纯度)。例如，镁可以商品名“TORE”得自英格兰曼彻斯特的亿莱科特镁业公司(Magnesium Elektron)。镁合金(例如，WE43A、EZ33A、AZ81A和ZE41A)可得自(例如)科罗拉多州丹佛市的TMET。金属基质复合线材通常包括至少15体积％ (在一些实施例中，为至少20、25、30、35、40、45或者甚至50体积％)的纤维(基于纤维和基质材料的总组合体积)。更典型的是，复合芯和线材包括40至75 (在一些实施例中，为45至70)体积％范围内的纤维(基于纤维
和基质材料的总组合体积)。金属基质复合线材可以使用本领域中已知的技术制造。例如，连续金属基质复合线材可采用连续金属基质浸渗方法制备。一种适用的方法在(例如)美国专利第6，485，796号(Carpenter等人)中有所描述。包括聚合物和纤维的线材可通过本领域已知的挤拉成型法制备。在另外的示例性实施例中，复合线材选择成包括聚合物复合线材。聚合物复合线材包括位于聚合物基质中的至少一个连续纤维。在一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括金属、碳、陶瓷、玻璃、以及它们的组合。在某些当前优选的示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括钛、钨、硼、形状记忆合金、碳纳米管、石墨、碳化硅、硼、聚(芳族聚酰胺)、聚(对亚苯基_2，6-苯并双噁唑)3、以及它们的组合。在另一些当前优选的示例性实施例中，聚合物基质包括选自以下项的(共)聚合物环氧树脂、酯、乙烯基酯、聚酸亚胺、聚酯、氰酸酯、酚醛树脂、双-马来酰亚胺树脂、以及它们的组合。用于围绕复合芯进行绞合以提供复合缆线(例如，根据本发明某些实施例的电能传输缆线)的可延展金属线材是本领域已知的。优选的可延展金属包括铁、钢、锆、铜、锡、镉、铝、锰和锌；它们与其它金属和/或硅的合金；等等。铜线材可商购自(例如)佐治亚州卡洛顿市的Southwire公司。铝线材可以例如以商品名“ 1350-H19ALUMINUM”和“1350-H0ALUMINUM”商购自加拿大威伯恩市的耐克森(Nexans)公司或佐治亚州卡洛顿市的Southwire 公司。通常，在至少从约20°C至约800°C的温度范围内，铜线材的热膨胀系数在从约12ppm/°C至约 18ppm/°C 的范围内。铜合金(例如，Cu-Si-X> Cu-AI-X> Cu-Sn-X> Cu-Cd 等青铜；其中X=Fe、Mn、Zn、Sn和/或Si ;可从,例如,从佐治亚州卡洛顿市的Southwire公司进行商购；氧化物分散体强化铜，可以商品名“GLIDC0P”从例如北卡罗来纳州三角研究园的OMG美国公司进行商购)构成线材。在一些实施例中，在至少从约20°C至约800°C的温度范围内，铜合金线材的热膨胀系数在从约10ppm/°C至约25ppm/°C的范围内。线材可以具有任意的各种形状(例如，圆形、椭圆和梯形)。通常，在至少从约20°C至约500°C的温度范围内，铝线材的热膨胀系数在从约20ppm/°C至约25ppm/°C的范围内。在一些实施例中，铝线材(例如，“ 1350-H19ALUMINUM”)的抗拉断裂强度为至少 138MPa (20kpsi)、至少 158MPa (23kpsi)、至少 126MPa (25kpsi)或者至少186MPa (27kpsi)或至少200MPa (29kpsi)。在一些实施例中，铝线材(例如，“1350-H0ALUMINUM”)的抗拉断裂强度在大于41MPa (6kpsi)到不大于97MPa (14kpsi)、或甚至不大于83MPa (12kpsi)的范围内。铝合金线材是可商购获得的，例如，铝-锆合金线材以商品名“ZTAL”、“XTAL”和“KTAL” (可得自日本大阪的Sumitomo ElectricIndustries),或“6201 ”(可得自佐治亚州卡洛顿市的Southwire公司)销售。在某些实施例中，在至少从约20°C至约500°C的温度范围内，招合金线材的热膨胀系数在从约20ppm/°C至约25ppm/°C的范围内。在潜水或地下复合缆线内的复合线材的重量百分比将取决于潜水或地下缆线的设计及其预期使用条件。在其中绞合复合缆线用作潜水或地下复合缆线中的部件的大多数应用中，优选地是，所述绞合复合缆线不存在围绕多根复合缆线的电能导体层。在某些当前优选的示例性实施例中，潜水或地下复合缆线具有至少0. 5%的断裂应变极限。
本发明优选地实施为提供非常长的潜水或地下复合缆线。还优选地是，绞合复合缆线10自身内的复合线材在绞合复合缆线的整个长度上是连续的。在一个优选实施例中，复合线材为基本上连续的并且为至少150米长。更优选地，在绞合复合缆线10中的复合线材是连续的并且为至少250米长，更优选地为至少500米，还更优选地为至少750米，并且最优选地为至少1000米长。在另一方面，本发明提供一种构造上述压缩连接器的方法，所述方法包括将套管轴向插入管的内部中空部分；将单根芯线材以及至少第一多根复合线材的终端部分插入所述套管的所述内部中空部分中；在将所述单根芯线材以及所述至少第一多根复合线材的所述终端部分插入所述套管的所述内部中空部分中且将所述套管轴向插入所述管的所述内部中空部分中之后，沿基本垂直于所述管的外表面的方向机械压缩所述管，以使所述管和所述套管变形，使得第一和第二材料以大体相同的速率轴向挤出，且可任选地，在这之后在所述管上滑动接合所述外部管状主体，从而至少部分覆盖所述管。在某些示例性实施例中，沿基本垂直于所述管的所述外表面的方向机械压缩所述管包括在锻模中机械压缩细长管。在一些示例性实施例中，所述锻模仅机械压缩所述内管的一部分。在某些当前优选的实施例中，所述锻模机械压缩所述套管的基本上整个长度。在另一些当前优选的示例性实施例中，所述锻模具有一定长度，且所述单根芯线材以及所述至少第一多根复合线材的所述终端部分形成具有一定直径的柱形复合芯，其中锻模长度与复合芯直径的比率不大于约6。另一些可选方法步骤包括相对复合缆线的外部线材机械压缩外部管状主体；在死端压缩连接中将终端应用舌状物固定至外部管状主体的选定端；以及形成沿压缩内管的外直径的多个轴向间隔开的褶皱，连同从接近所述多个间隔开的褶皱的内管的选定端延伸的可选金属圈。根据本发明的某些示例性实施例，轴向压缩内管以使褶皱压缩并径向扩展以相对外部管状主体的内直径进行固定接合的步骤可完成复合缆线压缩连接器(死端连接器)的组装方法。实魁本发明的示例性实施例已在上文中进行描述，且进一步通过以下实例在下文中进行说明，不应当以任何方式将这些实例理解为对本发明范围的限制。相反，应当清楚地理解，可以采取多种其它实施例、修改形式及其等同物，本领域的技术人员在阅读本文的说明之后，在不脱离本发明的精神和/或所附权利要求书的范围的前提下，这些其它实施例、修改形式及其等同物将显而易见。此外，虽然阐述本发明广义范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实例中示出的数值尽可能精确地加以记录。然而，任何数值都固有地含有某些由其各自的测试测量中所存在的标准偏差而必然导致的误差。在最低程度上但并非旨在将等同物教义的应用限制于权利要求书的保护范围，每个数值参数至少应该根据所报告有效位的数字和通过使用惯常的四舍五入法来解释。制备复合缆线压缩连接组件压缩连接配件(例如，如图4大体所示的死端连接器部件，以及如图5A到图5C所示的缆线接头连接器部件)得自南卡罗来纳州邓肯市的ACA导体配件公司(ACA ConductorAccessories)。供应商推荐的液压驱动式压机和模用于锻造操作。锻造复合缆线压缩连接 组件需要在复合芯/压缩连接器上进行多次“夹紧”或压缩。随着压缩连接器从复合压缩连接器组件的一端向另一端(对于死端连接器)移动，或从中间向各端(对于接头连接器)移动，模的每个夹紧点均与上一夹紧点重叠。在锻造期间，随着模达到完全闭合状态，我们将注意倾听可听见的“咔嗒”声或“砰砰”声，这种声音对应于芯线材的断裂。此外，我们会抓住芯或导体样本并感觉对应于芯线材的断裂的“抽动”或“跳动”。测试复合缆线压缩连接组件按照以下步骤对完整的复合缆线压缩连接组件进行张力测试。使用10ft(3.05m)长的复合芯缆线，制备两种可能的张力测试样本中的一种，具体取决于压缩连接器是复合缆线死端连接器还是复合缆线接头连接器。对于死端连接器，制备张力测试样本的方法是，将复合压缩连接器组件锻造在复合芯缆线的一端上，然后将树脂锥施加到复合芯缆线的另一端上。对于缆线接头连接器，制备张力测试样本的方法是，将复合芯缆线对半切削，然后使用接头复合压缩连接器组件重新连接切削端。然后将树脂锥施加到接合的复合芯缆线的两个自由端，且在英氏拉伸强度测试机(Instron tester)中对样本进行张力测试。当对样本进行张力测试时，所报告的主要测量结果是复合压缩连接器组件将支持的最大轴向力。故障通常出现在以下情况下复合压缩连接器组件内的复合芯在高负载下发生故障；或复合芯在相对较低负载下滑出复合压缩连接器组件；或者复合芯在锻造期间在复合压缩连接器组件内预断裂，且短长度的复合线材在超低负载下滑出压缩连接器组件。测量维氏硬度在以下实例中的一些实例中，对铝套管(插件)(套管)的维氏硬度进行测量。在施加200克负载的情况下，相应硬度值用维氏硬度单位HV (200g)表示。通过此方法来确定铝管中的维氏硬度与1%应变时的拉伸应力之间的关系。1%应变时的应力(Sist)通过以下公式(强度单位为kpsi,其中Ikpsi=约6. 9MPa)估计S1%=0. 4HV(200g) -2(1)实例I :铝套管硬度研究(795复合芯缆线)使用795ACCR复合芯线材(可得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司)来锻造两个(接头)复合压缩连接器组件。这是一种19v 0.083〃常规绞合复合芯缆线构造。使用以下模压缩条件缩小比率=8%复合压缩连接器组件内的芯的长度=5英寸使用的模=10018SH_LG模夹紧长度=2. I英寸(近似)芯上条带覆盖率=65-70%接头每侧的夹紧点数=3夹紧点的重叠=1英寸 结果:复合压缩连接器组件#1所测量的铝套管(插件)硬度为35. 5HV (200g)。张力测试中支持的最大负载为2，8051bs (1275kg)，或额定断裂强度(RBS)的约14.9%。故障发生于将芯拉引出接头(2英寸(约5. Icm)长的复合芯被拉出压缩连接器)时。在施加负载时，复合芯几乎立即开始滑出。我们总结出，复合芯线材在通过压缩所述压缩连接器以进行锻造期间断裂(断裂处位于第二模夹紧点的中心)。复合压缩连接器组件#2复合压缩连接器组件铝套管(插件)硬度为22. 5HV (200g)。支持的最大负载为14，0801bs或RBS的约26" , .9%。在测试期间，故障发生于复合芯在接头内断裂时。复合芯在发生故障之前滑出近0.5英寸(I. 27cm)。因此，在一些示例性实施例中，与硬铝相比，软铝是实现铝套管插件的特性的更佳选择。硬铝可能导致复合芯发生故障，而软铝明显不
"Z o实例2 :条带缠绕研究(795复合芯缆线)使用795ACCR复合芯线材(可得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司)来锻造7个(接头)复合压缩连接器组件。这是一种19v 0.083〃芯构造。使用以下模压缩条件缩小比率=8%复合压缩连接器组件内的芯的长度=5英寸使用的模=10018SH_LG模夹紧长度=2. I英寸(近似)芯上条带覆盖率=变量接头每侧的夹紧点数=3夹紧点的重叠=1英寸所测量的铝套管(插件)硬度为35. 5HV (200g)。结果总结在表I中。表I
样本I %条带覆盖率第一夹紧点第二夹紧点第三夹紧点注释
60%丽WM丽芯断裂~
2 65%丽WM丽芯断裂~
权利要求
1.ー种压缩连接器，包括 细长且内部中空的内管，限定中心纵向轴线、由第一径向尺寸限定的内表面、由大于所述第一径向尺寸的第二径向尺寸限定的外表面、以及第一和第二相对终端，所述管包括具有第一轴向挤出率的第一材料； 至少ー个管状套管，包括具有第二轴向挤出率的第二材料，所述至少ー个管状套管具有一定长度，且具有由小于所述第一径向尺寸的第三径向尺寸限定的外表面、限定具有小于所述第三径向尺寸的第四径向尺寸的内部中空部分的内表面、以及第一和第二相对终端，其中选择所述第三和第四径向尺寸之间的差值以限定壁厚度，使得所述至少一个套管在轴向插入并穿过所述中空管的所述第一或第二終端且受到沿基本垂直于所述管的所述外表面的方向的机械压缩时变形，以使得所述第一和第二材料以大体相同的挤出率轴向挤出。
2.根据权利要求I所述的压缩连接器，其中所述至少一个套管的所述壁厚度被选择为从约0. 5mm到约6mm。
3.根据权利要求I或2所述的压缩连接器，其中所述至少ー个套管还包括形成于所述外表面或所述内表面中的至少ー者中的多个轴向间隔开的褶皱。
4.根据权利要求3所述的压缩连接器，其中所述多个轴向间隔开的褶皱以约Imm到约5mm的距离轴向间隔开。
5.根据权利要求3或4所述的压缩连接器，其中所述多个轴向间隔开的褶皱具有从约5mm到约50mm的轴向宽度。
6.根据权利要求3到5中任ー权利要求所述的压缩连接器，其中所述多个轴向间隔开的褶皱为约2个到约30个褶皱。
7.根据权利要求I到6中任ー权利要求所述的压缩连接器，其中所述第一材料和所述第二材料包括至少ー种金属，并且其中所述第一材料具有至少约206MPa的屈服应力，且所述第二材料具有不大于约56MPa的屈服应力。
8.根据权利要求7所述的压缩连接器，其中所述第一材料包括碳钢，所述第二材料包括招。
9.根据权利要求I到8中任ー权利要求所述的压缩连接器，还包括内部中空的外部管状主体，所述外部管状主体具有由大于所述第二径向尺寸的第五径向尺寸限定的内表面、由大于所述第五径向尺寸的第六径向尺寸限定的外表面、以及第一和第二相对终端，所述外部管状主体滑动接合在所述内管上，可任选地是，其中所述外部管状主体包括金属。
10.根据权利要求9所述的压缩连接器，还包括绞合复合缆线，所述绞合复合缆线具有小于所述外部管状主体的所述第五径向尺寸的外半径，其中所述绞合复合缆线包括复合芯，所述复合芯还包括限定中心纵向轴线的单根芯线材、围绕所述单根芯线材绞合的至少第一多根复合线材、以及围绕所述第一多根复合线材绞合的至少第二多根线材，另外，其中所述单根芯线材以及所述至少第一多根复合线材的终端部分纵向延伸超过所述至少第二多根线材的終端部分，且其中所述至少第一多根复合线材的所述终端部分的至少一部分具有小于所述套管的所述第四径向尺寸的两倍的直径，且延伸到所述套管的所述内部中空部分中。
11.根据权利要求10所述的压缩连接器，还包括条带，所述条带从外围缠绕所述第一多根复合线材并只覆盖所述第一多根复合线材的一部分，其中所述至少第二多根线材围绕所述第一多根复合线材和所述条带而绞合。
12.根据权利要求11所述的压缩连接器，其中所述条带覆盖所述第一多根复合线材的外围表面的至多70%。
13.根据权利要求12所述的压缩连接器，其中所述条带覆盖所述第一多根复合线材的所述外围表面的约30%到约50%。
14.根据权利要求12所述的压缩连接器，其中所述条带覆盖所述第一多根复合线材的所述外围表面的约1%到约30%。
15.根据权利要求10到14中任ー权利要求所述的压缩连接器，其中所述单根芯线材包括金属导体线材或复合线材。
16.根据权利要求10到15中任ー权利要求所述的压缩连接器，其中所述单根芯线材包括至少ー个光学纤维。
17.根据权利要求10到16中任ー权利要求所述的压缩连接器，其中从横截面观察，所述第一多根复合线材的至少一部分在围绕所述中心纵向轴线形成的至少ー个柱形层中围绕所述单根线材螺旋地绞合。
18.根据权利要求17所述的压缩连接器，其中从径向横截面观察，所述第一多根复合线材在围绕所述中心纵向轴线形成的至少两个柱形层中围绕所述单根线材螺旋地绞合。
19.根据权利要求17或18所述的压缩连接器，其中每个柱形层沿与每个邻接柱形层的捻向相同的捻向以一定捻角绞合。
20.根据权利要求19所述的压缩连接器，其中每个邻接柱形层的捻角之间的相对差值大于0°且不大于约4°。
21.根据权利要求10到20中任ー权利要求所述的压缩连接器，其中所述第一多根复合线材具有选自圆形、椭圆形和梯形的横截面形状。
22.根据权利要求10到21中任ー权利要求所述的压缩连接器，其中所述第一多根复合线材中的每根线材为纤维强化复合线材。
23.根据权利要求22所述的压缩连接器，其中所述纤维强化复合线材中的至少ー者是使用纤维丝束或单丝纤维中的一者进行强化的。
24.根据权利要求23所述的压缩连接器，其中所述第一多根复合线材中的每根线材选自金属基质复合线材和聚合物复合线材。
25.根据权利要求24所述的压缩连接器，其中所述聚合物复合线材包括位于聚合物基质中的至少ー个连续纤维。
26.根据权利要求25所述的压缩连接器，其中所述至少ー个连续纤维包括金属、碳、陶瓷、玻璃或它们的组合。
27.根据权利要求26所述的压缩连接器，其中所述至少ー个连续纤维包括钛、钨、硼、形状记忆合金、碳、碳纳米管、石墨、碳化硅、芳香族聚酰胺、聚(对亚苯基-2，6-苯并双噁唑)或它们的组合。
28.根据权利要求25到27中任ー权利要求所述的压缩连接器，其中所述聚合物基质包括选自以下项的(共)聚合物环氧树脂、酷、こ烯基酯、聚酰亚胺、聚酯、氰酸酷、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚醚酮以及它们的组合。
29.根据权利要求24所述的压缩连接器，其中所述金属基质复合线材包括位于金属基质中的至少ー个连续纤维。
30.根据权利要求29所述的压缩连接器，其中所述至少ー个连续纤维包括选自以下项的材料陶瓷、玻璃、碳纳米管、碳、碳化硅、硼、铁、钢、铁合金、钨、钛、形状记忆合金以及它们的组合。
31.根据权利要求29或30所述的压缩连接器，其中所述金属基质包括铝、锌、锡、镁、它们的合金或其组合。
32.根据权利要求31所述的压缩连接器，其中所述金属基质包括铝，所述至少ー个连续纤维包括陶瓷纤維。
33.根据权利要求32所述的压缩连接器，其中所述陶瓷纤维包括多晶a-Al203。
34.根据权利要求10到33中任ー权利要求所述的压缩连接器，还包括绝缘外皮，所述绝缘外皮形成所述复合缆线的外表面。
35.根据权利要求34所述的压缩连接器，其中所述绝缘外皮包括选自以下项的材料陶瓷、玻璃、(共)聚合物以及它们的组合。
36.根据权利要求35所述的压缩连接器，其包括死端缆线连接器或缆线接头连接器。
37.根据权利要求36所述的压缩连接器，其中所述压缩连接器是死端连接器，且其中所述外部管状主体还包括终端应用舌状物，所述舌状物从所述外部管状主体的选定端延伸。
38.根据权利要求37所述的压缩连接器，还包括从所述管的选定端延伸并超过所述外部管状主体的金属圏。
39.根据权利要求38所述的压缩连接器，其中所述金属圈进一歩包括钢圈锻件，所述钢圈锻件具有适于接合与电能传输线相关联的绝缘体线丝的选定形状和尺寸。
40.根据权利要求36所述的压缩连接器，其中所述压缩连接器是缆线接头连接器，其包括内部中空的外部管状主体，所述外部管状主体具有由大于所述第二径向尺寸的第五径向尺寸限定的内表面、由大于所述第五径向尺寸的第六径向尺寸限定的外表面、以及第一和第二相对终端，所述外部管状主体滑动接合在所述管上，且其中所述至少一个套管基本上由两个套管组成。
41.根据权利要求40所述的压缩连接器，其中所述外部管状主体还包括接头连接器主体。
42.根据权利要求41所述的压缩连接器，其中所述外部管状主体包括至少ー种金属。
43.ー种使用根据权利要求10到42中任ー权利要求的压缩连接器制造压缩连接器组件的方法，所述方法包括 将所述套管轴向插入所述管的所述内部中空部分中； 将所述单根芯线材以及所述至少第一多根复合线材的所述终端部分插入所述套管的所述内部中空部分中； 在将所述单根芯线材以及所述至少第一多根复合线材的所述终端部分插入所述套管的所述内部中空部分中且将所述套管轴向插入所述内管的所述内部中空部分中之后，沿基本垂直于所述管的所述外表面的方向机械压缩所述内管，以使所述内管和所述套管变形，从而使所述第一和第二材料以大体相同的挤出率轴向挤出。
44.根据权利要求43所述的方法，其中沿基本垂直于所述管的所述外表面的方向机械压缩所述内管进ー步包括在锻模中机械压缩所述细长管。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述锻模仅机械压缩所述内管的一部分。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述锻模机械压缩所述套管的基本上整个长度。
47.根据权利要求46所述的方法，其中所述锻模具有一定长度，且所述单根芯线材以及所述至少第一多根复合线材的所述终端部分形成具有一定直径的柱形复合芯，且其中所述锻模的长度与所述复合芯的直径的比率不大于约6。
48.根据权利要求43到47中任ー权利要求所述的方法，其中在使所述管和所述套管变形之后，所述外部管状主体滑动接合在所述内管上，从而覆盖所述内管的至少一部分。
49.根据权利要求48所述的方法，其中第二多个轴向间隔开的褶皱沿所述内管的所述外表面形成，且其中沿基本垂直于所述内管的所述外表面的方向机械压缩所述内管会使所述第二多个轴向间隔开的褶皱相对于所述外部管状主体的所述内表面固定地接合。
全文摘要
一种压缩连接器和组件，其包括细长的内部中空管以及至少一个管状套管，所述管包括具有第一轴向挤出率的第一材料，且所述套管包括具有第二轴向挤出率的第二材料，其中选择套管壁厚度，以便在插入所述管中且受到沿基本垂直于所述管的外表面的方向的机械压缩时变形，以使所述第一材料和所述第二材料以大体相同的速率轴向挤出。在一些示例性实施例中，可以将所述套管壁厚度选择成较薄，或者所述套管可包括形成于至少一个外表面或内表面中的多个轴向间隔开的褶皱。所述组件可包括绞合复合线材，其可任选地具有只覆盖所述复合线材的一部分的条带。本发明还描述一种制造压缩连接器的方法。
文档编号H02G7/05GK102782943SQ201180010277
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月11日 优先权日2010年2月18日
发明者科林·麦卡洛, 赫维·E·德韦, 迈克尔·F·格雷瑟 申请人:3M创新有限公司