專利名稱：復(fù)合電絕緣子和該絕緣子的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合電絕緣子，其中一個(gè)金屬配件被固定地安裝到一個(gè)纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料桿的端部上。
具有這樣一種結(jié)構(gòu)的復(fù)合電絕緣子是已知的，例如從美國專利4，654，478中可以知道，其中纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料桿的一個(gè)端部被插入到金屬配件的一個(gè)套管部分中的孔中并且隨后把金屬配件固定地安裝到塑料桿上。為了這個(gè)目的，金屬配件徑向向內(nèi)被壓到塑料桿上以便于牢固地夾緊桿。也就是說，通過徑向向內(nèi)壓金屬配件，塑料桿位于金屬配件對(duì)面的區(qū)域上被均勻地夾緊以使金屬配件與塑料桿整體地連接，并且防止即使在大的拉力下塑料桿從金屬配件中抽出。
為了滿足對(duì)高抗強(qiáng)度嚴(yán)格的要求，金屬配件通常是由一種高應(yīng)力鋼或球黑鑄鐵制成。然而，由于金屬配件的硬度大大高于纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料桿的硬度，即使在桿端部的外表面中或金屬配件中孔的內(nèi)表面中的輕微不均勻可以引起在桿的相鄰?fù)獗砻鎱^(qū)域中的局部變形，因此產(chǎn)生了一個(gè)相當(dāng)大的殘余的內(nèi)應(yīng)力。在這種情況下，當(dāng)給絕緣子施加一個(gè)外部力時(shí)，典型地為軸向拉力時(shí)，該內(nèi)部應(yīng)力在夾在套管中的桿中被增加，引起了高度的應(yīng)力集中并因此使桿在一相對(duì)短的周期內(nèi)損壞或斷裂。因而已經(jīng)考慮到根據(jù)金屬配件中孔的內(nèi)表面和桿端部的外表面需要進(jìn)行高精密和準(zhǔn)確的機(jī)械加工，不用說為了改進(jìn)制造的生產(chǎn)率和減少絕緣子的費(fèi)用這種機(jī)械加工經(jīng)常是困難的。
當(dāng)纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料桿的徑向向內(nèi)的壓力在金屬配件的任何橫截面中桿的圓周方向上表面為不均勻的分布時(shí)也可以產(chǎn)生類似的問題。因此已經(jīng)考慮到對(duì)于絕緣子有一個(gè)必不可少的條件，也就是絕緣子具有一個(gè)在其中塑料桿具有實(shí)際上良好均勻并的徑向向內(nèi)被壓緊的結(jié)構(gòu)。
因此本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的復(fù)合電絕緣子，該絕緣子能夠延長(zhǎng)使用時(shí)間并且具有良好的壽命和可靠性，它也能夠以更高的生產(chǎn)率和減少的費(fèi)用被制造。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種以更高的生產(chǎn)率和減少的費(fèi)用來制造改進(jìn)的復(fù)合電絕緣子的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種復(fù)合電絕緣子，該絕緣子包括一個(gè)由一種纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料材料組成的并具有一個(gè)端部的桿;和一個(gè)具有構(gòu)有一個(gè)孔的套管部分的金屬配件，所述桿的端部插入到該孔中以致于所述金屬配件被固定地安裝到所述桿上;其中所述桿包括一個(gè)位于所述金屬配件對(duì)面的消除應(yīng)力區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種用于制造復(fù)合電絕緣子的方法，該絕緣子包括一個(gè)由一種纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料材料組成的并具有一個(gè)端部的桿，一個(gè)金屬配件被固定地安裝到桿的端部上，其中所述的方法包括把所述桿的端部插入到金屬配件中的孔中并把所述桿固定安裝到所述金屬配件上;和接著消除位于所述金屬配件對(duì)面的所述桿的區(qū)域中的應(yīng)力。
也就是說，為了制造根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合電絕緣子，纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料桿的端部被插入到金屬配件的套管部分中并且然后把桿固定地安裝到金屬配件上。隨后使位于金屬配件對(duì)面的桿的區(qū)域經(jīng)過一個(gè)應(yīng)力消除，例如利用金屬配件的套管部分的一個(gè)熱處理，以至于該桿被局部地加熱到不低于桿的基質(zhì)樹脂的熱轉(zhuǎn)換溫度的一個(gè)溫度。
在此使用的術(shù)語基質(zhì)樹脂的“熱轉(zhuǎn)換溫度”稱為臨辦溫度，該臨界溫度引起基質(zhì)樹脂的機(jī)械性從室溫狀態(tài)下的一個(gè)普通彈性體變換成在一個(gè)升高溫度狀態(tài)下的塑性變形體，并且反過來也一樣。術(shù)語“熱轉(zhuǎn)換溫度”可以被用作與“玻璃化轉(zhuǎn)變溫度”相同的意義。
其結(jié)果在金屬配件的任何橫截面中，由金屬配件施加給桿的壓力能夠沿著桿的整個(gè)圓周上均勻地分布，以致于該桿能夠徑向向內(nèi)均勻地被壓緊，因此甚至當(dāng)絕緣子被施加一個(gè)外部力時(shí)也能夠有效地防止桿端部經(jīng)受不希望的應(yīng)力集中。因此它能夠避免纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料桿的過早損壞或破裂并且能夠明顯地延長(zhǎng)絕緣子的使用壽命。
此外，由金屬配件施加給桿的壓力的均勻分布能夠被實(shí)現(xiàn)而不需要對(duì)桿和金屬配件進(jìn)行精密和準(zhǔn)確的機(jī)械加工，以致于絕緣子能夠以改進(jìn)的生產(chǎn)率和減少的費(fèi)用被制造。
參考附圖將進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的復(fù)合電絕緣子總體布置的正視圖;
圖2是表示圖1所示絕緣子的一個(gè)軸向端部區(qū)域的縱剖面圖;
圖3是表示為圖2中所示的金屬配件的套管部分提供熱處理的縱剖面圖;
圖4是表示在拉伸負(fù)載和根據(jù)本發(fā)明的絕緣子的使用壽命之間關(guān)系的曲線圖;
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例的縱剖面圖;
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的又一種實(shí)施例的縱剖面圖。
現(xiàn)在參考附圖1和2，在其中示出一種根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的復(fù)合電絕緣子。該絕緣子包括一個(gè)由纖維補(bǔ)強(qiáng)的塑料材料組成的桿1，該桿1在此可稱為“FRP桿”。利用一個(gè)護(hù)套2即可局部地也可全部地將桿1覆蓋，該護(hù)蓋由適當(dāng)?shù)碾娊^緣的彈性材料制成并設(shè)置有一連串的裙套部分2a。這些裙套部分2a用常規(guī)的方法軸向地相互隔開，以便保持一個(gè)理想的表面漏電距離。絕緣子具有一個(gè)電壓饋給側(cè)和一個(gè)接地側(cè)，它們?cè)诟綀D中分別被表示上側(cè)和下側(cè)，金屬配件3和4分別地被緊固到絕緣子的上側(cè)和下側(cè)。
構(gòu)成桿1的纖維補(bǔ)強(qiáng)的塑料材料可以包括編織的或紡織的纖維，例如玻璃纖維或其它具有高彈性模量的合適的纖維，和一種熱固型合成樹脂，例如環(huán)氧樹脂，聚酯樹脂或類似物，它們作為一種基質(zhì)樹脂被浸入到纖維中。因此，桿1具有高的抗拉強(qiáng)度和高的強(qiáng)度與重量比。金屬配件3和4每個(gè)也可以由一種高應(yīng)力鋼、鋁、球墨鐵或其他的合適的金屬構(gòu)成。
正如在圖2中詳細(xì)所示的，金屬配件3具有一個(gè)構(gòu)有縱向孔5的套管部分，該孔5用于安放桿1的相應(yīng)軸向端部分。在桿1的軸向端部已經(jīng)插入到金屬配件3中的孔5中之后，在遍布桿1的端部的套管部分中的一個(gè)夾緊區(qū)5a經(jīng)受嵌壓以致于將金屬配件3緊固地安裝到桿1上。金屬配件3在遠(yuǎn)離桿1的自由端3a用于直接地或間接地與一個(gè)電纜、一個(gè)塔架的支架和類似物相連接。為這個(gè)目的，金屬配件3的自由端3a被構(gòu)成為一個(gè)分叉的V形鉤(圖1)或?yàn)橐粋€(gè)連接眼孔(圖2)。
如上所述，絕緣護(hù)套2是由電絕緣的彈性材料構(gòu)成的。這樣的材料例如可以是硅橡膠、乙烯-丙烯橡膠或類似物?？紤]到適當(dāng)避免電污染利用一種常規(guī)的方法可以設(shè)計(jì)絕緣護(hù)套2的形狀和由該絕緣護(hù)套2覆蓋的桿端部1的區(qū)域的形狀。
下面參考復(fù)合絕緣子的一種典型的布置將通過例子來說明在接地側(cè)把桿1緊固安裝到金屬配件3上的方法，其中桿1由絕緣護(hù)套2整個(gè)地覆蓋。值得注意的是，在下面說明的這種連接也適用于在電壓饋給側(cè)上的金屬配件4。
首先桿1的端部插入到金屬配件3的孔5中，然后該金屬配件3經(jīng)過嵌壓以便把金屬配件3固定地安裝到桿1上。這種嵌壓使金屬配件3施加徑向向內(nèi)方向的壓力給桿1，以致于桿端部呈現(xiàn)一個(gè)輕微被減小的直徑。接著如在圖3中所示，利用一個(gè)加熱裝置7的環(huán)形的加熱元件6圍繞著在金屬配件3的套管部分中的夾緊區(qū)5a。然后操作加熱裝置7以便于局部地加熱金屬配件3的套管部分，從而在由加熱裝置7圍繞的金屬配件3的夾緊區(qū)5a上產(chǎn)生具有峰值溫度的一個(gè)溫度梯度。
在這方面，被加熱裝置7產(chǎn)生的熱量被確定以致于位于由加熱器元件6圍繞的金屬配件3的夾緊區(qū)5a對(duì)面的桿端部的一個(gè)特殊區(qū)域8被加熱到一個(gè)溫度，該溫度不低于構(gòu)成桿1的纖維補(bǔ)強(qiáng)的塑料材料的基質(zhì)樹脂的熱轉(zhuǎn)換溫度。
也就是說，由加熱裝置7圍繞的金屬配件3的夾緊區(qū)5a被加熱到一個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟?，該溫度?duì)于例如大約15分的持續(xù)時(shí)間來說可以比FRP桿1的基質(zhì)樹脂的熱轉(zhuǎn)換溫度高大約30℃，然而在這方面應(yīng)該注意的是，過分地升高FRP桿1的溫度可以引起機(jī)械特性的熱損壞。
在加熱裝置7工作期間，在由加熱裝置7加熱的區(qū)域8中的基質(zhì)樹脂表現(xiàn)為塑性變形體并因此受到一個(gè)塑性變形以便于緩沖任何局部的彈性變形，該局部彈性變形是由在孔5的內(nèi)側(cè)面上和/或桿端部的外表面上的不均勻度所引起的。
此后，通過停止加熱裝置7的操作使桿1的端部逐漸被冷卻到一個(gè)室溫。在桿端部中的被熱處理的區(qū)域8隨后表現(xiàn)為一個(gè)普通的彈性體，該彈性體已塑性變形成與在金屬配件3中孔5的內(nèi)表面精確和持久地相一致。因此，雖然例如由嵌壓產(chǎn)生的原始彈性的變形和把桿1緊固地安裝到金屬配件3上的類似情況，但是在作為最終產(chǎn)品的絕緣子的桿端部中的熱處理區(qū)域8是在充分地消處了應(yīng)力的狀態(tài)中，并且也用來消除應(yīng)力集中。
作為一個(gè)具有代表性的例子，F(xiàn)RP桿1具有16mm的原始外側(cè)直徑，和遍布桿端部的金屬配件3的夾緊區(qū)5a具有一個(gè)70mm的軸向長(zhǎng)度。在該例子中，在桿端部中的熱處理區(qū)域8可以有20mm的軸向長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度比桿1的原始直徑更大。然而這不是一個(gè)先決條件;主要的是根據(jù)對(duì)于復(fù)合絕緣子的所需的機(jī)械特性來適當(dāng)確定在桿端部中熱處理區(qū)域8的軸向長(zhǎng)度。
為了進(jìn)一步證明利用根據(jù)本發(fā)明的熱處理所達(dá)到的明顯的優(yōu)點(diǎn)，準(zhǔn)備一組具有熱處理區(qū)域8的復(fù)合絕緣子和一組設(shè)有熱處理區(qū)的常規(guī)的復(fù)合絕緣子作為樣品來測(cè)量它們的使用壽命。這些樣品的FRP桿是由具有一個(gè)110℃的熱轉(zhuǎn)換溫度的基質(zhì)樹脂構(gòu)成的，并且在兩側(cè)利用嵌壓固定到安裝到金屬配件3、4上。在具有熱處理區(qū)8的一組樣品中的金屬配件3、4被加熱到140℃的溫度進(jìn)行15分，它是利用如圖3中所示的加熱裝置7來加熱的。
這些樣品然后經(jīng)過一個(gè)抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，通過施加各種等級(jí)的預(yù)定拉力來測(cè)量使用壽命直到發(fā)現(xiàn)由拉力引起樣品損壞為止。在圖4中示出了這種拉力試驗(yàn)的結(jié)果，其中用表示為100的短壽命的抗拉強(qiáng)度指數(shù)來代表所施加的拉力。從圖4中能夠清楚地知道根據(jù)本發(fā)明的熱處理區(qū)8改進(jìn)了復(fù)合絕緣子的使用壽命，例如在80%負(fù)載條件的情況下，它的使用壽命比沒有熱處理區(qū)的常規(guī)復(fù)合絕緣子的使用壽命長(zhǎng)3.8倍。
下面參考圖5和6將簡(jiǎn)要說明本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例，其中在圖1至3中被使用的參考符號(hào)表示相同或?qū)?yīng)的元件、為了簡(jiǎn)化的目的對(duì)于這些元件多余的說明被省略了。
在圖5中所示的實(shí)施例中，在復(fù)合絕緣子的電壓供給側(cè)上的金屬配件4具有一個(gè)構(gòu)有孔5的套管部分，該孔5是以一種獨(dú)特的布置為特征的，它能在絕緣子正常的使用條件下在FRP桿1和金屬配件4之間提供一種更進(jìn)一步的改進(jìn)連接。特別是在金屬配件4中孔5的內(nèi)表面具有一連串的錐形區(qū)9，它們縱向相互隔開。因此，在FRP桿端部的外表面和孔5的內(nèi)表面之間形成了一種縱向多級(jí)的間隙，利用一種適合的粘合樹脂10來填充這種間隙。這樣設(shè)置錐形區(qū)9以致于當(dāng)在常規(guī)使用狀態(tài)下供給絕緣子一個(gè)軸向拉力時(shí)，錐形區(qū)9起著用于產(chǎn)生施加給FRP桿一個(gè)徑向向內(nèi)的力的楔形物作用，因此改進(jìn)了夾緊力。
在圖6中所示的另一個(gè)實(shí)施例中，在電壓供給側(cè)上金屬配件4的孔5的內(nèi)表面和FRP桿1的外表面被作成相互對(duì)應(yīng)的錐形。利用一個(gè)楔形體11來構(gòu)成在桿端部的外表面中的錐形區(qū)，該楔形體已被軸向壓入配合到桿1的端部中。該楔形體11用來緊密地把FRP桿1的外表面推壓在金屬配件4的孔5的內(nèi)表面上，因此，甚至當(dāng)在一種常規(guī)使用條件下對(duì)絕緣子施加一個(gè)軸向拉力時(shí)能夠提供一種改進(jìn)夾緊力。
當(dāng)然接地側(cè)金屬配件可以具有類似于在圖5和6中所示結(jié)構(gòu)。
從前面的說明可以知道根據(jù)本發(fā)明的FRP桿端部的熱處理用來提供改進(jìn)的復(fù)合絕緣子的壽命和可靠性并且對(duì)于一個(gè)延長(zhǎng)的壽命能維持改進(jìn)的機(jī)械特性，所述的熱處理是在金屬配件已經(jīng)固定安裝到FRP桿上之后進(jìn)行的。應(yīng)該進(jìn)一步注意的是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合絕緣子能夠用改進(jìn)的生產(chǎn)率和減少的費(fèi)用來被制造。
雖然參考一定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是它們僅僅是作為例子給出的。當(dāng)然可以進(jìn)行各種變化和變型而不脫離由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍。
例如，根據(jù)復(fù)合絕緣子的各種規(guī)格，相對(duì)于FRP桿1的熱處理區(qū)8的軸向長(zhǎng)度和/或遍布桿端部的金屬配件3、4的夾緊區(qū)5a的軸向長(zhǎng)度，或相對(duì)于熱處理的溫度，時(shí)間長(zhǎng)度或方法可以做各種變化。
同樣地能夠使金屬配件3、4的夾緊區(qū)5a的一部分進(jìn)行初始的嵌壓，和使整個(gè)金屬配件3、4在一個(gè)爐中經(jīng)受熱處理，并且在此之后進(jìn)行夾緊5a的最終嵌壓。在這個(gè)例子中，通過相對(duì)于熱處理區(qū)8進(jìn)行金屬配件3、4的附加的嵌壓能夠減小金屬配件3、4的夾緊區(qū)5a的軸向長(zhǎng)度。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合電絕緣子包括一個(gè)由一種纖維補(bǔ)強(qiáng)的塑料材料組成的并具有一個(gè)端部的桿；和一個(gè)金屬配件，該金屬配件具有一個(gè)構(gòu)有一個(gè)孔的套管部分，所述桿的端部插入到該孔中以致于所述金屬配件固定地安裝到所述桿上；所述桿包括一個(gè)位于所述金屬配件對(duì)面的消除了應(yīng)力的區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣子，共中所述桿的消除了應(yīng)力的區(qū)包括一個(gè)在金屬配件已經(jīng)固定安裝到桿上之后被加熱到一個(gè)溫度的區(qū)域，該溫度不小于所述纖維補(bǔ)強(qiáng)的塑料材料的基質(zhì)樹脂的熱轉(zhuǎn)換溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣子，進(jìn)一步包括當(dāng)絕緣子被施加一個(gè)軸向拉力時(shí)用于產(chǎn)生施加給所述桿一個(gè)徑向向內(nèi)的力的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的絕緣子，其中所述桿端部的外表面和所述在金屬配件的套管部分中的孔的內(nèi)表面之中的至少一個(gè)表面上具有至少一個(gè)錐形表面區(qū)，所述絕緣子包括一種樹脂，該樹脂被填充在位于桿端部的外表面和金屬配件的套管部分中的孔的內(nèi)表面之間的間隙中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的絕緣子，其中所述桿端部的外表面和所述金屬配件的套管部分中的孔的內(nèi)表面分別具有錐形的表面區(qū)，所述桿的端部的外表面由一個(gè)楔形物形成，該楔形物已經(jīng)軸向地壓入配合到桿的端部中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣子，進(jìn)一步包括一個(gè)由一種電絕緣的彈性材料組成的絕緣護(hù)套，它用于封閉所述桿。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣子，其中利用所述金屬配件的嵌壓使所述桿固定地被安裝到所述金屬配件上。
8.一種制造復(fù)合電絕緣子的方法，該絕緣子包括一個(gè)由一種纖維補(bǔ)強(qiáng)的塑料材料組成的并且具有一個(gè)固定地安裝到一個(gè)金屬配件上的端部的桿，其中所述方法包括把所述桿的端部插入到金屬配件中的孔中，并且把所述金屬配件固定地安裝到所述桿上;和接著消除位于所述金屬配件對(duì)面的所述桿的區(qū)域中的應(yīng)力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述應(yīng)力消除步驟是通過把所述套管部分經(jīng)過一個(gè)熱處理來進(jìn)行，以致于該桿的所述區(qū)被加熱到不低于所述纖維補(bǔ)強(qiáng)的塑料材料的基質(zhì)樹脂的熱轉(zhuǎn)換溫度的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述的熱處理是在比所述基質(zhì)樹脂的熱轉(zhuǎn)換溫度高大約30℃的一個(gè)溫度上進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述熱處理要進(jìn)行大約15分。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述桿是通過金屬配件的嵌壓被固定地安裝到所述金屬配件上。
全文摘要
一種復(fù)合電絕緣子包括一個(gè)被固定地安裝到一個(gè)纖維補(bǔ)強(qiáng)桿(1)的端部上的金屬配件(3、4)。該桿具有一個(gè)位于金屬配件(3、4)的對(duì)面的，并且在桿(1)的端部已經(jīng)插入到金屬配件(3、4)中的孔中以及金屬配件(3、4)固定地安裝到桿(1)上之后由桿(1)的熱處理所形成的消除應(yīng)力區(qū)(8)，桿(1)的熱處理在不低于纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料材料的基質(zhì)樹脂的熱轉(zhuǎn)換溫度的一個(gè)溫度上進(jìn)行。
文檔編號(hào)F16B4/00GK1100227SQ9410526
公開日1995年3月15日 申請(qǐng)日期1994年3月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月25日
發(fā)明者石野茂雄 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社