CN1070633C - 绝缘子构件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种包括玻璃纤维本体的复合式杆件和绝缘子及其制造方法。本体是这样制成的：液体树脂涂敷玻璃纤维，然后将纤维分两层缠绕在多个管状配件或套管上，第一层沿本体的纵向延伸，第二层横向绕制在第一层上。再在玻璃纤维本体上注塑一聚合物屏蔽层和若干防天气影响的补裙，于是绝缘子就制成了。还可以在绝缘子的两端增设塑料增强插入件以便提高绝缘子的强度而不致大大增加绝缘子的总重量。

Description

绝缘子构件及其制造方法

本申请案是1992年9月2日申请、申请序号为07/939,004、题目为“复合式绝缘子构件及其制造方法”的待审批专利申请的部分继续申请。这里把该专利申请的全部公开内容包括进来，以供参考。

本发明总的说来涉及一种可用作电力输电线绝缘子的杆件。更具体地说，本发明涉及一种经改进的杆件和绝缘子及其制造方法。

绝缘子是用来防止电荷或电流从电力输电线的导线上流失的。一般的绝缘子是由电阻极高的材料制成，因而流经绝缘子的电流通常可以忽略不计。有一种绝缘子叫做悬式绝缘子。这种绝缘子从架空支架将输电线悬挂起来。有一种特殊型式的悬式绝缘子叫复合式绝缘子。

大家知道的复合式绝缘子可能有一个被覆层的玻璃纤维杆，杆周围表面设有若干高绝缘材料制成的防天气影响的绝缘子外裙(weathershed)。(可参看例如kuhl的美国专利4,217,466或Bauer的美国专利4,246,696。)这类绝缘子之所以叫做“复合式”的是因为防天气影响的绝缘子外裙和杆件是由适合该两组件不同功能的不同材料制成的。通常，杆件承受机械应力，并起总的绝缘作用，但大部分绝缘作用却是防天气影响的绝缘子外裙提供的。

另一种绝缘子叫做耐拉绝缘子(guy strain insulator)。这种绝缘子对固定到输电线支架构件上的拉线起绝缘保护作用。对耐拉绝缘子的诸项要求之一是要能够提供抗扭转能力。

绝缘子与电力线连接和承载电力线的方式有各种各样，包括“悬式”、“终端式”、“水平式”和“柱式”的等等。在所有这些方式中，杆件各端都配备有金属配件，用以将杆件连接到支撑支架或电力线上。有许多美国专利公开了在绝缘子上安装这类配件的构件和方法。可列举的这类美国专利有：Wheeler的美国专利4,505,033,Kaczerginski等人的美国专利4,491,687,Dougherty的美国专利3,592,959,Von Platen的美国专利2,970,186,Hocks的美国专利3,134,164,Ely的美国专利3,876,321,Austin等人的美国专利3,014,088,Rebosio的美国专利3,971,128,Vose的美国专利3,328,515,Ishihara等人的美国专利4,296,276,Harmon的美国专利3,586,758,Willem的美国专利4,057,687,Lusk的美国专利4,198,538,Kalb的美国专利3,898,372,Thuillier等人的美国专利4,423,285和Winkler等人的美国专利4,373,113。

Wheeler的美国专利4,505,033公开了一种复合式绝缘子，绝缘子的玻璃纤维杆部分被覆有弹性体制成的包皮。杆件外露的一端上装有金属配件，用以将绝缘子连接到有关的组件上。金属配件的头上形成有一卵形孔眼，供固定到支架或高压导线上用。金属配件可以用粘合剂粘合到杆件上，或者可以挤压到杆件上。

Kaczerginski的美国专利4,491,687公开的复合式绝缘子有一个绝缘泡沫材料制成的中心心轴，心轴上胶接有两个金属端件。两端件和心轴上缠绕有树脂浸渍过的纤维。绕制件上又被覆有弹性绝缘被覆层。

Dougherty的美国专利3,592,959公开了一种预应力陶瓷绝缘子部件，该部件有一个环形玻璃纤维圈。环形圈的回折部分支撑在U形鞍件中，U形鞍件与一个端盖成一直线配置。

Von Platen的美国专利2,970,186公开了一种电气绝缘子，该绝缘子有一个细玻璃丝制成的元件，元件绕制成封闭圈，封闭圈两端靠在两分立部件相应的接触表面上。两分立部件各个用螺钉拧入一分立的端盖中。

上述已知的许多绝缘子有一系列问题。举例说，配件往往是一些较大的金属铸件，因而又重又贵。配件挤压到绝缘子的玻璃纤维部分上时，加工起来有困难，因为金属有一定的延展性，玻璃的延展性就差得多，因而要给金属施加适当的压力而不致损及玻璃是有困难的。玻璃纤维是胶合到金属上时，难以物色能粘合金属/树脂/玻璃界面而在使用过程中不致击穿的粘合剂。

本发明的主要目的是提供一种经改进的复合式杆件。

本发明的目的还在于提供一种能用作耐拉绝缘子的经改进的绝缘子。

本发明的目的还在于提供一种能使抗扭转能力有所改进的绝缘子。

本发明的目的还在于提供一种经改进的复合式绝缘子。

本发明的目的还在于提供一种既结实、质轻又易于制造的绝缘子。

本发明的另一个目的是提供一种强度重量比有所提高的绝缘子。

本发明的另一个目的是提供一种主要由玻璃纤维制成的绝缘子。

本发明还有另一个目的，即提供一种连接绝缘子与各有关元件的配件既简单又不贵的绝缘子。

本发明的另一个目的是提供一种经改进的制造复合式杆件和绝缘子的方法。

按照本发明，上述和其它目的是通过提供这样一种经改进的复合式绝缘子实现的。在这种绝缘子中，玻璃纤维涂以液体树脂之后，以预定的方式缠绕在套管或管形配件上形成玻璃纤维本体。各套管装在适当的绕制型架中。绕制之后，让液体树脂固化。固化之后，将本体放入一个模具中，模具合上时掩盖住套管的外露表面。接着，将诸如硅橡胶之类的聚合物模塑在已固化的玻璃纤维本体的整个表面上，于是就形成绝缘子成品。绝缘子从头到尾主要由玻璃纤维制成。在制造过程中埋置入绝缘子本体内的套管其两端起连接绝缘子的作用。

在本发明的另一个实施例中，绝缘子是这样制造的：玻璃纤维涂以液体树脂之后，按预定的方式缠绕在套管或管形配件上形成玻璃纤维本体。各套管装在适当的绕制型架中。绕制之后，让液体树脂固化。固化之后，用诸如浸渍或喷涂之类的任何传统工艺往本体上涂上保护涂层。保护层保护本体免受紫外线和极端气候条件的坏影响。得出的绝缘子从头到尾主要由玻璃纤维制成。在制造过程中埋入绝缘子本体内的套管其两端起连接绝缘子的作用。这种绝缘子的好处是可以用作耐拉绝缘子。

在本发明的又一个实施例中是这样制取绝缘子的：玻璃纤维涂上液体树脂之后按预定的方式缠绕在套管或管形配件上形成玻璃纤维本体。各套管装在适当的绕制型架中。至少其中一个套管四周围固定有质轻的插入件，用以将玻璃纤维引到套管上和套管四周围，并给玻璃纤维本体成品提供附加的抗扭转能力。绕制工序之后，让液体树脂固化。固化之后，用诸如浸渍或喷涂的任何传统工艺给本体涂上保护层，保护层保护本体免受紫外线和极端气候条件的坏影响。得出的绝缘子从头到尾主要由玻璃纤维制成。在制造过程中埋入绝缘子本体内的套管其两端起连接绝缘子的作用。在制造过程中也埋入绝缘子本体内的轻质插入件其作用是将玻璃纤维引到套管上和套管四周围，并给玻璃纤维本体成品提供附加的抗扭转能力。这种绝缘子的好处是可用作耐拉绝缘子。

下列附图中说明了本发明包括其制作和操作的方法，连同其其它目的和优点，附图中：

图1是体现出本发明的特点的复合式绝缘子的透视图；

图2是图1所示的复合式绝缘子部分剖视的顶视平面图；

图3是图1所示的复合式绝缘子部分剖视的正视图；

图4a-c举例说明了制造图1、2、3所示的复合式绝缘子的方法中的各工序；

图5示出了合上时附到玻璃纤维本体上供模塑用的注塑模具；

图6示意说明了玻璃纤维本体毗邻其单一套管端的部分，示出了玻璃纤维绕制件在该处经改良的形式；

图7是另一个体现了本发明的特点的绝缘子的透视图；

图8是图7绝缘子的一端的剖分剖视的顶视平面图；

图9是与图7和图8所示的绝缘子配用的增强插入件的侧视图；

图10是图9所示的增强插入件沿10-10线截取的剖视图；

图11示出了图9和10在装配之前的增强插入件，其中插入件绕其上的一个铰接点打开。

图1示出了体现本发明的特点的复合式绝缘子10。绝缘子10可用以绝缘多种任何形式的电力输电线(图中未示出)，包括高压线(一般为100-400千伏)和配电线(一般15-35千伏)。

通常，输电线包括一组导线，通常是裸线，架设在一系列支架构件(图中未示出)上。高压线的支架构件可以是例如木制的H形架或铁塔。配电线的支架构件可以是一般的木质电线杆。

绝缘子10可按周知的各种连接方式将电力线连接到支架构件上，这些方式包括“悬式”、“终端式”和“柱式”等连接方式。绝缘子10无论以怎样的方式连接到输电线或支架构件上，本质上是一样的。

现在再参看图2和图3。复合式绝缘子10包括：本体20、屏蔽层30和多个防天气影响的外裙40。在所公开的实施例中，防天气影响的外裙40与屏蔽层30形成一个整体。不然防天气影响的外裙40也可以分开形成，固定在屏蔽层30上。Kuhl的美国专利4,217,466和Bauer等人的美国专利4,246,696介绍了适宜用作图中所示的屏蔽层30和整体式的防天气影响的外裙40的材料。这里也把这些专利申请的整个公开内容包括进来以供参考。

绝缘子10的接合端12埋置有一个套管50，叉臂架端14的各臂中也埋置有类似的套管60和70。套管50、60和70用来将绝缘子10连接到例如支撑支架(图中未示出)或输电线(图中未示出)上。出于稍后即将论述的原因，套管50的长度约为套管60和70的两倍。

绝缘子本体20可以单独用作杆件，它是由一股涂有树脂的玻璃纤维纵向绕制在套管50、60和70之间和之上、形成涂树脂纤维的主层24构成。该股纤维接着横向缠绕在主层24上，形成第二层涂树脂纤维层26。此绕制工序按周知的绕制方法进行。在这方面，有关纤维丝绕制工艺的论述，包括与此有关的一系列专利，可参看《纤丝绕制(Filament Winding)》一书，这本书由Peter、Humphrey和Foral编写，由SAMPE(the Society of Advanced Materials andProcessEngineers，先进材料和工艺工程师协会)出版，这里把该书的内容也包括进来，以供参考。

虽然适用的玻璃纤维有多种多样，但较理想的纤维是“E玻璃”。这是一种便宜的电气级纤维，机械强度高，介质强度大。

纤维股在绕制之前先涂以涂敷量受控制的液体树脂，例如聚酯、乙烯基酯、环氧树脂、酚醛树脂或其它性能类似的材料。树脂在机械结合能力上必须良好，而且介质强度大，此外还必须适宜在高温下模塑屏蔽层30和防天气影响的外裙40。

现在参看图4a-c和5举例说明绝缘子本体20制造方法的详细情况。开始时，将套管50、60、70如图4a所示的那样用夹具(图中未示出)固定在相对的位置上，夹具的作用是不让各套管在本体20的加工过程中作相对运动。

套管60和70在轴向上成一直线配置，且彼此间隔一段距离。套管50的轴线至套管60和70的公用轴线的距离L表示绝缘子构件10加工时的有效长度。

各套管50、60和70有一个导管组成的筒形部分51、61、71,该部分的自由端分别径向向外形成有同样的法兰52、62和72。套管部分51、61和71具有相应的内表面53、63和73，法兰52、62和72具有相应的外表面54、64和74。各套管最好用金属制成，但也可以用任何强度和磨损性能与金属类似的材料，包括聚合物在内。

按照本发明，连续的玻璃纤维股22有节制地在液体树脂液(图中未示出)中“润湿”之后，缠绕在套管50、60和70之间和之上，如图4a和4b所示，树脂渗入纤维股22与各纤维接触。另一种作法是用传统的方法预先将纤维股22加以浸渍。纤维股22可以是如图所示的单股，不然也可以采用多股或交叉编织的编织带。

在绕制过程中，夹具或其它用具覆盖住各套管的表面53、63和73以及表面54、64和74。这样做是为了防止这些表面在此工序过程中为树脂所污染。

纤维股22从套管50绕到套管60和70并绕在后两个套管上，也可以绕在套管60和70之间。缠绕要达到覆盖住各套管筒形部分51、61和71横贯其整个宽度的程度，形成厚约法兰52、62和72高度的两倍的主层24(见图5)。套管50的宽度足以容纳两套管60和70上由玻璃纤维组成的主层24的绕制件。

图4c示出了纤维股22绕制成第二玻璃纤维层26的另一种形式。要绕制第二层26时，将同样的纤维股22从套管50的一端绕到主层24的另一端，再绕到套管50与套管60、70之间的主层24上。绕纤维股22时将其相对于主层24拉紧。这样做使主层24从其原来缠绕套管50、60和70所走的路径向内受到拉力，从而将空气挤出主层24外。此外还形成图4c中所示的玻璃纤维本体20的形状。

图6示出了第二层26紧挨套管50经改良的绕制形式。可以看到，这里应用纤维股22制成的多重绕制件形成毗邻套管50的较厚层26a，这时主层24分叉绕过套管。这增强了该处的强度。

纤维股22绕制成本体20之后，让液体树脂固化变硬。这使套管50、60、70分别固定到接合端12和叉臂架端14中。必要时，树脂可以在烘箱内固化以加速制造过程。

翻看图5。屏蔽层30和防天气影响的外裙40都由硅橡胶之类的聚合物制成，这时将两者注塑模制到整个本体20上，将主层24和第二层26完全覆盖住。模具构制得使其上下模部分A和B嵌入并掩盖住套管50、60和70向外对置的、外露金属表面54、64和74，从而在模塑过程中将它们覆盖住。合上各模具部分之前，任绝缘子本体20叉臂架端14各臂之间插上一个可回收的芯子C，使其在模具部分A和B合上时嵌入并掩盖住套管60和70向内对置的外露金属表面64和74，并迫使套管60和70与芯子接合。因此这些表面53、63和73在绝缘子构件成品10上仍然露在外面。

然后按传统的方式往注入口P中注入例如硅橡胶，以形成屏蔽层30和防天气影响的外裙40。虽然在上述实例中采用了注塑法，但也可以采用其它模塑法，并采用其它模塑材料。

杆件的抗张强度主要是由纤维股22中的纤维赋予的。按照本发明，绝缘子本体横截面的大部分都是由纤维构成的。玻璃纤维对树脂较理想的比值约为70％对30％。

图7中的110示出了本发明绝缘子10的另一个实施例。该绝缘子110玻璃纤维绕制的基本结构与图1中绝缘子10的一样。绝缘子110可用来绝缘任何种类的电力输电线(图中未示出)。绝缘子110最好附到拉线(图中未示出)上用作耐拉绝缘子。

绝缘子110可按各种周知的连接方式连接到拉线上，包括机械固定的纤维股夹子在内。绝缘子110无论其与拉线连接的方式如何本质上是相同的。

再参看图7。绝缘子110的本体120有一个接合端112和一个叉臂架端114。和绝缘子10一样，接合端112中埋置有套管50，叉臂架端114的各臂中埋置有类似的套管60和70。套管50、60和70用来将绝缘子110连接到例如机械固定纤维股夹上。

绝缘子110还包括增强接合件用的插入件80和增强叉臂架用的插入件82。接合插入件80埋置在绝缘子110的接合端112中，叉臂架插入件82埋置在绝缘子110的叉臂架端114中。图8至11详细示出了叉臂架插入件82。

开始时，在制造过程中插入件80和82是放在套管50、60、70上的，树脂涂敷过的纤维股按图4a至4c只绕制套管的同一方式绕在整个插入件/套管的组合件上。往本体120上涂上保护涂层，于是绝缘子110就制成了。涂料最好是能保护本体120免受象紫外线和恶劣天气之类的外来因素的影响的那一种。适用的涂料有以聚氨酯为主要原料的油漆。

增强插入件80、82提供了附加的抗扭转能力，因而使绝缘子110特别适用于作耐拉绝缘子。制造插入件80、82的材料最好在强度上足以达到所要求的强度特性，但在重量上要轻得不致显著增加绝缘子110的重量。适用的插入件材料包括象尼龙之类的塑料。

现在翻看图8-11说明叉臂架插入件82的细节。叉臂架插入件82基本上与接合插入件80相同，只是叉臂架插入件82中开有另外的沟槽。因此下面的说明也适用于接合插入件80。

从图8中可以看到，叉臂架插入件82有一组沟槽或沟道86在套管60、70的筒形部分61、71上形成绕制主层24用的导向通路。如下面更详细说明的那样，叉臂架插入件82折叠到套管60、70上(图8中只示出一个套管60)，使它们埋置入叉臂架插入件82的一端。

从图8中还可以看到按图4c所示同样的方式绕制到主层24上的第二层26。第二层26最好绕制得使涂有树脂的玻璃纤维至少部分覆盖住叉臂架插入件82，如图8中所示。这样做进一步使叉臂架插入件82在套管60、70上固定在封闭的位置，且进一步提高了绝缘子110各端112、114的刚度。

图9-11示出了叉臂架插入件82更详细的细节。从图9和10可以看得最清楚，叉臂架插入件82最好内部88是空的，空腔的壁由薄而结实的材料(最好是塑料)制成。沟道86以斜面95、外壁96和内壁97为界。在叉臂架插入件82的一端，斜面95终止，外壁96和内壁97成一定的角度弯曲，形成供夹住套管60、70法兰部分62、72的圆形端环98。叉臂架插入件82已折叠在套管60、70上时，斜面95在筒形部分61、71处终止。

如图11中所示，叉臂架插入件82由两半102、104组成，沿纵线100划分，并在铰接点99处接合。套管60、70是通过打开折叠着的两半102、104再把套管60、70放入与两半102、104中的一个有关的端环中而与叉臂架插入件82连接起来的。然后将两半102、104折叠在一起，使得上半节102与下半节104接触，斜面95与套管60、70的筒形部分61、71接触，并直通到该两部分，端环98则夹住套管60、70的法兰部分62、72。在制造过程中可以配备锁合件，用以将两半102、104固定在一起。

这样，可以看到本发明以上所公开的最佳实施例都对绝缘子进行了重大的改进，绝缘子的主要部件是玻璃纤维做的，因而强度大、重量轻。套管比起传统的配件来也是非常轻的，所以绝缘子的总强度重量比大。本发明的绝缘子易于制造。绝缘子的基本结构适应性极强，可以成为各种绝缘子和/或杆件的基础结构。这里公开的增强接插件是提高了绝缘子的总强度和扭矩强度而不致大大增加了绝缘子的总重量。此外，增强插入件还成了便于在制造过程中引导和控制玻璃纤维的通路的一个构件。

尽管本发明是就其一些最佳实施例加以介绍的，但不言而喻，本发明并不局限于这些实施例的。在不脱离本发明精神实质的前提下是可以进行种种修改的。举例说，叉臂架端可以制成单臂式，这样实质上就同接合端完全一样，或者可以设两个叉臂架端。玻璃层可以不绕制成同心式的而绕成重叠式的。第二层可以是螺旋式的或交叉绕制的。可以设两个以上的绕制层。整个绕制件的纤维股最好是连续的，但可以由若干不同的纤维股组成。绝缘子的各组成部分可以取各种不同的组合方式，例如，带或不带增强插入件，或省去防天气影响的外裙，或用较薄的保护层代替屏蔽层。此外，套管/插入件的组合件可作为由一种兼有套管和插入件性能的材料制成的一个组件提供。

本说明书所附的权利要求书确定了本发明的范围，在权利要求书范围内的所有器件，无论是字义上的还是等效的，都属于本发明的范围。

Claims (14)

1．一种复合式绝缘子，包括：

a)由第一玻璃纤维层和第二玻璃纤维层形成的绝缘子本体，所述第一玻璃纤维层纵向缠绕在间隔开的配件周围，而所述第二玻璃层横向缠绕在所述配件之间的第一玻璃纤维层上；

b)环绕所述本体形成的屏蔽层；和

c)所述屏蔽层上的多个防天气影响的外裙。

2．如权利要求1所述的复合绝缘子，其特征在于，所述两玻璃纤维层中的玻璃纤维是由连续的玻璃纤维股构成的。

3．如权利要求2所述的复合式绝缘子，其特征在于，所述玻璃纤维上涂有树脂。

4．如权利要求1所述的复合式绝缘子，其特征在于，所述配件包括埋置在所述本体第一端的第一配件和埋置在所述本体第二端的第二配件。

5．如权利要求1所述的复合式绝缘子，其特征在于，所述第二层的一部分由缠绕厚度大于该层其余部分缠绕厚度的纤维层构成。

6．如权利要求4所述的复合式绝缘子，其特征在于：

a)每个所述配件都包括一个套管，其自由端上形成有法兰；和

b)所述第一层缠绕到所述配件上的厚度使其突出到所述法兰之上。

7．如权利要求6所述的复合式绝缘子，其特征在于，所述玻璃纤维在缠绕之前涂有树脂。

8．如权利要求1所述的复合式绝缘子，其特征在于，所述屏蔽层由模制的聚合物构成。

9．如权利要求8所述的复合式绝缘子，其特征在于，所述防天气影响的外裙与所述屏蔽层模制成一体。

10．如权利要求1所述的复合式绝缘子，其特征在于：

a)至少有一个第一配件和一个第二配件，埋置在所述本体中，它们彼此相隔一预定的距离；并且

b)所述玻璃纤维包括一股涂有树脂的玻璃纤维；

c)所述缠绕包括环绕和在所述第一和第二配件之间缠绕一段所述玻璃纤维股，以形成在所述第一和第二配件之间延伸的浸渍过的玻璃纤维股的第一初级层；

d)所述缠绕还包括环绕所述第一初级层在其横向拉紧并缠绕另一段所述玻璃纤维股，以形成浸渍过的玻璃纤维股的次级层。

11．如权利要求10所述的复合式绝缘子，其特征在于：

a)还有一个第三配件，埋置在所述本体中，并与所述第一和第二配件相隔一预定距离；并且

b)所述一段浸渍过的玻璃纤维也缠绕在所述第一和第三配件之间，以形成在所述第一和第三配件之间延伸的浸渍过的玻璃纤维股的第二初级层；

c)以足够的拉力将所述另一段浸渍过的玻璃纤维股在其横向缠绕在所述第一初级层和第二初级层周围，以形成所述浸渍过的玻璃纤维股的次级层，并引出所述第一和第二初级层的至少一部分，使之彼此啮合

12．如权利要求1、4、10或11所述的复合式绝缘子，其特征在于，所述配件各包括一个呈卷筒形的套管，使其两端带有环形法兰，两法兰间为导管部分。

13．如权利要求1-4之一所述的复合式绝缘子，其特征在于，还包括至少一个埋置在所述本体中的增强插入件。

14．如权利要求1所述的复合式绝缘子，其特征在于还包括：

a)至少一个埋置在所述本体中的增强插入件；并且

b)所述插入件至少有一个沟道；和

c)至少有一部分玻璃纤维是经过所述沟道而缠绕的。

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