CN111795237B - 电隔离器 - Google Patents

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Abstract

提供一种电隔离器，所述隔离器包括：第一流体载运构件；第二流体载运构件，所述第二流体载运构件与所述第一流体载运构件间隔开以形成间隙；电阻性、半导电或非导电部件，所述电阻性、半导电或非导电部件跨越所述间隙延伸并且被结合到所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件，以便在所述第一流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间以及在所述第二流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间提供不透流体的密封；以及增强型复合材料，所述增强型复合材料包围所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件。

Description

电隔离器
技术领域
本公开总体涉及电隔离器，并且更具体来说，涉及用于例如飞行器等交通工具或机器的液压流体管线或燃料管线中的电隔离器。可以使用电隔离器来连接两个流体载运构件，例如管道、软管或管子，例如输送液压流体或燃料的管道。
背景技术
飞行器和其他交通工具含有大量流体输送系统，具体地，包括例如管道等流体输送部件的液压和燃料系统。此类部件通常是金属材料或复合材料并且具有良好的导电性。
将装置并入到此类系统中以在其金属部件之间形成电隔离器。这些隔离器通过安全地消散静电积累而防止静电的积累，并且还防止例如由于雷击而引起的流过所述系统的过多电流。如果在所述系统中不存在此类隔离器，那么这两种事件都可能导致火灾隐患。
当将电隔离器并入到流体输送系统中时，所述电隔离器还需要担当流体的安全通道。在特定系统中，例如飞行器中的液压系统或液压流体管线中，除了其他负荷和环境因素之外，隔离器还需要能够承受高压。
本公开针对于平衡以上因素以提供加压流体系统内的电隔离功能。
当具体地用于飞行器中(但并非唯一地)时，还需要使电隔离器尽可能小且轻。
US 2017/0103832 A1公开了用于流体输送系统中的电隔离器。所述电隔离器包括第一流体载运构件，和与所述第一流体载运构件间隔开的第二流体载运构件；电阻性、半导电或非导电部件，所述电阻性、半导电或非导电部件位于所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间并且相对于所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件是密封的，其中所述电阻性、半导电或非导电部件适于输送从所述第一流体载运构件流动到所述第二流体载运构件的流体；增强型复合材料，所述增强型复合材料包围所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件，其中所述增强型复合材料是连续的并且可以在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间提供导电路径，其中所述增强型复合材料包括纤维和树脂混合物，并且所述树脂混合物包括树脂和导电添加剂。在加工到所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件中的凹槽中所提供的O形环密封件用于相对于所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件来密封所述电阻性、半导电或非导电部件。
在典型的电隔离器中，使用昂贵的多部分单向密封件以在所述流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件或衬垫之间提供密封。
发明内容
根据本公开的一方面，提供一种电隔离器，所述电隔离器包括：
第一流体载运构件；
第二流体载运构件，所述第二流体载运构件与所述第一流体载运构件间隔开以形成间隙；
电阻性、半导电或非导电部件，所述电阻性、半导电或非导电部件跨越所述间隙延伸并且被结合到所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件以便在所述第一流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间以及在所述第二流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间提供不透流体的密封；以及
增强型复合材料，所述增强型复合材料包围所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件。
以上隔离器在所述电阻性、半导电或非导电部件与其所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件之间使用结合以在所述第一流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间以及在所述第二流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间提供不透流体的密封，使得在使用中，流体可以无泄漏地从所述第一流体载运构件流动到所述第二流体载运构件。在根据本公开的隔离器中，不需要提供单独的密封部件，例如在已知的电隔离器中使用的传统的液压密封件，所述传统的液压密封件要求将凹槽加工到电隔离器的若干部分中并且通常是昂贵的且组装起来耗时。此外，所述传统的液压密封件有时可能会不正确地装配，从而导致泄漏，仅在已经完全组装好隔离器、已经固化了增强型复合材料并且对隔离器进行测试之后才可以检测到所述泄漏。
除了以上内容之外，因为电阻性、半导电或非导电部件被结合到根据本公开的电隔离器中的所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件，所以所述电阻性、半导电或非导电部件以及所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件相对于彼此固定在原位，使得在形成所述增强型复合材料时不需要额外的手段来将所述电阻性、半导电或非导电部件以及所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件保持在原位。
除了以上内容之外，在使用例如O形环等密封件的现有技术布置中，电隔离器中的内部流体压力可能会通过小的间隙压迫密封件，从而潜在地致使所述密封件永久地变形或被挤压且因此出故障。通过结合根据本公开的隔离器而提供的密封件可以通过机械地支撑所述密封件的一些接触表面而有助于减少所述密封件的变形或挤压。通过结合到所述电阻性、半导电或非导电部件以及所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件，减少了所述结合与所述电阻性、半导电或非导电部件以及所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件之间的相对移动，使得不大可能发生对由所述结合提供的所述密封件的变形或挤压。
除了以上内容之外，根据本公开的电隔离器实现一种电隔离器，所述电隔离器在将要在比先前已经可能的情况更短的轴向长度中提供的所需的压力下是不透流体的。本公开的电隔离器与使用传统的液压密封件的已知的电隔离器相比还更轻且生产起来更不昂贵。
除了以上内容之外，本公开的电隔离器使用增强型复合材料，所述增强型复合材料包围所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件，同时通过所述增强型复合材料提供导电路径，但在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间不提供间隙。这提供一种装置，所述装置有效地消散电荷积累并且电隔离两个流体输送装置之间的接合点，同时提供不透流体的接头。
所述增强型复合材料包围所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件，但通常仅包围其端部，例如最靠近所述电阻性、半导电或非导电部件的地方。所述增强型复合材料可以是从所述第一流体载运构件(或其端部)经过所述间隙延伸到所述第二流体载运构件(或其端部)的连续管子。
在本公开的任何方面，可以在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间的间隙中提供材料，并且可以将所述材料结合到所述电阻性、半导电或非导电部件以及所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件。可以使用粘合剂将所述材料结合到所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件以及所述电阻性、半导电或非导电部件。
所述材料可以具有低导电性，使得所述材料充当在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间的电隔离器。
此外，所述材料可以用于在压力下最小化电隔离器的相应部分的相对移动。
在本公开的任何方面，所述材料可以是弹性体，并且更优选地，所述材料可以是氟弹性体。
在本公开的任何方面，所述第一流体载运构件可以终止于从其沿径向向外延伸的第一凸缘，并且所述第二流体载运构件可以终止于从其沿径向向外延伸的第二凸缘，并且所述材料可以在所述第一凸缘与所述第二凸缘之间延伸。所述第一凸缘和所述第二凸缘可以提供更大的径向范围以在其任一侧上支撑材料，使得与原本可能的情况相比，可以在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间提供更大量的材料。
在本公开的任何方面，可以通过在所述电阻性、半导电或非导电部件与所述第一流体载运构件之间以及在所述电阻性、半导电或非导电部件与所述第二流体载运构件之间提供的结合材料将所述电阻性、半导电或非导电部件结合到所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件。在此示例中，可以通过在所述电阻性、半导电或非导电部件以及相应的第一流体载运构件和第二流体载运构件的配合表面的部分或整个范围上延伸的结合材料来提供密封。
在本公开的任何方面，所述结合材料可以是柔性的，以便适应在所述电阻性、半导电或非导电部件与所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件之间例如由于其不同的热膨胀率和收缩率而引起的相对移动。提供柔性结合材料可以防止分层并且增加根据本公开的隔离器的疲劳寿命。
在本公开的任何方面，所述结合材料可以包括粘合剂，优选地耐燃料粘合剂，或柔性粘合剂或耐燃料柔性粘合剂。
在本公开的任何方面，所述结合材料可以包括密封剂材料或注射模制的弹性体材料。
在本公开的任何方面，所述电阻性、半导电或非导电部件可以包括与所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件同轴地延伸的环形衬垫。
在本公开的任何方面，可以在第一流体载运构件中形成第一切除部分，
可以在所述第二流体载运构件中形成第二切除部分，并且
可以在所述第一切除部分和所述第二切除部分中接纳环形衬垫，使得所述环形衬垫的径向内表面与所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件的径向内表面基本上齐平。通过使所述环形衬垫的径向内表面与所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件的所述径向内表面基本上齐平，可以优化在使用中穿过电隔离器的流体流量。
在本公开的任何方面，所述增强型复合材料可以包括：
沿周向缠绕的纤维增强型聚合物层，所述沿周向缠绕的纤维增强型聚合物层围绕所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件沿周向延伸；以及
螺旋缠绕的纤维增强型聚合物层，所述螺旋缠绕的纤维增强型聚合物层围绕所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件螺旋地延伸。
所述沿周向缠绕的纤维(还称为“环向”纤维)层向电隔离器提供额外的耐压性。环向纤维与结构的轴线成高角度地缠绕，使得其缠绕成非常紧密的螺旋状物(或在一些情况下，甚至直接缠绕在自身上，即，与所述轴线成九十度)。因此，环向纤维不会在径向压力下膨胀并且因此强烈抵抗径向负荷，即，其为耐压的。具有环向纤维层的此类电隔离器更好地适应液压系统的高压。
虽然周向纤维良好地适合于提供耐压性，但因为其在轴向方向上提供不了太多强度，所以其并非良好地适合于使电隔离器保持在一起。然而，螺旋缠绕的纤维层(其在一个示例中可以从周向纤维沿径向向外提供)提供轴向强度。
周向纤维在这里是指具有高缠绕角度(所述纤维在缠绕期间与部分(通常安装在心轴上)的轴线所成的角度)的纤维，通常80度到90度，更优选地至少85度。
螺旋纤维在这里是指具有低缠绕角度的纤维，通常在30度与70度之间。常常难以在约30度以下的角度下缠绕纤维，而70度以上的角度提供不了所需的轴向强度。然而，较低的角度仍然是可行的，如果可以实现纤维放置，下至实质上0度。甚至可以使用真正的轴向纤维来取代螺旋纤维(即，与轴线的角度是0度的纤维，即，平行于所述轴线)，但此类纤维的放置是困难的。
在本公开的一些方面，所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件以及电阻性、半导电或非导电部件可以包括圆柱形部件，所述圆柱形部件沿着其轴向范围具有恒定的横截面。然而，可以更改所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件以及电阻性、半导电或非导电部件的形状以鉴于在使用中施加到电隔离器的内部应力来优化电隔离器的重量。因此，在本公开的任何方面，所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件中的每一者可以包括弯曲部分，使得所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件的所述弯曲部分形成从所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件沿径向向外延伸的基本上卵形形状或凸出部分。
在本公开的任何方面，所述间隙可以位于卵形形状或凸出部分的沿径向最外面的部分处。
在本公开的任何方面，可以将电阻性、半导电或非导电部件塑型，以便遵照所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件的形状。
在如上文所论述的本公开的一些示例中，可以通过弹性体提供在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间的电隔离。在替代性示例中，电阻性、半导电或非导电部件可以还包括从其沿径向向外延伸到间隙中的径向突出部。因此，所述径向突出部可以提供在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间的电隔离。
在另一替代性示例中，可以于在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间延伸的间隙中提供具有低导电性的复合材料。所述复合材料可以用于提供在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间的电隔离并且抵抗它们之间的移动。
在另一替代性示例中，电阻性、半导电或非导电部件可以在所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件外部沿径向延伸，使得于在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间延伸的间隙中不提供隔离材料。
在本公开的另一方面，提供一种包括以上示例中的任一者的电隔离器的液压或燃料系统。
在本公开的另一方面，提供一种制作电隔离器的方法，所述方法包括：
将第一流体载运构件和第二流体载运构件结合到跨越在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间的间隙延伸的电阻性、半导电或非导电部件，以便在所述第一流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间以及在所述第二流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间提供不透流体的密封；以及
形成增强型复合材料，所述增强型复合材料包围所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件。
使用本公开的方法提供一种制作电隔离器的简单且有成本效益的方法。因为在形成所述增强型复合材料之前将所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件结合到与所述电阻性、半导电或非导电部件相关的位置，所以在形成所述增强型复合材料时不需要使用外部压缩力或其他手段以将电隔离器的部分保持在原位。相比而言，在使用液压密封件的现有技术隔离器中，需要压缩力以将隔离器的部分保持在原位，直到在完全形成增强型复合材料之后为止。
另外，与使用液压密封件的现有技术隔离器中的方法相比，所述将所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件结合到所述电阻性、半导电或非导电部件的方法提供在部件之间形成密封的更简单、更不昂贵且耗时更少的方法。
在本公开的方法的任何方面，形成所述增强型复合材料可以包括：
将纤维增强型聚合物缠绕在所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件周围；
在缠绕纤维增强型聚合物之前、期间或之后，提供树脂混合物以便形成围绕所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件延伸的纤维增强型聚合物和树脂混合物；以及
固化所述纤维增强型聚合物和树脂混合物。
在本公开的方法中，因为通过在所述第一流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间以及在所述第二流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间的结合来提供密封，所以在固化步骤之前，树脂可以不从在所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件外部沿径向提供的增强型复合材料泄漏到所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件中。因此，不需要像使用液压密封件的已知电隔离器中一样在所述第一流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间以及在所述第二流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间提供单独的环境密封。
在本公开的方法的任何方面，所述将纤维增强型聚合物缠绕在所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件周围可以包括：
围绕所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件沿周向缠绕沿周向缠绕的纤维增强型聚合物；以及
缠绕围绕所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件螺旋地延伸的螺旋缠绕的纤维增强型聚合物。
将理解，可以在各种不同的布置中提供所述沿周向缠绕的纤维增强型聚合物和所述螺旋缠绕的纤维增强型聚合物，所述布置包括(但不限于)：在第一层中提供沿周向缠绕的纤维增强型聚合物并且在围绕所述第一层延伸的第二层中提供所述螺旋缠绕的纤维增强型聚合物；或者在第一层中提供所述螺旋缠绕的纤维增强型聚合物并且在围绕所述第一层延伸的第二层中提供所述沿周向缠绕的纤维增强型聚合物。
附图说明
现在将仅举例并且参考附图描述各种非限制性示例，附图中：
图1示出根据本公开的第一示例的在电隔离器的中心线上方穿过所述电隔离器的横截面；
图2示出根据本公开的第二示例的在电隔离器的中心线上方穿过所述电隔离器的横截面；
图3示出根据本公开的第三示例的在电隔离器的中心线上方穿过所述电隔离器的横截面；
图4示出根据本公开的第四示例的在电隔离器的中心线上方穿过所述电隔离器的横截面；
图5示出根据本公开的第五示例的在电隔离器的中心线上方穿过所述电隔离器的横截面；以及
图6示出根据本公开的第六示例的在电隔离器的中心线上方穿过所述电隔离器的横截面。
具体实施方式
本公开涉及电隔离器，所述电隔离器可以用于飞行器液压系统或液压流体管线中，以便在控制所引发的电流(例如，由于闪电)并消散静电电荷的同时提供较强的流体载运结构。将理解，图式示出了在示例性电隔离器的中心线上方穿过所述电隔离器的横截面。在所述图式的示例性电隔离器的中心线下方穿过所述电隔离器的横截面(未示出)将是在所述中心线上方示出的横截面的镜像。
图1示出根据本公开的示例的电隔离器或流体载运元件10。
电隔离器10形成流体输送网络(例如，飞行器中的液压流体网络)的部分。流体，例如液压流体，可以在箭头100的方向上流过电隔离器10。
电隔离器10包括第一流体载运构件或管道12以及第二流体载运构件或管道14。第一管道12和第二管道14两者都可以是金属的，并且可以包括用于附接到流体载运系统中的其他管状部件的端部配件。在所说明的示例中，第一管道12和第二管道14具有相同结构。第一管道和第二管道12、14是相对的，并且彼此间隔开以在其间提供间隙G。
在所说明的示例中，第一管道12和第二管道14是管状的，即，是圆柱形并且具有圆形横截面。其他形状和横截面是可能的。虽然在图1中将第一管道12和第二管道14示出为围绕轴线A-A同轴延伸，但这不是必要的，并且设想其中第一管道12和第二管道14的轴线彼此成角度的示例。例如，所述角度可以小于90度、60度、30度、15度、10度或5度。
第一管道12和第二管道14包括径向内部轴向表面18和在径向方向上与其间隔的径向外部轴向表面20，从而形成第一管道和第二管道12、14的壁厚度。第一管道12和第二管道14两者都终止于凸缘16，所述凸缘径向延伸远离轴线A-A并且超出径向外部轴向表面20。因此，凸缘16提供径向表面26作为第一管道和第二管道12、14的端面。
在第一管道12和第二管道14的径向内部轴向表面18中形成切除部分，所述切除部分从其开放端延伸远离相对的管道并且围绕所述管道的圆周延伸，以便形成基本上环形的切除部分。径向表面22界定所述切除部分的端部并且与径向内部轴向表面18接合。
提供由电阻性、半导电或非导电材料形成的环形衬垫24以装配在第一管道和第二管道12、14中的所述切除部分内，使得环形衬垫24的径向内表面25与第一管道和第二管道12、14的径向内部轴向表面18基本上齐平地延伸。将了解，环形衬垫24在第一管道和第二管道12、14之间延伸以维持其间的间隙G。确定第一管道和第二管道12、14之间的间隙G的大小以提供第一管道和第二管道12、14之间的电隔离。在一个示例中，可以通过隔离器的预期的静电要求和电气要求来界定间隙G的大小。在一个优选示例中，第一管道与第二管道12、14之间的间隙G应为至少3mm。
还要求在第一管道和第二管道之间在其湿表面处的最小间隙。这通常可以由在相应的第一管道和第二管道12、14的湿表面之间延伸的环形衬垫24的轴向长度提供，并且可以是约3.81cm(1.5英寸)。然而，将了解，所要求的间隙将取决于特定隔离器的尺寸和预期用途，并且可以由其预期的静电和电气要求来界定。因此，在本公开的替代性示例中，在第一管道和第二管道之间在其湿表面处的最小间隙可以是约1.27cm到约2.54cm(约0.5英寸到约1英寸)。
于在图1中示出的示例中，在第一管道和第二管道之间在其湿表面处的最小间隙是由环形衬垫24的轴向长度来界定。因此，将了解，可以使所述示例的电隔离器比在过去已经可能的电隔离器在轴向方向上显著更短，因为可以提供模制的氟弹性体密封件和增强型复合材料30以在不超过环形衬垫24的轴向范围上延伸。此外，与先前已知的电隔离器相比，所述示例的电隔离器可以具有减小的重量，并且生产起来更不昂贵和耗时。
对材料(例如，氟弹性体28)进行模制以填充第一管道和第二管道12、14的凸缘16之间的间隙G。如果刚性或柔性材料提供适当的电隔离性质并且如果所述材料不与流过隔离器的流体介质反应，那么可以提供许多所述材料来取代氟弹性体。在一个示例中，可以使用与Dow730FS耐溶剂密封剂电弧电阻＝124类似的材料。当与在隔离器中使用的其他材料化学相容时，可以使用比如PEEK或Nitrile的模制材料。在另一优选的示例中，可以使用PR-1770A级燃料箱密封剂。
当处于原位时，所述材料或氟弹性体28形成环形形状并且被结合到环形衬垫24的径向外表面和由第一管道和第二管道12、14的相应凸缘16界定的径向表面26。将理解，模制的氟弹性体用于使第一管道和第二管道12、14保持在一起并且使环形衬垫24保持到第一管道和第二管道12、14。因此，模制的氟弹性体28在环形衬垫24与第一管道和第二管道12、14之间提供不透流体的密封。
模制的氟弹性体通常还具有对于最小化在第一管道12、第二管道14与环形衬垫24之间经历的移动和径向或环向应力来说适当的硬度和刚性。
根据本公开，将增强型复合材料30定位在第一管道12、第二管道14和氟弹性体28周围。增强型复合材料30可以由纤维和树脂混合物组成，或实质上由纤维和树脂混合物组成。所述纤维可以是玻璃纤维、碳纤维或聚酰胺纤维。树脂混合物可以包括可以具有热固性(例如，环氧树脂)或热塑性(例如，聚芳醚酮“PEEK”)构造的树脂。
增强型复合材料30可以是连续的并且覆盖第一管道12、第二管道14和氟弹性体28全部，而在其间没有空气间隙和/或其他材料。第一管道12和第二管道14可以包括表面涂层或处理，并且所述表面涂层或处理可以是第一管道12或第二管道14与增强型复合材料30之间的仅有材料。
增强型复合材料30沿轴向延伸经过第一管道12和第二管道14的凸缘16。因此，增强型复合材料30的内直径随着增强型复合材料30延伸经过并超出凸缘16而逐渐减小，从而提供半球形外部轮廓，可以针对由隔离器经历的内部压力来优化所述半球形外部轮廓。在一些示例中，隔离器可以具有包括从间隙G径向向外的平行中心区段的外部轮廓，所述外部轮廓在其端部处变窄。
所述树脂混合物包括导电添加剂，例如炭黑和/或碳纳米管，并且可以将不同量的导电添加剂并入到所述树脂混合物中以实现用于特定应用的期望的导电性。
所述增强型复合材料允许电隔离器承受当其用于液压系统中时将经受的较高的内部压力，而没有泄漏。为了实现对施加于电隔离器的径向力和轴向力两者的最佳抵抗，所述增强型复合材料可以包括围绕管道和氟弹性体沿周向缠绕的纤维(针对径向力)和围绕管道和氟弹性体螺旋地缠绕的纤维(针对轴向力和一些径向力)。在本公开的一个示例中，所述增强型复合材料包括围绕第一流体载运构件、第二流体载运构件和电阻性、半导电或非导电部件沿周向延伸的沿周向缠绕的纤维增强型聚合物的层或多个层，和围绕所述沿周向缠绕的纤维增强型聚合物层、所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件螺旋地延伸的螺旋缠绕的纤维增强型聚合物的层或多个层。
所述沿周向缠绕的纤维(还称为“环向”纤维)层向电隔离器提供额外的耐压性。环向纤维与结构的轴线成高角度地缠绕，使得其缠绕成非常紧密的螺旋状物(或在一些情况下，甚至直接缠绕在自身上，即，与所述轴线成九十度)。因此，环向纤维不会在径向压力下膨胀并且因此强烈抵抗径向负荷，即，其为耐压的。具有环向纤维层的此类电隔离器更好地适应液压系统的高压。
虽然周向纤维良好地适合于提供耐压性，但因为其在轴向方向上提供不了太多强度，所以其并非良好地适合于使电隔离器保持在一起。然而，所述螺旋缠绕的纤维层提供轴向强度。
周向纤维在这里是指具有高缠绕角度(所述纤维在缠绕期间与部分(通常安装在心轴上)的轴线所成的角度)的纤维，通常80度到90度，更优选地至少85度。
螺旋纤维在这里是指具有低缠绕角度的纤维，通常在30度与70度之间。常常难以在约30度以下的角度下缠绕纤维，而70度以上的角度提供不了所需的轴向强度。然而，较低的角度仍然是可行的，如果可以实现纤维放置，下至实质上0度。甚至可以使用真正的轴向纤维来取代螺旋纤维(即，与轴线的角度是0度的纤维，即，平行于所述轴线)，但此类纤维的放置是困难的。
现在将描述形成图1的电隔离器的方法。
可以提供第一管道12和第二管道14。第一管道12和/或第二管道14可以形成管道网络的部分，或者每个管道包括更大管道的端部。电隔离器10可以是在大于1000磅/平方英寸、2000磅/平方英寸或3000磅/平方英寸下操作的液压管道网络(例如，飞行器中的液压系统或液压流体管道)的部分。
将环形衬垫插入到第一管道和第二管道12、14的切除部分中以便沿着第一管道和第二管道12、14并且在所述第一管道和第二管道之间延伸，并且在第一管道和第二管道12、14之间提供间隙G。随后将氟弹性体28模制到第一管道和第二管道12、14的凸缘16之间的间隙G中。因此，当处于原位时，氟弹性体28形成环形形状并且被结合到环形衬垫24的径向外表面27和由第一管道和第二管道12、14的相应凸缘16界定的径向表面26。在一个优选示例中，将氟弹性体注射模制，并且将粘合剂施加到环形衬垫24的径向外表面27和由第一管道和第二管道12、14的相应凸缘16界定的径向表面26，以使氟弹性体与其结合。
为了提供加固，将增强型复合材料30定位在第一管道12、第二管道14、环形衬垫24和氟弹性体28周围。
为了形成增强型复合材料30，将纤维(例如，聚合物纤维)拉过含有树脂混合物的槽，并且随后可以将所述纤维和树脂混合物缠绕在第一管道12、第二管道14、环形衬垫24和氟弹性体28周围，直到所述纤维和树脂混合物展现出足够的厚度并且覆盖第一管道12、氟弹性体28和第二管道14的所需的轴向范围为止。可以例如使用自动化叠涂方法来控制所述纤维的定向。所述树脂混合物包括导电添加剂。可以将不同量的所述导电添加剂添加并混合到所述槽中含有的树脂中，以更改或改变增强型复合材料30的导电性。
还可以使用已经饱含树脂的纤维材料来形成增强型复合材料30，而不是如上文描述将所述纤维拉过树脂槽。
使所述纤维和树脂混合物固化以形成增强型复合材料30。一旦固化，所述增强型复合材料用于使电隔离器10的部件保持在一起，以在高压流体通过电隔离器10时提供强度和抵抗力。
所述方法可以还包括使流体在大于1000磅/平方英寸、2000磅/平方英寸或3000磅/平方英寸的压力下通过电隔离器10，即，经由环形衬垫24从第一管道12到第二管道14。所述方法可以还包括使流体在30,000磅/平方英寸或更多的测试压力下通过电隔离器10，即，经由环形衬垫24从第一管道12到第二管道14。
图2示出根据本公开的替代性示例的电隔离器或流体载运元件210，其中已经更改所述电隔离器的形状以减小所述电隔离器的部件中的内部应力和其重量。
在所说明的示例中，第一管道212和第二管道214是管状的，即，是圆柱形并且具有圆形横截面。
第一管道212和第二管道214包括径向内部轴向表面218和在径向方向上与其间隔的径向外部轴向表面220，从而形成第一管道和第二管道212、214的壁厚度。第一管道212和第二管道214两者都包括端部234，所述端部的横截面形成沿径向向外延伸远离轴线A-A的弯曲形状，第一管道和第二管道212、214沿着所述轴线A-A延伸。当经过组装以使得第一管道212与第二管道214相对并且在其间具有间隙G时，第一管道和第二管道212、214的弯曲端部234的横截面形成弧，如图2中所见。因此，第一管道212和第二管道214的端部朝向彼此延伸并且形成从第一管道和第二管道212、214沿径向向外延伸的基本上卵形形状或凸出部分。
在第一管道212和第二管道214的径向内部轴向表面218中形成切除部分，所述切除部分从其开放端延伸远离所述相对的管道。径向表面222界定第一管道和第二管道212、214中的每一者中的切除部分的端部并且与径向内部轴向表面218接合。
提供由电阻性、半导电或非导电材料形成的环形衬垫224以装配在第一管道和第二管道212、214中的所述切除部分内，并且在第一管道和第二管道212、214之间延伸以维持其间的间隙G。如图2中所见，将此示例的环形衬垫224塑型以与第一管道和第二管道212、214的端部的弯曲形状相符。在一个优选示例中，第一管道与第二管道212、214之间的间隙G应为至少3mm。
将氟弹性体228进行模制以填充第一管道和第二管道212、214的相对端面236之间的间隙G。因此，当处于原位时，氟弹性体228形成环形形状并且被结合到环形衬垫224的径向外表面以及第一管道和第二管道212、214的端面236。将理解，模制的氟弹性体用于使第一管道和第二管道212、214保持在一起并且使环形衬垫224保持到第一管道和第二管道212、214。因此，模制的氟弹性体228在环形衬垫224与第一管道和第二管道212、214之间提供不透流体的密封。模制的氟弹性体通常具有对于最小化在第一管道212、第二管道214与环形衬垫224之间经历的移动和环向应力来说适当的硬度和刚性。在一个非限制性示例中，所述模制的氟弹性体可以包括Dow Corning 730耐溶剂密封剂白色90ml管。此材料固化为牢固、柔性的橡胶，具有对许多衬底良好的粘附力，在-65℃(-85℉)到260℃(500℉)之间是稳定和柔性的。其在暴露于燃料、油和溶剂的情况下保持其性质。所述材料性质如下：
●硬度计/硬度：40A
●闪点：＞214F
●Rt消粘时间：25分钟
●基础化学品：氟硅酮
●介电强度：331伏/密尔
●伸长率：200％
●剥离强度：15
●操作温度：-65到260C
●抗拉强度：300
●体电阻：2.1X 10(13)欧姆-厘米
在替代性示例中，可以使用DAIKIN的DAI-EL氟弹性体或Greene Tweed FPH密封材料。
根据本公开，通过与关于图1描述的方式类似的方式将增强型复合材料230定位在第一管道212、第二管道214和氟弹性体228周围。
增强型复合材料230沿轴向延伸经过由第一管道212和第二管道214形成的凸出部分，以便与第一管道212的径向外部轴向表面220和第二管道214的径向外部轴向表面220会合。因此，增强型复合材料230的内直径随着增强型复合材料230延伸经过并超出所述凸出部分而逐渐减小。
如图2中所见，氟弹性体228的径向外表面238可能是凹的，这是由于氟弹性体自然地收缩远离在生产过程期间其所结合到的表面。氟弹性体228的凹表面可能会降低在形成增强型复合材料230时可以将增强纤维缠绕在管道和氟弹性体周围的准确度。鉴于此，可以将氟弹性体228的径向外表面238构建成提供基本上平坦的表面。
将理解，可以通过上文关于图1所描述的方法来形成图2的电隔离器。
图3示出根据本公开的替代性示例的电隔离器或流体载运元件310，其中已经通过与图2的示例类似的方式更改了所述电隔离器的形状以减小所述电隔离器的部件中的内部应力和其重量。
在所说明的示例中，第一管道312和第二管道314是管状的，即，是圆柱形并且具有圆形横截面。
第一管道312和第二管道314包括径向内部轴向表面318和在径向方向上与其间隔的径向外部轴向表面320，从而形成第一管道和第二管道312、314的壁厚度。第一管道312和第二管道314两者都包括通过与图2的示例中类似的方式塑型的端部334。然而，与图2的示例相比，第一管道和第二管道312、314的端面336是成角度的，在所述端面接近相应的第一管道和第二管道312、314的径向内表面时，所述端面朝向彼此向内延伸。
再次在第一管道312和第二管道314的径向内部轴向表面318中形成切除部分。
与图2的示例中一样，提供由电阻性、半导电或非导电材料形成的环形衬垫324以装配在第一管道和第二管道312、314中的所述切除部分内。
如图3中所见，通过将环形衬垫324的径向外表面340结合到第一管道和第二管道312、314中的切除部分的径向内表面342来形成第一管道312、环形衬垫324与第二管道314之间的密封。在一个示例中，可以使用粘合剂膜涂覆环形衬垫，并且随后使用复合材料过卷，使得在固化期间所述粘合剂结合到衬垫和复合材料。
低导电性玻璃复合材料343形成于第一管道和第二管道312的端面336之间的间隙中，并且将低导电性玻璃复合材料343的径向内表面结合到环形衬垫324的径向外表面340。在一个示例中，可以将所述玻璃纤维缠绕在间隙中的环形衬垫324周围，以便形成非导电(低碳)树脂中的环向玻璃纤维的前几层。随后可以使用导电玻璃纤维将所述纤维过卷并且随后可以将所述纤维和树脂固化。如果需要避免碳树脂逸出，可以针对非导电(低碳)树脂中的环向玻璃纤维的所述前几层执行局部固化，之后进行过卷并且随后提供最终的固化。
再次通过与关于图2所描述的方式类似的方式将增强型复合材料330定位在第一管道312、第二管道314和低导电性玻璃复合材料343周围。
现在将描述形成图3的电隔离器的方法。
可以提供第一管道312和第二管道314。第一管道312和/或第二管道314可以形成管道网络的部分，或者每个管道包括更大管道的端部。电隔离器310可以是在大于1000磅/平方英寸、2000磅/平方英寸或3000磅/平方英寸下操作的液压管道网络(例如，飞行器中的液压系统或液压流体管道)的部分。
向环形衬垫324的径向外表面340施加结合材料，例如粘合剂、密封剂材料或注射模制的弹性体材料，随后将所述环形衬垫插入到第一管道和第二管道312、314的切除部分中，以便提供第一管道和第二管道312、314之间的间隙，并且形成第一管道312、环形衬垫324与第二管道314之间的密封。
随后在第一管道和第二管道312、314的端部之间的间隙G中形成玻璃复合材料343。
为了提供加固，通过关于图1所描述的方式将增强型复合材料330定位在第一管道312、第二管道314、环形衬垫324和玻璃复合材料343周围。
所述方法可以还包括使流体在大于1000磅/平方英寸、2000磅/平方英寸或3000磅/平方英寸的压力下通过电隔离器310，即，经由环形衬垫324从第一管道312到第二管道314。
图4示出根据本公开的替代性示例的电隔离器或流体载运元件410，其中已经通过与图2和图3的示例类似的方式更改了所述电隔离器的形状以减小所述电隔离器的部件中的内部应力和其重量。
在所说明的示例中，第一管道412和第二管道414是管状的，即，是圆柱形并且具有圆形横截面。
第一管道412和第二管道414包括径向内部轴向表面418和在径向方向上与其间隔的径向外部轴向表面420，从而形成第一管道和第二管道412、414的壁厚度。第一管道412和第二管道414两者都包括通过与图2的示例中类似的方式塑型的端部。
再次在第一管道412和第二管道414的径向内部轴向表面418中形成切除部分。
与图2的示例中一样，提供由电阻性、半导电或非导电材料形成的环形衬垫424以装配在第一管道和第二管道412、414中的所述切除部分内。在图4中示出的示例中，环形衬垫434的轴向中心部分的横截面形成弧，以便形成从在环形衬垫434的一端处提供的第一圆柱形部分446沿径向向外延伸的卵形形状或凸出部分444。在环形衬垫424的另一端处与凸出部分444相邻地提供第二圆柱形部分448。环形衬垫424还包括从凸出部分444的沿径向最外面的部分沿径向向外延伸的径向突出部450。将所述径向突出部450塑型以便填充第一管道和第二管道412、414的端部之间的间隙。因此，在此示例中，径向突出部450提供第一管道和第二管道412、414中的所需的隔离。
如图4中所见，通过将环形衬垫424的径向外表面440结合到第一管道和第二管道412、414中的切除部分的径向内表面442来形成第一管道412、环形衬垫424与第二管道414之间的密封。可以使用PR-1770A级燃料箱密封剂或类似物。还将第一管道和第二管道的端面436结合到径向突出部450的对应表面。
再次通过与关于图2所描述的方式类似的方式将增强型复合材料430定位在第一管道412、第二管道414和环形衬垫424周围。
现在将描述形成图4的电隔离器的方法。
可以提供第一管道412和第二管道414。第一管道412和/或第二管道414可以形成管道网络的部分，或者每个管道包括更大管道的端部。电隔离器410可以是在大于1000磅/平方英寸、2000磅/平方英寸或3000磅/平方英寸下操作的液压管道网络(例如，飞行器中的液压系统或液压流体管道)的部分。
向环形衬垫424的径向外表面440和径向突出部450的侧表面施加结合材料，例如粘合剂、密封剂材料或注射模制的弹性体材料。随后将环形衬垫424插入到第一管道和第二管道412、414的切除部分中，以便提供第一管道和第二管道412、414之间的间隙(由径向突出部450填充)，并且形成第一管道412、环形衬垫424与第二管道414之间的密封。
为了提供加固，通过关于图1所描述的方式将增强型复合材料430定位在第一管道412、第二管道414和环形衬垫424周围。
所述方法可以还包括使流体在大于1000磅/平方英寸、2000磅/平方英寸或3000磅/平方英寸的压力下通过电隔离器410，即，经由环形衬垫424从第一管道412到第二管道414。
图5示出根据本公开的替代性示例的电隔离器或流体载运元件510。预期图5的电隔离器510用于较低的压力环境中。航空航天应用、汽车应用、工业应用和家庭应用可以使用经受低得多的压力的隔离器。在一些应用中，燃料压力可以小于125磅/平方英寸，其中在一些汽车应用中，约45磅/平方英寸是典型的。
与在先前示例中一样，电隔离器510包括第一流体载运构件或管道512以及第二流体载运构件或管道514。第一管道和第二管道512、514是圆柱形的并且是相对的，并且沿着轴线A-A彼此间隔开以在其间提供间隙G。
第一管道512和第二管道514包括径向内部轴向表面518和在径向方向上与其间隔的径向外部轴向表面520，从而形成第一管道和第二管道512、514的壁厚度。第一管道512和第二管道514两者都终止于锥形端面552。
提供由电阻性、半导电或非导电材料形成的环形衬垫524以延伸经过第一管道512的部分、跨越间隙G并且经过第二管道514的部分。通过将环形衬垫524的径向内表面554结合到第一管道和第二管道512、514的径向外表面来形成第一管道512、环形衬垫524与第二管道514之间的密封。
根据本公开，通过与先前描述的方式类似的方式将增强型复合材料530定位在第一管道512、第二管道514和环形衬垫524周围。
增强型复合材料530沿轴向延伸经过环形衬垫524的端部并且与第一管道512和第二管道514接合。因此，增强型复合材料530的内直径随着增强型复合材料530延伸经过并超出环形衬垫524的端部而逐渐减小。
现在将描述形成图5的电隔离器的方法。
可以提供第一管道512和第二管道514。第一管道512和/或第二管道514可以形成管道网络的部分，或者每个管道包括更大管道的端部。
向环形衬垫524的径向内表面554施加结合材料，例如粘合剂、密封剂材料或注射模制的弹性体材料。随后将环形衬垫524的径向内表面554定位成与第一管道和第二管道512、514的径向外表面相配接合，以便提供第一管道和第二管道512、514之间的间隙并且形成第一管道512、环形衬垫524与第二管道514之间的密封。
为了提供加固，通过关于图1所描述的方式将增强型复合材料530定位在第一管道512、第二管道514、环形衬垫524周围。
所述方法可以还包括使流体在约30磅/平方英寸与150磅/平方英寸之间的压力下通过电隔离器510，即，经由环形衬垫524从第一管道512到第二管道514。
在图6中示出的替代性示例中，可以使用简单缠绕的复合材料将长的环形衬垫管子624过卷，所述环形衬垫管子在其纵向范围上具有基本上恒定的半径，以形成与衬垫管子624基本上平行地延伸的外表面690。简单缠绕的复合材料形成增强型复合材料630，并且随后可以在需要时将所述管子切割至所需的长度。这进一步简化了根据所述示例的电隔离器的生产，并且提供非重量优化的具有正方形拐角的针对较低压力的低成本解决方案。
为了提供电隔离器的所需的功能性，增强型复合材料630的径向外层可以是导电的，而增强型复合材料的径向内部部分是不导电的。随后可以提供杯形金属接触件(未示出)，所述杯形金属接触件从第一管道和第二管道612、614中的每一者延伸以接触增强型复合材料630的导电径向外层。
虽然已经参考各种示例描述了本公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离在所附权利要求中陈述的本公开的范围的情况下，可以作出形式和细节上的各种改变。

Claims (14)

1.一种电隔离器，其包括：
第一流体载运构件；
第二流体载运构件，所述第二流体载运构件与所述第一流体载运构件间隔开以形成间隙；
电阻性、半导电或非导电部件，所述电阻性、半导电或非导电部件跨越所述间隙延伸并且被结合到所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件，以便在所述第一流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间以及在所述第二流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间提供不透流体的密封；以及
增强型复合材料，所述增强型复合材料包围所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件，
其中所述电阻性、半导电或非导电部件包括与所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件同轴地、且在相应的所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件的湿表面之间延伸的环形衬垫。
2.如权利要求1所述的电隔离器，其中在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间的所述间隙中提供材料，并且所述材料被结合到所述电阻性、半导电或非导电部件以及所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件。
3.如权利要求2所述的电隔离器，其中所述第一流体载运构件终止于从其沿径向向外延伸的第一凸缘，并且所述第二流体载运构件终止于从其沿径向向外延伸的第二凸缘，并且所述材料在所述第一凸缘与所述第二凸缘之间延伸。
4.如权利要求1、2或3所述的电隔离器，其中所述电阻性、半导电或非导电部件通过在所述电阻性、半导电或非导电部件与所述第一流体载运构件之间以及在所述电阻性、半导电或非导电部件与所述第二流体载运构件之间提供的结合材料而结合到所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件。
5.如权利要求1所述的电隔离器，其中第一切除部分形成于所述第一流体载运构件中，
第二切除部分形成于所述第二流体载运构件中，并且
所述环形衬垫被接纳于所述第一切除部分和所述第二切除部分中，使得所述环形衬垫的径向内表面与所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件的径向内表面齐平。
6.如任一前述权利要求所述的电隔离器，其中所述增强型复合材料包括：
沿周向缠绕的纤维增强型聚合物层，所述沿周向缠绕的纤维增强型聚合物层围绕所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件沿周向延伸；以及
螺旋缠绕的纤维增强型聚合物层，所述螺旋缠绕的纤维增强型聚合物层围绕所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件螺旋地延伸。
7.如任一前述权利要求所述的电隔离器，其中所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件中的每一者包括弯曲部分，使得所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件的所述弯曲部分形成从所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件沿径向向外延伸的卵形形状或凸出部分。
8.如权利要求7所述的电隔离器，其中所述间隙位于所述卵形形状或所述凸出部分的沿径向最外面的部分处。
9.如权利要求7或8所述的电隔离器，其中所述电阻性、半导电或非导电部件经过塑型以便遵照所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件的形状。
10.如权利要求9所述的电隔离器，其中所述电阻性、半导电或非导电部件还包括从其沿径向向外延伸到所述间隙中的径向突出部。
11.如权利要求7、8或9所述的电隔离器，其中于在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间延伸的所述间隙中提供具有低导电性的复合材料。
12.一种液压或燃料系统，其包括如任一前述权利要求所述的电隔离器。
13.一种制作电隔离器的方法，所述方法包括：
将第一流体载运构件和第二流体载运构件结合到跨越在所述第一流体载运构件与所述第二流体载运构件之间的间隙延伸的电阻性、半导电或非导电部件，以便在所述第一流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间以及在所述第二流体载运构件与所述电阻性、半导电或非导电部件之间提供不透流体的密封；以及
形成增强型复合材料，所述增强型复合材料包围所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件，
其中所述电阻性、半导电或非导电部件包括与所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件同轴地、且在相应的所述第一流体载运构件和所述第二流体载运构件的湿表面之间延伸的环形衬垫。
14.如权利要求13所述的方法，其中形成所述增强型复合材料包括：
将纤维增强型聚合物缠绕在所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件周围；
在所述缠绕纤维增强型聚合物之前、期间或之后，提供树脂混合物以便形成围绕所述第一流体载运构件、所述第二流体载运构件和所述电阻性、半导电或非导电部件延伸的纤维增强型聚合物和树脂混合物；以及
固化所述纤维增强型聚合物和所述树脂混合物。
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