CN1313922A - 一种桁架结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多用电杆组件(420),该组件具有通过一个连接器(426)连接在一起、以构成第一组合梁(424)的一个六角形的外表面(402)和一个圆形的内通道(404)。本发明还公开了一种桁架结构(300),该结构能够支承一个例如风力发电机(310)这样的装置。桁架结构(300)可以包括多个通过一个连接器(304)连接在一起的组合梁(302)。每个组合梁(302)沿着其纵向轴线具有一个曲率。

Description

一种桁架结构
相关申请的交叉引用
本专利申请是1997年1月13日提交的，申请号为08/782,329的专利申请的部分继续申请，而该申请又是1996年11月4日提交的，申请号为08/743,388的专利申请的部分继续申请。
发明背景
1．发明领域
本发明涉及一种由复合材料制成的多用电杆。
2．相关技术介绍
多用电杆通常由紧固在地面内的木杆构成。多用电杆一般具有用来支承多根电力线的若干个臂。持续地暴露在苛刻的环境条件下将使木杆腐烂和损坏。为了防止发生腐烂，往往将木杆用碳基材料(例如沥清)进行处理。业已发现，最常用的木处理材料对环境是有害的。此外，业已发现，大量的电流漏入地面，从而降低了电力系统的能效率。
为了提高多用电杆的寿命，已经安装了金属杆。金属杆很容易导电，并且通常将产生一个对于维修的公务人员来说是不安全的环境。此外，金属杆和木杆都比较重，一般需要使用起重机来提升和安装电杆。
授于McCombs的美国专利(专利号为5,175,971)中公开了一种中空的多用电杆，该电杆是由一种复合材料(例如一种浸渍了玻璃纤维的树脂)制成的。McCombs电杆具有一个位于一个六角形的主电杆内的六角形的衬管。外部的主电杆具有多个可使臂附件固定于电杆上的鸠尾槽。此外，这些鸠尾槽也可使公务人员容易爬上电杆。但是，这些鸠尾槽也产生了许多位于与主电杆的较薄的颈部相邻接处的圆指。
业已发现，当制作该复合材料的多用电杆时，树脂和玻璃纤维将不会均匀地流入到主电杆的颈部和指部中。这种不均匀的树脂流动和玻璃纤维的分布将会使电杆的结构坚固性降低。圆指部分也将增加可能为40英尺长的多用电杆的厚度和重量。
中空的多用电杆具有相当低的弯曲和扭转刚度。这种相当低的刚度必须用较厚的壁来补偿。但是，壁厚的增加将使电杆的重量增加。因此，提供一种能有效地由一种复合材料制成，并且相当坚固而重量又轻的多用电杆将是所希望的。
风力发电机通常包括一个或多个与发电机相连接的叶片。当叶片由风力所转动时，发电机将产生电力。为了给叶片提供一个距离，通常通过一个钢的桁架结构把发电机架高。该桁架结构必须非常坚固，足以支承起相当重的发电机。当桁架和发电机受到风力时，作用在桁架上的负载还将增加。因此，一般通过多根与桁架相连接并且系紧在地面上的导向索来使桁架结构稳定。
发电机必须定期地降低到地面上以便对该装置进行修理或维护。桁架结构必须具有多个铰链，以便使发电机可以降低到地面上。发电机一般可以通过拉动一根导向索来使其降低。把一个相当重的桁架结构移到地面上可以为进行这项工作的人员创造一个安全的工作条件。因此，提供一种重量轻又足以支承一个例如风力发电机这样的装置的桁架结构将是所希望的。
发明概述
本发明的一个实施例示出了一个具有一个六角形的外表面和一个圆形的内通道的组合的多用电杆以及其他用途。
附图简介
对于在本技术领域的普通技术人员来说，本发明的上述目的和优点在阅读了下面的详细说明和附图以后将变得一清二楚，附图中：
图1是本发明的电话杆一个透视图；
图2是电话杆的一个剖面图；
图3a,3b,3c和3d是电话杆的另一个实施例；
图4a是臂连接组件的一个分解图；
图4b是臂固定架的一个透视图；
图5是连接在电话杆的上部的一个臂的分解图；
图6是一个透视图，图中示出了与多用电杆相结合的一个手攀爬装置和一个脚攀爬装置的透视图；
图7是示出多用电杆的复合材料的编排的一个顶视图；
图8是一个分层布置的电杆的一个透视图；
图9是示出该杆的各层的透视图；
图10是一个具有光学纤维元件埋置于其壁中的电杆的剖视图；
图11是一个透视图，图中示出了插入到编织的保护套中的一个内模具；
图12是一个透视图，图中示出了一个内模具和通过一个外模具拉出的编织的保护套；
图13是一个透视图，图中示出了多个在桁架结构中的梁，该结构支承着一个风力发电机；
图14是一个透视图，图中示出了把组合梁在桁架结构中连接在一起的连接器；
图15是一个与图11类似的透视图，图中示出了在一个梁保护套中形成的一个曲率；
图16是梁的另一个实施例的剖视图；
图17是梁的另一个实施例的顶视图；
图18是图17中的梁的一个扩大的剖视图；
图19是多用电杆的一个侧视图；
图20是用于多用电杆的一个连接插塞的透视图；
图21是连接在多用电杆的第一组合梁上的连接插塞的透视图。
发明详述
详细地参看用标号标注的附图，图1示出了本发明的多用电杆组件10。杆组件10的各个元件是由一种复合材料(例如玻璃纤维增强的树脂)制成的。通常复合材料的外表面是光滑的，以致动物都不能爬上该杆。另外，复合材料不会携带细菌或产生可能会伤害维护和修理该杆的公务人员的裂缝。复合材料还是一种绝缘材料，它将大大减少漏到地面的电流量，从而增加了电力系统的能效率。复合材料的杆组件通常不受腐蚀性的周围环境的影响并且不易被雷电所击中。复合材料上还可以缠绕一种含有能提供太阳能防护的紫外线添加剂的布。
组件10包括与一个套管14相连接的一个电杆12。套管14具有一个底座16，该底座可以埋入地下或者可以用螺栓固定在基础上，以便将12固定。或者，电杆12也可以用螺栓固定。套管14最好一个内腔，该内腔具有与电杆12相同的形状，以便电杆12可以滑入或在套管14上打滑。组件10通常还包括若干个用来支承电线的臂18。组件10还可以具有一个顶盖22。顶盖22的形状可以是锥形，以防止鸟类在电杆上栖息。顶盖22还可以具有一个插入在电杆12中的内唇26。
图2示出了电杆12的一个最佳实施例。电杆12具有一个三角形的第一组件26，该组件具有一个内通道28。内通道28由相交于相应的顶点36,38和40处的三个壁30,32，和34所限定。在内通道28内部的是一个三角形的第二组件42。第二组件42也具有一个内通道44，该内通道由相交于相应的顶点52-56处的三个壁46-50所限定。第二组件42的顶点52-56与第一组件26的壁30-34相交，使得壁46-50穿过内通道28延伸。在该最佳实施例中，顶点52-56与壁30-34的中点相交。壁30-34可以有杯形座58，这些座可以使第二组件42固定在内通道28中。
第二组件42的壁46-50为第一组件26提供了支撑结构，并且提供了一个刚度相当大的组合的多用电杆。电杆的刚度使得组件可以使用比没有这种横撑的电杆更薄的壁来制造。这种薄壁可以产生一个重量相当轻的电杆。电杆的刚度还可以通过把第三和第四三角形组件60，62套装在第二组件42内而增加。各组件的内部空间可以用泡沫材料64充填，从而进一步增加了电杆的结构坚固性。组件的各元件可以用一种固化薄膜，粘合剂(或者把电杆的各种零件连接在一起的其他方法)连接在一起。
图3a和3b示出了组件的另外一些实施例，其中第一组件26′和26″分别具有凹形和凸形的壁。凹形/凸形的壁可以提供流线型更好的电杆，这种电杆可以受到较小的风的切力。图3c示出了另一个实施例，其中第二组件42′具有一个六角形的剖面。图3d示出了又一个实施例，其中包括一对矩形的件26a和42a。
图4a示出了一个可以与电杆12相连接的臂连接组件70。该组件包括一个具有两个十字梁74和76的连接件72。连接件72通过一个紧固件78固定在一个电杆壁上。连接件72具有多个腿部80，它们与电杆的壁相邻并且可以防止梁74和76相对于电杆12的转动。18通过一对紧固在梁74和76上的夹板82被夹紧在连接件72上。连接件72，臂18和夹板82都可以由复合材料制成。图4b示出了一个用带子固定在电杆12上的臂固定支架83，该支架支承着一个以某个角度从电杆12伸出的臂18。
图5示出了具有一个插入在电杆12内的顶盖84的另一个电杆组件，该组件具有一对从一个底座部分88伸出并且可用来支承电线的臂86。
图6示出了一个手攀爬装置90和一个脚攀爬装置92，这些装置可以由公务人员使用以便攀登电杆12。攀登者通常分别为每个手和脚分开使用手攀爬装置90和脚攀爬装置92。每个装置具有一对从底座部分96伸出的腿部94。这些装置的尺寸和刚度应使腿部94能卡紧在电杆12上，并且能保持攀登者的位置。为了松开并且移动手装置90，攀登者可以拉动手柄98，使相邻的腿部94从杆壁上离开。同样，通过拉动一个脚平台100，使相邻的腿部从杆上离开，并且使脚装置从杆壁上松开，就可以使脚装置相对于杆移动。装置90和92具有足够的弹性，以便当公务人员松开手装置/平台时，可以弹回原处并夹紧电杆12。攀登者可以通过连续不断地拉动，移动和松开装置90和92来约略计量该杆的尺寸。
图7示出了用来制作复合材料的一个最佳实施例。该复合材料具有一条基本上与第二加强材料带112相平行的第一加强材料带110。然后将第三加强材料带114在该两条带之间以一种能产生多个三角形的方式进行编排或绑结。第三带114为第一和第二带110和112提供了支撑结构。该树脂浸渍的加强材料通常是一种玻璃纤维或其他常规的复合加强材料。加强材料通常用树脂进行浸渍。该复合材料通常是通过挤压或拉制工艺形成电杆构件的形状。
图8和9示出了另一个分层布置的电杆121的实施例。电杆121可以制成为120英尺(或以上)的长度，从而提供了一个大大接长的通用组件。电杆121可以制成三个具有递减的剖面的分层布置的部分120,122和124。还可以增加更多的层数。将电杆分层布置可以减少重量并且不会损害电杆的结构坚固性。
图10示出了另一个具有埋置在壁30-34内的光缆126的杆的实施例。这些光缆通常沿着杆的长度布置。
图11和12示出了利用拉伸工艺制成一个多用电杆的最佳方法。最初，将编织和/或针织的纤维(例如玻璃纤维)制成一个保护套200。然后将内模具202放入保护套200内。保护套200的每端具有一根绳204，该绳最好由KEVLAR材料制成。拉伸绳204，以便使保护套200伸长并使纤维处于受拉伸状态。
由一个拉制机将内模具202和受拉伸的保护套200通过一个树脂槽206和一个外模具208。最好使内模具202和外模具208处于加热状态，以便使树脂形成其最后形状。拉制工艺/喷射系统18将树脂浸渍到受拉伸的编织保护套200中。使受拉伸的浸渍了树脂的保护套硬化，以便形成一个拉制件212。保护套200的预拉伸增加了件212的刚度。随后将拉制件212加工成各个多用电杆件，然后将它们进行装配，以便形成多用电杆。
图13示出了从多个组合梁302装配而成的桁架结构300。结构300可以包括三个通过连接器304而连接在一起的单个的组合梁302。每个组合梁302沿着其纵向轴线具有一个曲率。连接器304除了可以连接组合梁302以外，还可以在梁302之间分配载荷。
图14示出了连接器304的一个实施例。连接器304包括用来容纳复合梁的余隙孔306。这些梁可以通过施加在孔306的内表面上的粘合剂308而连接在连接器304上。在一个实施例中，连接器304由一种复合材料所制成。
参看图13，桁架结构300可支承一个风力发电机300。发电机300可以由一个连接在梁302上的平台312所支承。发电机300具有多个由风力使之转动的叶片314。叶片314的转动可以驱动一个发电机(未示出)，发电机以在本技术领域内众所周知的方式产生电力。桁架结构300通常在地面316的上方100英尺(或以上)处支承发电机100。
结构300可以通过多根固定在地面316上的导向索318系紧。梁302中的两个梁可以通过铰链320固定在地面316上，这样操作者就可将导向索318松开并将发电机310下降到地面316上。其余的梁302可以由一个销(未示出)连接，该销可以取出，以便允许该其余的两个梁302的转动。
图15示出了用于产生曲线的组合梁302的方法。最初，应提供一个具有一对拉带324和326的编织保护套322。保护套322放在模具328的上面。然后，以相反的方向拉动拉带，使得编织保护套322的一侧处于受拉状态，而保护套322的另一侧处于受压状态。作用在编织保护套322上的偏心的拉力使得在合成梁杆上形成一个曲率。将该杆按时进行切削，以便形成各个梁302。在这种情况下，使保护套322通过一个树脂槽(未示出)和一个拉制模(未示出)。
图16示出了组合梁350的另一个实施例，该组合梁在梁350的第一侧354内具有一个第一材料352以及在梁350的第二侧358内具有一个第二材料356。第一材料352的热膨胀系数可以与第二材料356的热膨胀系数不同。作为一个实例，第一材料352可以是一种玻璃纤维织物，以及第二材料356是一种碳纤维织物。
第一材料352和第二材料356可以结合在图15中所示的保护套322中使用。应对树脂槽进行加热以便在第一材料352和第二材料356受拉通过熔槽和拉制模时发生膨胀。然后使埋入树脂的保护套322冷却到环境温度。第一材料352和第二材料356以不同的速率进行膨胀和收缩，从而使冷却后的合成梁具有一个曲率。
图17示出了多用电杆的组合梁400的另一个实施例。梁400具有一个六角形的外表面402和一个圆形的内通道404。作为一个实例，外表面402可以是八角形。提供一个圆形的通道404可以消除在现有技术的非圆形通道中发现的应力集中点。提供一个六角形的外表面可以使多用梁的重量和材料价格减至最小，并且不会使梁400的结构坚固性有较大的降低。
图18示出了梁400的剖面。梁400包括多个位于与一对纤维织物408相邻接的粗纱406。粗纱406可以包括一束位于0°取向的未扭曲的纤维。每个纤维织物408可以包括多个纤维，例如编织或针织的玻璃纤维。这种编织或针织可以是二维或三维的。
一个织物410位于纤维织物408之间。织物410可以由向下分层的连续(或中断)的粗纱(它被制成为具有或不具有胶合剂的布)所制成。梁400还可以具有一个外罩412。外罩412可以是一种非编织织物，它包括聚酯，人造纤维，尼龙，碳或其他纤维结构。粗纱408，织物410和外罩412被叠合成为一个保护套，该保护套可以受拉动通过一个树脂槽和拉制模，以便树脂414埋入其中。外罩412在拉制过程中将外粗纱406俘获。外罩412还可以对具有紫外线频率的能量提供免受其害的保护。梁400可以罩上一个外层416，该外层可以提供保护以免受到紫外线的伤害。
图19示出了多用电杆组件420的一个实施例。电杆组件420具有一个第一组合梁422和一个第二组合梁424。每个组合梁422和424可以具有一个六角形的外表面和一个圆形的内通道，如图17中所示。第二组合梁424可以提供一个固定在地面上的底座结构。第一组合梁422最好小于第二组合梁，以便减少电杆组件420的上端的重量。较大的第二组合梁424可以提供用来支承电杆组件420的附加强度。梁422和424可以通过一个连接插塞426相连接。
如图20和21中所示，连接插塞426包括多个连接在一个保持器环430上的连接梁428。环430具有多个用来容纳梁428的端部的长槽432。梁428和环430可以粘接在第一组合梁422的外表面上。然后，把插塞426插入第二组合梁424的内通道中并且粘接在梁424上。
虽然上面已经对示于附图中的某些典型的实施例进行了说明，但是，应当指出，这些实施例对于公开的本发明只是说明性的，而决不是对于本发明的限制。因此，本发明不受已经示出和说明的具体结构和配置的限制，因为，对于那些在本技术领域的普通技术人员来说，可以对本发明作出各种改变。

Claims (28)

1．一种电杆，包括：
一组合梁，其具有一六角形的外表面和一圆形的内通道。
2．权利要求1所述的电杆，其中，所述外表面具有一八角形的形状。
3．权利要求1所述的电杆，所述梁包括埋入一编织的纤维材料内的树脂。
4．权利要求3所述的电杆，其中，所述梁包括一织物。
5．权利要求4所述的电杆，其中，所述梁包括一多股的粗纱。
6．权利要求1所述的电杆，还包括一连接于所述组合梁的连接插塞。
7．权利要求6所述的电杆，其中，所述连接插塞包括多个连接于一保持器环的插塞梁。
8．一种电杆组件，包括；
一第一组合梁，该梁具有一六角形的外表面和一圆形的内通道；
一连接于所述第一组合梁的连接插塞；以及
一连接于所述连接插塞的第二组合梁，所述第二组合梁具有一六角形的外表面和一圆形的内通道。
9．权利要求8所述的电杆组件，其中，所述外表面具有一八角形的形状。
10．权利要求9所述的电杆组件，其中，所述梁包括埋入一编织的纤维材料内的树脂。
11．权利要求10所述的电杆组件，其中，所述梁包括一织物。
12．权利要求11所述的电杆组件，其中，所述梁包括一多股的粗纱。
13．权利要求8所述的电杆组件，其中，所述连接插塞包括多个连接于一保持器环的插塞梁。
14．一种承重的桁架结构，包括：
多个组合梁，每个所述组合梁沿其纵向轴线具有一曲率；以及
一把所述梁连接在一起的连接器。
15．权利要求14所述的结构，其中，每个组合梁具有一铰链。
16．权利要求14所述的结构，还包括多个连接于所述组合梁的导向索。
17．权利要求14所述的结构，其中，所述连接器粘接在所述组合梁上。
18．权利要求14所述的结构，其中，所述加强件包括一编织的网套。
19．权利要求14所述的结构，其中，每个所述组合梁的所述一侧处于受拉状态，而所述组合梁的另一侧处于受压缩状态。
20．一种风力发电机结构，包括：
多个组合梁，每个所述组合梁沿其纵向轴线具有一曲率；
一将所述梁连接在一起的连接器；以及
一由所述梁支承的风力发电机。
21．权利要求20所述的结构，其中，每个组合梁具有一铰链。
22．权利要求20所述的结构，还包括多个连接于所述组合梁的导向索。
23．权利要求20所述的结构，其中，所述连接器由一复合材料制成。
24．权利要求20所述的结构，其中，所述连接器粘接在所述组合梁上。
25．权利要求20所述的结构，其中，每个所述组合梁的所述一侧处于受拉状态，而所述组合梁的另一侧处于受压缩状态。
26．一种用于制造一组合梁的方法，包括以下步骤：
a)形成一具有一第一侧和一第二侧的编织的保护套；
b)把该编织的保护套拉过一树脂槽和一模具，以便产生一组合梁，其中，所述编织的保护套的所述第一侧在受拉状态下被拉动，以便在组合梁中产生一曲率。
27．一种用于制造一组合梁的方法，包括以下步骤：
a)形成一具有一第一侧和一第二侧的保护套，所述保护套的第一侧包括一具有第一热膨胀系数的第一材料，所述保护套的第二侧包括一具有与第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数的第二材料；
b)在一温度下，把保护套拉过一树脂槽和一挤压模具拉出，以便使第一材料和第二材料产生热膨胀，其中，树脂被埋入在保护套中；以及
c)将保护套和树脂冷却，其中，第一材料和第二材料以不同的速率收缩，以便产生一弧形的组合梁。
28．权利要求27所述的方法，其中，第一材料包括玻璃以及第二材料包括碳。
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