МОДУЛЬНАЯ МАЧТА И СПОСОБ ЕЕ СБОРКИ
MODULE-TYPE POST AND RELATED ASSEMBLING METHOD

Область техники
Настоящее изобретение имеет отношение к способу сборки модульной мачты и к созданию узла модульной мачты, собранного в соответствии с этим способом.
Предпосылки к созданию изобретения
Конструкции мачт используют в самых различных применениях, в том числе (но без ограничения) в качестве столбов дорожного освещения и опор телефонных линий, кабельных линий или линий электропередачи. Эти конструкции мачт типично изготавливают из таких материалов, как дерево, сталь и бетон. Несмотря на широкое использование таких конструкций мачт, возникают ограничения за счет того, что эти конструкции изготовлены в виде одной детали и имеют фиксированные высоту, прочность и другие свойства.
Мачты заданной длины могут быть изготовлены из множества секций, что позволяет упростить транспортирование при помощи грузовиков, по железной дороге или даже транспортными самолетами, и облегчает установку мачт в полевых условиях. Такие мачты обычно изготавливают из стали и бетона. В патенте США 6399881 описана многосекционная мачта для линии электропередачи, которая содержит по меньшей мере две прямые трубчатые секции, которые соединяют при помощи шлицевого соединения. Шлицевое соединение содержит две сопряженные конические секции, которые соединены по одной с каждой секцией мачты. Однако, несмотря на то, что такой подход позволяет упростить транспортирование и установку мачты, он не помогает решить другие проблемы, связанные с высотой, прочностью, жесткостью, долговечностью и другими эксплуатационными характеристиками.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к способу сборки модульной мачты и к узлу модульной мачты, собранному в соответствии с этим способом.
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного узла модульной мачты и способа сборки узла модульной мачты.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ сборки модульной мачты, который включает в себя следующие операции:
использование двух или более полых конических модулей мачтовой секции, причем каждый модуль имеет первый открытый конец и противоположный второй открытый конец, при этом площадь поперечного сечения второго конца меньше, чем площадь поперечного сечения первого конца; и
создание комплекта из двух или больше модулей для образования удлиненной модульной мачты выбранной длины за счет сопряжения второго конца первого модуля с первым концом второго модуля;
причем первый и второй модули имеют различные прочностные свойства, так что могут быть собраны мачты, имеющие желательные прочностные свойства, за счет избирательного комбинирования модулей, имеющих различные прочностные свойства.
Настоящее изобретение относится к указанному способу сборки модульной мачты, при котором различные прочностные свойства выбраны из группы, в которую входят прочность на изгиб, предел прочности при сжатии, сопротивление выпучиванию, прочность на сдвиг, долговечность внешней оболочки, а также их комбинации. Например, первый модуль может иметь больший предел прочности при сжатии, чем второй модуль.
Настоящее изобретение относится к указанному способу сборки модульной мачты, в котором, в операции использования, первый и второй модули вставляют один в другой, так что по меньшей мере один участок второго модуля будет вставлен в первый модуль. Весь второй модуль может быть вставлен в первый модуль.
Настоящее изобретение относится к указанному способу сборки модульной мачты, в котором, в операции использования, два или больше конических модулей мачтовой секции имеют трубчатое поперечное сечение.
Настоящее изобретение относится к указанному способу сборки модульной мачты, в котором, после операции создания комплекта, предусмотрена дополнительная операция установки в заданное положение крышки на одном или обоих концах конструкции удлиненной модульной мачты, за счет чего предотвращается вход пыли или влаги в полую мачту.
Настоящее изобретение относится к способу сборки модульной мачты, причем конструкция удлиненной модульной мачты является вертикальной конструкцией с базовым модулем, вершинным модулем и, возможно, с одним или несколькими модулями между ними, причем первый конец базового модуля находится в непосредственной близости от поверхности. Способ может дополнительно предусматривать установку в заданное положение опорного элемента на первом конце базового модуля, для поддержки и распределения веса вертикальной конструкции на поверхности. Опорный элемент может иметь сквозное отверстие, так чтобы жидкости из вертикальной удлиненной конструкции модульной мачты могли стекать через это отверстие.
Настоящее изобретение относится к указанному способу сборки модульной мачты, в которой два или больше полых конических модулей мачтовой секции содержат композиционный материал (изготовлены из него). Композиционным материалом может быть намотанный совместно с волокном полиуретановый композиционный материал.
Настоящее изобретение относится к созданию удлиненной модульной мачты, содержащей по меньшей мере первый и второй полые конические модули, причем каждый модуль имеет первый конец и противоположный второй конец, при этом площадь поперечного сечения второго конца меньше, чем площадь поперечного сечения первого конца, причем второй конец первого модуля сопряжен с первым концом второго модуля, при этом первый и второй модули имеют различные прочностные свойства. Мачты, имеющие желательные прочностные свойства, могут быть собраны за счет избирательного комбинирования модулей, имеющих различные прочностные свойства. Различные прочностные свойства могут быть выбраны из группы, в которую входят прочность на изгиб, предел прочности при сжатии, сопротивление выпучиванию, прочность на сдвиг, долговечность внешней оболочки, а также их комбинации.
Настоящее изобретение относится к созданию указанной конструкции удлиненной модульной мачты, в которой второй конец первого модуля вставлен в первый конец второго модуля.
Настоящее изобретение относится к созданию указанной конструкции удлиненной модульной мачты, в которой первый модуль имеет больший внутренний размер, чем внешний размер второго модуля, так что по меньшей мере участок второго модуля может быть вставлен в первый модуль. Весь второй модуль может быть вставлен в первый модуль, причем первый модуль может иметь больший предел прочности при сжатии, чем второй модуль.
Настоящее изобретение относится к созданию указанной конструкции удлиненной модульной мачты, которая содержит крышку, расположенную на одном или обоих концах удлиненной конструкции модульной мачты, за счет чего предотвращают поступление пыли или влаги в конструкцию мачты.
Настоящее изобретение относится к созданию указанной конструкции удлиненной модульной мачты, причем удлиненная конструкция модульной мачты представляет собой вертикальную конструкцию с базовым модулем, вершинным модулем и, возможно, с одним или несколькими модулями между ними. Первый конец базового модуля может быть расположен в непосредственной близости от поверхности, а опорный элемент может быть расположен на первом конце базового модуля, для поддержки и распределения веса конструкции удлиненной модульной мачты на поверхности. Опорный элемент может иметь сквозное отверстие, так что жидкости из вертикальной удлиненной конструкции модульной мачты могут вытекать через это отверстие.
Настоящее изобретение относится к созданию указанной конструкции удлиненной модульной мачты, в которой первый и второй полые конические модули являются трубчатыми.
Настоящее изобретение относится к созданию указанной конструкции удлиненной модульной мачты, в которой первый и второй полые конические модули содержат композиционный материал. Композиционным материалом может быть намотанный совместно с волокном полиуретановый композиционный материал.
Настоящее изобретение относится к созданию конструкции удлиненной композитной модульной мачты, содержащей по меньшей мере первый и второй полые конические модули, причем каждый модуль содержит композиционный материал и имеет первый конец и противоположный второй конец, при этом площадь поперечного сечения второго конца меньше, чем площадь поперечного сечения первого конца, причем второй конец первого модуля сопряжен с первым концом второго модуля.
Настоящее изобретение относится к созданию указанной конструкции удлиненной композитной модульной мачты, в которой каждый модуль имеет больший внутренний размер, чем внешний размер второго модуля, так что по меньшей мере участок второго модуля может быть вставлен в первый модуль. Весь второй модуль может быть вставлен в первый модуль, причем первый модуль может иметь больший предел прочности при сжатии, чем второй модуль.
Настоящее изобретение относится к созданию указанной конструкции удлиненной композитной модульной мачты, в которой первый и второй модули имеют различные прочностные свойства, так что мачты, имеющие желательные прочностные свойства, могут быть собраны за счет избирательного комбинирования модулей, имеющих различные прочностные свойства. Различные прочностные свойства могут быть выбраны из группы, в которую входят прочность на изгиб, предел прочности при сжатии, сопротивление выпучиванию, прочность на сдвиг, долговечность внешней оболочки, а также их комбинации.
Настоящее изобретение относится к созданию указанной конструкции удлиненной композитной модульной мачты, которая содержит крышку, расположенную на одном или обоих концах удлиненной конструкции модульной мачты, за счет чего предотвращено поступление пыли или влаги в конструкцию мачты.
Настоящее изобретение относится к созданию указанной конструкции удлиненной композитной модульной мачты, причем удлиненная конструкция модульной мачты представляет собой вертикальную конструкцию с базовым модулем, вершинным модулем и, возможно, с одним или несколькими модулями между ними. Первый конец базового модуля может быть расположен в непосредственной близости от поверхности, а опорный элемент может быть расположен на первом конце базового модуля, для поддержки и распределения веса конструкции удлиненной модульной мачты на поверхности. Опорный элемент может иметь сквозное отверстие, так что жидкости из вертикальной удлиненной конструкции модульной мачты могут вытекать через это отверстие.
Настоящее изобретение относится к созданию указанной конструкции удлиненной модульной мачты, в которой первый и второй полые конические модули являются трубчатыми.
Настоящее изобретение относится к созданию указанной конструкции удлиненной композитной модульной мачты, в которой композиционный материал содержит намотанный совместно с волокном полиуретановый композиционный материал.
Настоящее изобретение также относится к созданию полого конического модуля для использования при сборке конструкции удлиненной модульной мачты, причем модуль содержит композиционный материал и имеет первый конец и противоположный второй конец, причем поперечное сечение второго конца меньше, чем поперечное сечение первого конца. Композиционным материалом может быть намотанный совместно с волокном полиуретановый композиционный материал.
Настоящее изобретение относится к созданию конструкции удлиненной модульной мачты, которая содержит по меньшей мере первый и второй полые конические модули, причем каждый модуль имеет первый конец и противоположный второй конец, при этом поперечное сечение второго конца меньше, чем поперечное сечение первого конца, причем второй конец первого модуля сопряжен с первым концом второго модуля, при этом первый модуль имеет больший внутренний размер, чем внешний размер второго модуля, так что по меньшей мере участок второго модуля может быть вставлен в первый модуль для упрощения транспортирования модулей. Весь второй модуль может быть вставлен в первый модуль, причем первый модуль может иметь больший предел прочности при сжатии, чем второй модуль.
Настоящее изобретение относится к созданию комплекта, который содержит по меньшей мере первый и второй полые конические модули для использования при создании конструкции удлиненной модульной мачты, причем каждый модуль имеет первый конец и противоположный второй конец, при этом площадь поперечного сечения второго конца меньше, чем площадь поперечного сечения первого конца, причем второй конец первого модуля выполнен с возможностью сопряжения с первым концом второго модуля, при этом первый модуль имеет больший внутренний размер, чем внешний размер второго модуля, так что по меньшей мере участок второго модуля может быть вставлен в первый модуль.
Настоящее изобретение относится к созданию указанного комплекта, в котором весь второй модуль вставлен в первый модуль. Первый модуль может иметь больший предел прочности при сжатии, чем второй модуль.
Настоящее изобретение относится к созданию указанного комплекта, в котором второй конец первого модуля выполнен с возможностью сопряженного введения в первый конец второго модуля.
Настоящее изобретение относится к созданию указанного комплекта, в котором первый и второй модули имеют различные прочностные свойства, выбранные из группы, в которую входят прочность на изгиб, предел прочности при сжатии, сопротивление выпучиванию, прочность на сдвиг, долговечность внешней оболочки, а также их комбинации.
Настоящее изобретение относится к созданию указанного комплекта, в котором первый модуль имеет больший прочности при сжатии чем второй модуль.
Настоящее изобретение относится к созданию указанного комплекта, в котором первый и второй модули являются трубчатыми.
Настоящее изобретение относится к созданию указанного комплекта, который содержит крышку, выполненную с возможностью сопряжения с первым или вторым концом первого или второго модуля, для исключения попадания пыли или влаги.
Настоящее изобретение относится к созданию указанного комплекта, в котором первый и второй модули содержат композиционный материал. Композиционным материалом может быть намотанный совместно с волокном полиуретановый композиционный материал.
Настоящее изобретение относится к созданию комплекта, содержащего по меньшей мере первый и второй полые конические модули для использования при создании конструкции удлиненной модульной мачты, причем каждый модуль имеет первый конец и противоположный второй конец, при этом поперечное сечение второго конца меньше, чем поперечное сечение первого конца, причем второй конец первого модуля выполнен с возможностью сопряжения с первым концом второго модуля, при этом первый и второй модули имеют различные прочностные свойства. Различные прочностные свойства могут быть выбраны из группы, в которую входят прочность на изгиб, предел прочности при сжатии, сопротивление выпучиванию, прочность на сдвиг, долговечность внешней оболочки, а также их комбинации.
Настоящее изобретение также относится к созданию системы для сборки конструкции удлиненной модульной мачты, причем система содержит полые конические трубчатые модули секции мачты, изготовленные из упрочненных волокном композиционных материалов, причем модули имеют открытый нижний конец и относительно узкий верхний конец и образуют комплект для образования вертикальной конструкции заданной высоты, за счет сопряжения нижнего конца верхнего модуля с верхним концом нижнего модуля, причем некоторые из модулей имеют различные свойства, выбранные из группы, в которую входят прочность на изгиб, предел прочности при сжатии и прочность на сдвиг, так что мачты, которые имеют желательные прочность на изгиб, предел прочности при сжатии и прочность на сдвиг, могут быть собраны за счет избирательного комбинирования модулей, имеющих различные свойства.
За счет использования полых модулей, которые являются коническими, так что один конец каждого модуля имеет большую площадь поперечного сечения, чем другой конец модуля, можно собирать конструкцию удлиненной модульной мачты путем создания комплекта модулей, в котором более широкий конец одного модуля сопряжен с менее широким концом второго модуля. Модули могут быть специально сконструированы с различными прочностными свойствами, так что эти модули могут быть избирательно скомбинированы для создания мачт, которые имеют ряд комбинаций прочностных свойств, что позволяет за счет модулей найти решение проблемы удовлетворения различных критериев эффективности функционирования, без необходимости использования отдельной мачты или конструкции для каждого вида использования.
За счет создания модулей, имеющих такую конфигурацию, что они могут быть вставлены один в другой, можно упростить хранение и транспортирование модулей, которые требуются для сборки конструкции удлиненной модульной мачты. Более того, за счет использования модулей, изготовленных из композиционного материала, в особенности намотанного совместно с волокном полиуретанового композиционного материала, можно получить легкую, прочную и долговечную конструкцию удлиненной модульной мачты, причем прочностные свойства модулей легко могут быть изменены за счет изменения типа, количества модулей или добавки упрочняющего и/или полимерного компонента композиционного материала.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид сбоку, в сечении, примерного варианта сборки модульной мачты в соответствии с настоящим изобретением, где серии модулей использованы для сборки мачт высотой 30 футов, имеющих различную прочность и устойчивость.
На фиг.2 показан вид сбоку, в сечении, примерного варианта сборки модульной мачты в соответствии с настоящим изобретением, где серии модулей использованы для сборки мачт высотой 45 футов, имеющих различную прочность и устойчивость.
На фиг.3 показан вид сбоку, в сечении, примерного варианта сборки модульной мачты в соответствии с настоящим изобретением, где серии модулей использованы для сборки мачт высотой 60 футов, имеющих различную прочность и устойчивость.
На фиг.4 показан вид сбоку, в сечении, примерного варианта сборки модульной мачты в соответствии с настоящим изобретением, где серии модулей использованы для сборки мачт высотой 75 футов, имеющих различную прочность и устойчивость.
На фиг.5 показан вид сбоку, в сечении, примерного варианта сборки модульной мачты в соответствии с настоящим изобретением, где серии модулей использованы для сборки мачт высотой 90 футов, имеющих различную прочность и устойчивость.
На фиг.6 показан вид сбоку, в сечении, примерного варианта модулей, которые образуют комплект модульной мачты в соответствии с настоящим изобретением, где можно видеть семь различных размеров модулей.
На фиг.7 показан вид сбоку, в сечении, примерного варианта модулей, которые образуют комплект модульной мачты в соответствии с настоящим изобретением, где модули вставлены один в другой при подготовке к транспортированию.
На фиг.8 показано перспективное изображение с пространственным разделением деталей, в сечении, примерного варианта сборки модульной мачты в соответствии с настоящим изобретением, где несколько модулей установлены один поверх другого, вместе с сопряженной верхней крышкой и с сопряженной нижней заглушкой.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к созданию конструкции удлиненной модульной мачты или сборки модульной мачты или системы, которая содержит два или более полых конических модулей. Каждый модуль имеет первый конец и противоположный второй конец, причем площадь поперечного сечения второго конца меньше, чем площадь поперечного сечения первого конца. Второй конец одного модуля сопряжен с первым концом второго модуля, чтобы образовать конструкцию мачты.
По меньшей мере два модуля могут иметь различные прочностные свойства, так что мачты, имеющие желательные прочностные свойства, могут быть собраны за счет избирательного комбинирования модулей, имеющих различные прочностные свойства. Модули могут иметь различные прочность на изгиб, предел прочности при сжатии, сопротивление выпучиванию, прочность на сдвиг, долговечность внешней оболочки или комбинации различных прочностных свойств. Высоту конструкции можно изменять просто за счет добавления или удаления модулей из комплекта. За счет этого может быть создана система, в которой серии модулей имеют потенциал для сборки конструкций модульных мачт, которые могут иметь не только переменную прочность, но и устойчивость (жесткость) или другие характеристики, для любой желательной высоты.
Конфигурация модулей может быть выбрана так, что два или несколько модулей могут быть установлены один поверх другого, так что вершина (или второй конец) одного модуля может быть введена со скольжением или сопряженно введена в основание или первый конец другого модуля, на заданную длину, для создания конструкции удлиненной модульной мачты или сборки модульной мачты. Альтернативно, конфигурация модулей может быть выбрана так, что основание (или первый конец) одного модуля введено со скольжением или сопряженно введено в вершину или второй конец другого модуля. Перекрытие областей соединения может быть выбрано так, чтобы имела место адекватная передача нагрузки от одного модуля к следующему модулю. Это перекрытие может изменяться по высоте конструкции, причем оно становится больше ближе к ее основанию, чтобы обеспечивать достаточную передачу нагрузки для противодействия возрастающим уровням изгибающего момента.
Стыки спроектированы так, что они обеспечивают достаточную передачу нагрузки без использования дополнительных крепежных средств, например, соединений с прессовой посадкой, болтов, металлического бандажа и т.п. Однако следует иметь в виду, что крепежные средства могут быть использованы в некоторых ситуациях, когда комплект модулей подвергается воздействию скорее растягивающей силы, чем более обычной силы сжатия, или воздействию изгибной нагрузки.
Когда модули соединяют вместе в комплект, они ведут себя как единая конструкция, способная сопротивляться воздействию различных сил, например (но без ограничения), воздействию боковых, растягивающих и сжимающих сил, до заданного уровня. Высоту или длину конструкции можно изменять просто за счет добавления модулей в комплект или удаления модулей из комплекта. Общую прочность конструкции можно изменять без изменения длины, просто за счет удаления верхнего модуля с вершины комплекта и восполнения длины конструкции за счет добавления более широкого и более прочного модуля в основание комплекта. Таким образом может быть создана конструкция, которая позволяет изменять не только прочность, но и характеристики устойчивости при любой желательной высоте или длине. Таким образом, желательные свойства конструкции могут быть получены за счет избирательного комбинирования модулей, имеющих различные свойства. Например, модули могут иметь различные свойства прочности, например, модули могут иметь сопротивление к горизонтальной нагрузке ориентировочно от 300 до 11,500 фунтов, или любое промежуточное значение, или сопротивление к горизонтальной нагрузке ориентировочно от 1500 до 52,000 Н, или любое промежуточное значение. Модули могут иметь класс прочности, выбранный из группы, в которую входят классы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, H1, H2, H3, H4, H5 и Н6 стандарта ANSI 05.1-2002, как это показано в Таблице 1. За счет использования модулей с этими прочностными характеристиками, может быть получена результирующая конструкция удлиненной модульной мачты или комплект, которые имеют сопротивление к горизонтальной нагрузке ориентировочно от 300 до 11,500 фунтов, или любое промежуточное значение, или сопротивление к горизонтальной нагрузке ориентировочно от 1500 до 52,000 Н. Конструкция удлиненной модульной мачты или комплект могут иметь класс прочности, выбранный из группы, в которую входят классы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, H1, H2, H3, H4, H5 и Н6 стандарта ANSI 05.1-2002, как это показано в Таблице 1.
Возможно множество видов использования как временных, так и постоянных, описанной здесь системы с использованием вертикальной модульной мачты. Например, такая конструкция может быть использована (но без ограничения) в качестве мачты для линии электропередачи, штатива для камеры, столбов для дорожного освещения, в опорной конструкции для освещения спортивных площадок, футбольных полей, теннисных кортов и для другого внешнего освещения, такого как освещение автомобильных стоянок и уличное освещение.
Сборка модульной мачты не обязательно должна быть вертикальной конструкцией; например, модули могут быть сопряжены вместе для образования полой трубы, которую используют для транспортировки жидкостей или газа над или под поверхностью земли или воды. За счет использования прочных, легких модулей, которые могут быть вставлены один в другой, упрощается транспортирование и хранение модулей на площадке прокладки трубы. Труба легко может быть образована в полевых условиях за счет сопряжения модулей. Это является особенно предпочтительным в отдаленных регионах, например, где находятся залежи нефти, а также в системах транспортирования воды, газа или сточных вод.
В соответствии с одним из вариантов внутренние размеры первого или большего модуля больше, чем внешние размеры второго или меньшего модуля, так что по меньшей мере участок второго модуля может быть вставлен в первый модуль. Преимущественно, весь второй модуль может быть вставлен в первый модуль (например, как это показано на фиг.7). За счет этого два или несколько модулей, которые образуют конкретную конструкцию модульной мачты, могут быть вставлены один в другой. Вставленные один в другой модули упрощают погрузочно-разгрузочные операции, транспортирование и хранение за счет своей компактности и экономии места.
Каждый модуль может образовать полую, однородно коническую секцию мачты (например, секцию 50 на фиг.8), которая имеет открытый базовый (или первый) конец (например, конец 52 на фиг.8) и противоположный верхний (или второй) конец (например, конец 54 на фиг.8), причем диаметр верхнего конца меньше, чем диаметр базового конца. Конфигурация модулей не ограничена только трубчатой конфигурацией, причем за рамки настоящего изобретения не выходит использование других конфигураций, таких как (но без ограничения) овальная и многоугольная конфигурация, или конфигураций с некруговым поперечным сечением, таким как (но без ограничения) квадратное, треугольное или прямоугольное поперечное сечение, при условии, что поперечное сечение, или площадь поперечного сечения, второго конца каждого модуля меньше, чем поперечное сечение, или площадь поперечного сечения, первого конца.
Как это показано на фиг.1-5, модули могут быть собраны в комплект для образования вертикальной конструкции выбранной высоты. Обратимся теперь к рассмотрению фиг.8, на которой показано, что это осуществляют за счет сопряжения нижнего конца 52 лежащего сверху (в области сопряжения) модуля 50А с верхним концом 54 лежащего снизу модуля 50В. Полученная вертикальная конструкция имеет базовый модуль, расположенный в непосредственной близости от поверхности или вкопанный в поверхность, такую как грунт, противоположный вершинный модуль, удаленный от поверхности или грунта, и, возможно, один или несколько модулей между ними. Опорный элемент или нижняя заглушка (например, 62 на фиг.8) может быть установлена на первом конце базового модуля, чтобы поддерживать и распределять вес конструкции удлиненной модульной мачты по поверхности, за счет чего повышается устойчивость фундамента и исключается погружение конструкции в виде полой мачты в землю под воздействием сжимающих усилий. Опорный элемент может иметь сквозное отверстие, так что жидкости, имеющиеся внутри вертикальной удлиненной конструкции модульной мачты, могут вытекать через это отверстие.
Крышка может быть предусмотрена для сопряжения с одним или обоими концами (или для плотной посадки на них) конструкции модульной мачты или трубы, что предотвращает поступление пыли или влаги в конструкцию. Крышка может быть выполнена с возможностью сопряжения с концом модульной конструкции, например, но без ограничения, при помощи соединения с прессовой посадкой. Альтернативно, крепежные средства, например, болты, винты, бандаж, пружины, скобы и т.п., могут быть использованы для установки крышки по месту.
Когда модули сконфигурированы так, что их можно вставлять один в другой (например, как это показано на фиг.7), крышка может быть сконфигурирована так, что она может быть сопряжена с первым концом самого большого или первого модуля. Наличие крышки на основании или на первом конце самого большого модуля предотвращает поступление мусора и влаги во вложенные один в другой модули во время транспортирования и хранения модулей. Заглушка основания (или опорный элемент), описанная выше, может быть использована для этой цели, когда модули вложены один в другой, а затем может быть использована для поддержки основания удлиненной вертикальной конструкции модульной мачты после ее сборки и установки.
В соответствии с одним из вариантов предлагается модульная мачта для линии электропередачи, которые традиционно изготавливают из стали или дерева. Мачта для такого применения должна иметь заданную высоту и заданную минимальную прочность на разрыв, а также обычно заданное отклонение под действием заданной нагрузки. Мачты могут быть использованы для прокладки линий электропередачи в условиях любой пересеченной местности и при воздействии сил, возникающих за счет ветра и обледенения.
Для линий электропередачи типично используют мачты длиной от 25 футов до 150 футов. Эти мачты могут иметь переменную длину и переменные прочностные характеристики. В таблице 1 показаны классы прочности и горизонтальная нагрузка, которую должны выдерживать мачты в соответствии со стандартом ANSI 05.1-2002, используемом в этой области. Мачты могут быть использованы для различных применений в зависимости от прочностных требований в конкретном применении.
ТАБЛИЦА 1.Допустимая горизонтальная нагрузка для различных классов прочности мачт линий электропередачи
Класс прочности (ANSI 05.1-2002)
Горизонтальная нагрузка (фунты)
Горизонтальная нагрузка (Н)
Н6
11.400
50,710
Н5
10,000
44,480
Н4
8,700
38,700
Н3
7,500
33,360
Н2
6,400
28,470
H1
5,400
24,020
1
4,500
20.020
2
3,700
16,500
3
3,000
13,300
4
2,400
10,680
5
1,900
8,450
6
1,500
6,670
7
1,200
5,340
9
740
3,290
10
370
1,650
Если требуются различные размеры мачт с различными классами прочности, то тогда приходится создавать большие материально-производственные запасы соответствующих мачт, особенно в тех ситуациях, когда требуется абсолютная гибкость (универсальность). Это обычно требуется в тех случаях, когда приходится срочно заменять мачты при ремонте линий электропередачи после урагана. Так как невозможно предсказать, какая конструкция может быть повреждена, приходится хранить запасные мачты всех размеров и классов прочности.
В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения предлагаются серии модулей (или комплект модулей), которые содержат множество модулей. Модули могут иметь различные размеры, причем самый большой или первый модуль имеет больший внутренний размер, чем внешние размеры следующего самого большого или второго модуля, так что по меньшей мере участок второго модуля может быть вставлен в первый модуль. Преимущественно, весь второй модуль может быть вставлен в первый модуль (например, как это показано на фиг.7). Могут быть предусмотрены дополнительные модули, которые имеют постепенно уменьшающиеся размеры, что позволяет вставлять модули один в другой для упрощения транспортирования и хранения. Альтернативно или дополнительно, некоторые или все модули в сериях или в комплекте могут иметь различные прочностные свойства, например (но без ограничения), различные прочность на изгиб, предел прочности при сжатии, сопротивление выпучиванию, прочность на сдвиг, долговечность внешней оболочки или комбинацию различных прочностных свойств. Например, самый большой (первый) модуль может иметь больший предел прочности при сжатии, чем меньший (второй) модуль, причем модуль с меньшей прочностью может быть вставлен в модуль с большей прочностью, за счет чего он будет защищен во время транспортирования и хранения.
Комплект может быть использован для сборки модульной мачты или конструкции, в которой модули могут быть соединены так, что вершина (второй конец) первого или самого большого модуля входит внутрь без зазора или сопряженно входит в основание (первый конец) второго или меньшего модуля. Альтернативно, в основание (первый конец) второго или меньшего модуля может входить без зазора или сопряженно входить вершина (второй конец) первого или самого большого модуля.
В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения модули изготовлены из композиционного материала.
Под термином "композиционный материал" понимают материал, содержащий элементы армирования (упрочнения), внедренные (заделанные) в полимерную матрицу, которая содержит, например (но без ограничения), сложный полиэфир, эпоксидную смолу, полиуретан, виниловый эфир или их смеси. Матрица удерживает элементы армирования, что позволяет создавать желательную форму, в то время как элементы армирования улучшают общие прочностные свойства матрицы.
Под "элементами армирования" понимают материалы, которые упрочняют (усиливают) полимерную матрицу из композиционного материала, например, но без ограничения, волокна, частицы, хлопья, наполнители или их смеси. Элементы армирования типично содержат стекло, углерод или арамид (aramid), однако следует иметь в виду, что существует множество других упрочняющих материалов, которые могут быть использованы для данного применения, в том числе, но без ограничения, синтетические и натуральные волокна или волокнистые материалы, такие как, например, но без ограничения, сложный полиэфир, полиэтилен, кварц, бор, базальт и растительные упрочняющие материалы, такие как волокнистые растительные материалы, например, джут и сизаль.
Композитный модуль в соответствии с настоящим изобретением используют для создания комплекта в сборке модульной мачты, что преимущественно позволяет создать легкую конструкцию с повышенной прочностью и долговечностью по сравнению с прочностью и долговечностью деревянных или стальных мачт. Армированные композитные модули не ржавеют, как сталь, и не гниют или не страдают от воздействия микробов или насекомых, что является обычным для деревянных конструкций. Более того, армированные композитные конструкции, в отличие от натуральных продуктов (таких как дерево), можно конструировать так, чтобы точно задавать прочность и срок службы.
Композитный модуль может быть изготовлен с использованием намотки волокна. Однако могут быть использованы и другие технологии для создания композитного модуля, такие как, но без ограничения, литьевое формование полимера, литьевое прессование полимера и раскладка вручную.
Типичная система для намотки волокна описана в патентах СА 2444324 и СА 2274328 (которые включены в данное описание в качестве ссылки). Волокнистые элементы армирования, такие как, например, но без ограничения, элементы армирования из стекла, углерода или арамида, пропитывают полимером (смолой) и наматывают на удлиненную коническую оправку.
Пропитанный полимером волокнистый материал типично наматывают на оправку в определенной последовательности. Эта последовательность предусматривает намотку слоев обмотки из волокна под различными углами в диапазоне от 0° до 87° относительно оси оправки. Направление, под которым волокнистый армирующий материал лежит на оправке, влияет на прочность и жесткость (устойчивость) готового композитного модуля. Другими факторами, которые могут влиять на прочностные свойства изготовленного модуля, является отношение количества волокнистого армирующего материала к количеству полимера, последовательность намотки, толщина стенки и тип волокнистого армирующего материала (такого как стекло, углерод, арамид), а также тип полимера (такого как сложный полиэфир, эпоксидная смола, виниловый эфир). Прочностные свойства модуля могут быть заданы так, чтобы соответствовать специфическим критериям качества функционирования. Указанным образом может быть образована слоистая конструкция, которая позволяет получить чрезвычайно прочный модуль. Можно также изменять характеристики гибкости модуля, так чтобы можно было получить желательную характеристику упругой деформации (отклонения). За счет подгонки слоистой конструкции можно обеспечить такие характеристики, как сопротивление к компрессионному выпучиванию или стойкость к точечным нагрузкам. Первая характеристика необходима при воздействии на модуль высокой сжимающей нагрузки. Вторая характеристика является важной в том случае, когда соединяют болтами с секциями мачты тяжелое оборудование, создающее точечные нагрузки и концентрации напряжений, которые требуют высокой степени поперечной прочности слоистого материала.
В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения модули содержат намотанный совместно с волокном полиуретановый композиционный материал. Под термином "намотанный совместно с волокном полиуретановый композиционный материал" понимают, что композиционный материал был получен за счет намотки волокна с использованием волокнистых элементов армирования, встроенных в полиуретан или в реакционную смесь. Полиуретан получают путем перемешивания полиола (высокомолекулярного спирта) и полиизоцианата. Могут быть введены и другие добавки, такие как наполнители, пигменты, пластификаторы, катализаторы отверждения, УФ-стабилизаторы, антиоксиданты, микробиоциды, альгициды, обезвоживающие средства, тиксотропные средства, смачивающие вещества, модификаторы течения, матирующие вещества, деаэраторы, наполнители, молекулярные сита для контроля влаги и желательного цвета, УФ-поглотители, световые стабилизаторы, антипирены и разделительные составы.
Под "полиолом" понимают композицию, которая содержит множество активных водородных групп, которые являются химически активными в отношении полиизоцианата в условиях обработки. Полиолы, описанные в патенте США 6420493 (который включен в данное описание в качестве ссылки), могут быть использованы в описанных полиуретановых композициях.
Под "полиизоцианатом" понимают композицию, которая содержит множество изоцианатных или NCO групп, которые являются химически активными в отношении полиола в условиях обработки. Полиизоцианаты, описанные в патенте США 6420493 (который включен в данное описание в качестве ссылки), могут быть использованы в описанных полиуретановых композициях.
Как уже было детально описано выше, композитные модули конструируют с использованием элементов армирования и жидкого полимера. За счет особой схемы размещения элементов армирования можно подстраивать характеристики прочности и жесткости, чтобы получить их желательные величины. За счет изменения компонентов и структур, из которых получают модули, может быть достигнуто существенное повышение долговечности конструкций. Типичными примерами этого являются верхние модули в комплекте с высокими уровнями однонаправленного и кольцевого армирования, чтобы максимально повысить жесткость при изгибе (изгибную жесткость) и ограничить прогиб (упругую деформацию). В нижних модулях может быть использовано больше элементов армирования со смещением от оси и элементов кольцевого армирования, а также может быть использована большая толщина стенки, для противодействия большим изгибающим моментам и компрессионному выпучиванию. В этом примере используют базовые модули (модули основания) не только с изменением конструкции и толщины стенки, но и материала, чтобы максимально повысить долговечность. Базовые модули могут быть закреплены в земле или в скальной породе для создания фундамента для мачты, при этом на них воздействуют различные загрязняющие вещества и грунтовая вода, которые могут приводить к их преждевременному разрушению. Поэтому тип элементов армирования и полимерную систему для базовых модулей (фундамента) следует выбирать так, чтобы максимально повысить долговечность в таких условиях. Предложенный подход позволяет получать широкую универсальность (гибкость) и задавать конструкцию мачты в соответствии с требованиями окружающей среды.
Как правило, чем более долговечные материалы используют для армирования и в качестве жидкого полимера, тем выше стоимость. Однако, если использовать имеющие высокую долговечность дорогие материалы только там, где они действительно необходимы (например, в базовых модулях), а не во всем комплекте, можно не только существенно повысить долговечность, но и понизить стоимость мачты.
Дополнительным вариантом повышения долговечности и срока службы является добавление алифатического полиуретанового композиционного материала в качестве верхнего покрытия модулей. Это позволяет получить прочную внешнюю поверхность, весьма стойкую к разрушению под влиянием атмосферных воздействий, УФ-излучения и абразивного истирания, причем это покрытие может быть окрашено для улучшения эстетики или для идентификации.
На фиг.1 показаны серии модулей, собранные вместе в комплект для образования мачты. Модули 1-5 имеют длину 15 футов плюс припуск на длину перекрытия. Таким образом, соединение модулей 1 и 2 позволяет получить мачту длиной 30 футов. Соединение модулей 1, 2 и 3 позволяет получить мачту длиной 45 футов. Добавление каждого последующего модуля увеличивает длину (высоту) мачты на 15 футов.
В тех случаях, когда комплект не начинается с модуля 1, полученная мачта имеет дополнительную длину перекрытия. Например, модули 2, 3 и 4 позволяют получить мачту длиной 45 футов плюс припуск на длину перекрытия у вершины модуля 2. При необходимости, дополнительная длина может быть просто отрезана, если нужно получить мачту заданной высоты.
Как уже было детально описано выше, мачты классифицируют не только по высоте, но и по их характеристикам под нагрузкой. Условия нагрузки могут быть самыми разными, но типично включают в себя изгибное нагружение (когда силовые линии просто идут по прямой) или изгибное и компрессионное нагружение, которое обычно бывает тогда, когда оттяжки прикреплены к мачте в тех точках, где силовые линии изменяют направление или заканчиваются. Для соответствия условиям нагружения мачта должна обеспечивать минимальную допустимую прочность при изгибном нагружении и во многих случаях не превышать заданного отклонения (упругой деформации) под действием заданной приложенной нагрузки. Это позволяет исключить чрезмерное движение проводов (проводов линии электропередачи. - Прим. переводчика) и максимально повысить сопротивление к вертикальному выпучиванию под действием компрессионного нагружения.
Каждый модуль может быть спроектирован так, чтобы обеспечивать заданную прочность и жесткость как при работе в качестве индивидуального модуля, так и в качестве части комплекта модулей. В том варианте, в котором конструкция удлиненной модульной мачты служит в качестве мачты для линии электропередачи, прочность и жесткость должны удовлетворять классификации прочности для деревянных мачт, приведенной в Таблице 1. Модули соединяют вместе, чтобы образовать комплект необходимой длины, причем индивидуальные модули включают в комплект вверху или внизу, чтобы получить необходимую прочность или жесткость, или то и другое. Таким образом, серии модулей имеют потенциал для получения множества мачт с различной длиной, имеющих различные прочностные характеристики.
На фиг.1 показано, как серии модулей длиной 30 футов, могут быть включены в комплект из 7 модулей. Эти 7 модулей показаны индивидуально на фиг.6. В этом варианте модули сконструированы так, что когда их соединяют вместе в комплект, то будут получены мачты с прочностными характеристиками, соответствующими прочностным характеристикам деревянных мачт, приведенным в Таблице 1. В комплекте из 7 модулей используют 5 модулей длиной 15 футов плюс длина перекрытия (в модулях 2-5. - Прим. переводчика), с которыми соединяют нижние модули. Прочность деревянных мачт соответствует классам прочности, приведенным в Таблице 1. Для того чтобы мачта соответствовала предъявляемым требованиям, она должна иметь необходимую длину и должна выдерживать нагрузку, равную указанной, которую обычно прикладывают на расстоянии 2 фута (0.6 м) от вершины. Мачта имеет фундамент, высота которого типично составляет 10% длины мачты плюс 2 фута. Как это показано на фиг.1, создание комплекта из модулей 1 и 2 позволяет получить мачту длиной 30 футов, которая соответствует классу прочности 3 или 4, указанному в Таблице 1.
Для того чтобы соответствовать классу прочности, мачта должна обладать стойкостью при приложении полной нагрузки, соответствующей данному классу, которая действует на участке длины между фундаментом и точкой приложения нагрузки. В примере, показанном на фиг.1, если модули 1 и 2 выдерживают приложение заданным образом нагрузки 3,000 фунтов, то они могут быть классифицированы как эквивалентные деревянной мачте длиной 30 футов класса 3. На фиг.1 показано, что соединенные в комплект модули 1 и 2 соответствуют деревянным мачтам длиной 30 футов, класса 3 или класса 4. Причиной указания двойной классификации является отклонение под нагрузкой. Во многих случаях заказчики мачт для линий электропередачи требуют мачты заданной высоты и прочности, но иногда они также задают допустимое отклонение под нагрузкой. Максимальное отклонение часто связано с упругой деформацией дерева. Это является важным в особых случаях, когда силовые линии изменяют направление или заканчиваются. В таких случаях, отклонение может иметь важное значение.
В примере, показанном на фиг.1, модули 1 и 2 могут быть собраны в комплект с образованием конструкции мачты, которая соответствует классу нагрузки 3,000 фунтов (класс 3 нагрузки). Однако в случае класса 3 нагружения, получают отклонение выше, чем это бывает обычно в случае деревянной мачты, поэтому, если отклонение является важным, используют комбинацию модулей, которая соответствует классу 4 нагружения (2,400 фунтов), чтобы получить необходимые прочность и отклонение. Практическая ценность этого заключается в том, что модули 1 и 2 следует использовать в условиях нагружения класса 3 в качестве тангенциальных мачт (когда силовые линии типично идут поверх относительно плоского грунта по прямой линии). В случаях окончания или изменения направления силовых линий, когда отклонение становится более важным, следует использовать модули 1 и 2, соответствующие классу 4 прочности.
Если в примере, показанном на фиг.1, использовать модули 2 и 3, то можно получить конструкцию мачты длиной 30 футов, соответствующую по тем же причинам классу 1 или классу 2 нагружения. Все другие примеры, показанные на фиг.1-5, используют такую же методологию.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.7, на которой показано, что коническая форма модулей позволяет вставлять без зазора более верхний модуль мачты в более нижний модуль мачты. Другими словами, внутренний размер большего модуля превышает внешний размер меньшего модуля, так что он может быть вставлен в больший модуль. Это создает большие преимущества при погрузочно-разгрузочных операциях и при транспортировании модулей за счет компактности и экономии пространства. В том варианте, в котором модуль содержит композиционный материал, существенно снижается вес по сравнению с деревом, сталью или бетоном. Модули могут быть вставлены один в другой с образованием небольших комплектов. Например, могут быть вставлены один в другой модули 1, 2 и 3, которые при сборке позволяют образовать конструкцию мачты длиной 45 футов с прочностными характеристиками, указанными на фиг.2. Аналогично, модули 2, 3 и 4 могут быть вставлены один в другой для транспортирования. При сборке они позволяют образовать конструкцию мачты длиной 45 футов с высокими прочностными характеристиками, как это показано на фиг.2. Ясно, что модули, которые могут быть вставлены один в другой, чтобы образовать конструкцию мачты длиной 90 футов класса 2 прочности, могут быть подразделы для образования других конструкций. Чтобы образовать конструкцию мачты длиной 90 футов класса 2 прочности, требуется пять модулей (модули 2, 3, 4, 5 и 6). Из этого комплекта модулей могут быть собраны дополнительные конструкции. Например, модули 2, 3 и 4 могут быть объединены в комплект, чтобы образовать конструкцию мачты длиной 45 футов класса 1 или 2. Модули 3, 4 и 5 могут быть объединены в комплект, чтобы образовать конструкцию мачты длиной 45 футов класса H1 или Н2 (см. фиг.2). Модули 5 и 6 могут быть объединены в комплект, чтобы образовать конструкцию мачты длиной 45 футов класса H3 или Н4. Аналогично, модули 2, 3, 4 и 5 могут быть объединены в комплект, чтобы образовать конструкцию мачты длиной 60 футов класса 1 или 2 прочности. Модули 4, 5 и 6 также могут быть объединены в комплект, чтобы образовать конструкцию мачты длиной 60 футов класса прочности H1 или Н2. Это показано на фиг.3. Аналогично, модули 3, 4, 5 и 6 могут быть объединены в комплект, чтобы образовать конструкцию мачты длиной 75 футов класса прочности 1 или H1.
По существу, комплект из 7 модулей позволяет создавать различные конструкции мачт. При наличии всего 7 модулей можно получить 19 вариантов конструкций мачт с высотой от 30 футов до 90 футов, с различными прочностными характеристиками и характеристиками жесткости. Следует иметь в виду, что конструкции длиной 30 футов - 90 футов, которые могут быть образованы из модулей длиной 15 футов и 30 футов, приведены только для примера. Система не ограничена минимальной длиной 30 футов или максимальной длиной 90 футов, или 7 модулями. Размер модулей также не ограничен указанными размерами, которые приведены только для примера. Укомплектованная система, частично или полностью, позволяет обеспечить гибкость и легкость возведения мачт.
Укомплектованная система, частично или полностью, позволяет вставлять один модуль в другой, для упрощения транспортирования. На фиг.7 показана модульная система, подготовленная для транспортирования, в которой модули вставлены один в другой.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.8, на которой показано, что верхняя крышка 60 может быть установлена поверх верхнего конца 54 самого верхнего или вершинного модуля, что позволяет предотвратить поступление пыли или влаги сверху. Нижняя заглушка (или опорный элемент) 62 может быть введена в нижний конец 52 самого нижнего или базового модуля, что позволяет предотвратить поступление грязи или влаги снизу. Одним существенным преимуществом, которое может быть достигнуто за счет введения нижней заглушки или опорного элемента, является повышение устойчивости фундамента и предотвращение погружения полой конструкции мачты в грунт под действием компрессионного нагружения. Заглушка или опорный элемент 62 может иметь сквозное отверстие 64, позволяющее выходить наружу любой влаге, накопленной внутри конструкции модульной мачты.
В описании настоящего изобретения слово "содержащий" используют в не ограничительном смысле, так что все указанные за этим словом в тексте элементы являются включенными, причем все элементы, которые не являются специально оговоренными, не являются исключенными. Ссылка на один элемент не исключает возможность использования нескольких элементов, если только по контексту не требуется использование одного и только одного элемента.
Несмотря на то, что были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения.
Следует иметь в виду, что все приведенные здесь выше публикации включены в данное описание в качестве ссылки.