У каждого стандартного набора на линейном грузовике есть история, и у арматурного стержня одна из самых причудливых. Он не разрабатывался в лабораторной программе и не заказывался комитетом по стандартам. Всё началось с идеи одного инженера о том, как простая спираль из проволоки может выдержать удары, которым ветер подвергает провод в месте зажима.
Наш отдел заказов по-прежнему получает запросы, написанные обоими способами — armor rod и rod armour — иногда за одну неделю, из одной и той же страны. Это расхождение в названиях само по себе является реликвией истории изобретения. Данная статья рассказывает об истории rod armour, которая важна для покупателей. В ней рассматривается проблема усталости на ранних линиях, идея предварительно сформированной спирали, которая её решила, и что изменилось, когда спираль взяла на себя эту функцию.
Когда голый провод боролся с ветром в одиночку
Представьте себе голый алюминиевый провод, натянутый между двумя деревянными опорами, колышущийся в лёгком бризе, который едва ощущается на земле. Когда ветер обтекает провод, вихри сходят с подветренной стороны и заставляют провод вибрировать вертикально с высокой частотой и малой амплитудой. Движение настолько мало, что его не видно с земли, и оно может длиться часами.
Это невидимое движение называется эолианной вибрацией, и это настоящий источник усталостных повреждений. Исследования на линиях электропередачи указывают, что эолианная вибрация возникает при умеренном ветре в диапазоне от 0,5 до 7 м/с. Чаще всего она проявляется, когда ветер дует перпендикулярно трассе линии. То же исследование отмечает, что эта вибрация обычно приводит к усталостному разрушению прядей проводника.
Разрушения никогда не происходят в пролёте между опорами. Усталостное повреждение проводника чаще всего наблюдается вблизи места выхода из зажимной подвески, где свободные пряди колеблются, трусь о жёсткий край. К тому моменту, когда бригада замечает обрыв прядей, повреждение накапливалось месяцами в результате невидимого циклического нагружения в строго определённой точке линии.
Ранняя защита линий до появления преформированных броневых пружин
В первые десятилетия строительства воздушных линий защита в точках опоры была скорее самодеятельностью на месте. Бригады обкладывали губку зажима любой мягкой обмоткой, которую могла предоставить линейная машина, а конструкторы арматуры полагались на жёсткое крепление, прижимающее провод намертво к неподвижному краю. Ни один из этих подходов не менял базовую геометрию: точка, где провод выходил из зажима, оставалась самым острым и жёстким местом по всей длине пролёта.
Проблема была не в недостатке внимания. Её причина заключалась в отсутствии устройства, которое могло бы постепенно увеличивать жёсткость вдоль пряди, а не всё и сразу. Зажим держит, обмотка смягчает, но ни то, ни другое не распределяет цикл изгиба по длине провода. Точка усталости просто смещалась туда, где заканчивалась самопальная защита.
Послевоенный рост линий обогнал старые методы защиты
После Второй мировой войны строительство линий электропередач в США ускорилось быстрее, чем успевала развиваться практика защиты. Как утверждает собственная история компании-производителя, часть этого послевоенного роста привела к прокладке миллионов миль новых линий электропередач по всей стране. Каждая из этих миль имела точки опоры, которые десятилетиями подвергались циклическим нагрузкам от ветра.
Масштаб превратил досадную проблему в отраслевую. Когда линии были короткими и единичными, обрыв пряди был локальным ремонтом. Когда же сеть растянулась по всей стране, стоимость многократных усталостных повреждений в зажимах стала системной проблемой, а системные проблемы привлекают изобретателей. Именно с этого момента история броневой пружины приобретает настоящее звучание.
Идея 1947 года: формовка пружины в спираль
Идею предложил инженер-электрик Томас Ф. Питерсон. В Encyclopedia of Cleveland History записано, что компания Preformed Line Products была организована в 1947 году изобретателем Томасом Ф. Питерсоном для производства его преформированной спиральной броневой пружины для усиления или сращивания навесных высоковольтных кабелей. Компания отчиталась о продажах на 250 000 долларов после первого года работы, что хорошо говорит о том, насколько рынок нуждался в решении.
Само изобретение легче описать, чем представить, как его открыли. История производителя объясняет концепцию напрямую: арматурные стержни формируются в спираль с внутренним диаметром, меньшим наружного диаметра провода. Стержни формируются с этим меньшим диаметром на заводе. При обмотке они сразу обхватывают пучок по всей длине, без инструментов и без концевых зажимов.
Заявленная цель точно соответствовала тому режиму разрушения, от которого страдали ранние линии. История компании описывает задачу как надёжную посадку без концевых зажимов для бронирования и защиты проводника от абразивного износа и усталости. Так появилась PREFORMED Armor Rod, и вместе с ней компания, которая превратила эту идею в целый класс продуктов.
Почему меньший внутренний диаметр выполнял свою задачу
Гениальность меньшего внутреннего диаметра проявляется при сравнении с патронном станка. Патрон не кусает в двух точках, как болт; он равномерно закрывается по всей окружности. Набор арматурных стержней делает то же самое с проводом, обхватывая каждую проволоку вдоль каждого витка, вместо того чтобы зажимать одно место.
Этот равномерный захват — также плавный переход жёсткости. Там, где зажим обрывается резко и создаёт точку усталости, набор пружин плавно уходит на многих шагах спирали, распределяя цикл изгиба по длине провода. Сечение многопроволочного проводника объясняет остальное: спираль повторяет тот же лаг прядей, поэтому пружины равномерно опираются на наружный слой, а не перекидываются через него.
Был второй дивиденд помимо усталости. Стержни действуют как жертвенный внешний алюминиевый слой, поэтому абразивный износ, дуговые повреждения и воздействие погоды приходятся на заменяемые стержни, а не на сам провод. Product literature производителя до сих пор указывает ту же двойную функцию. Арматурные стержни защищают кабель от изгиба, сжатия, абразивного износа и перекрытия, а также восстанавливают повреждённые алюминиевые проводники.
От единичной пружины к семейству преформированных продуктов
Одна пружина долго не оставалась в покое. Согласно истории компании, вскоре последовала новая разработка продуктов, включая тросовые анкеры и броневые подвески, все построенные на том же принципе преформирования. Идея захвата без зажимов масштабировалась от нескольких дюймов брони в одной точке опоры до всей грамматики прутковой линейной арматуры.
Рост следовал за продуктом. В Encyclopedia of Cleveland History записано, что к 1962 году компания имела продажи на 9 млн долларов и штат из 500 работников. У неё было три завода в Кливленде плюс ещё один в Калифорнии, а также дочерние предприятия за рубежом. Устройство, начавшееся как один ответ на усталость в губке зажима, стало отдельной категорией, и конкуренты распространили его по всем континентам.
На наш опыт, это та часть истории, которую покупатели недооценивают. Преформированная пружина показала, что защита линии может быть подобранной, одноразовой, наносимой вручную заводской деталью, а не самоделкой на месте. Каждый современный комплект броневой пружины — заводской подбор, цветовая маркировка, намотка от центра наружу — до сих пор следует правилам, заданным этим изобретением.
Что изменилось для проводников после внедрения
Изменение проще всего увидеть в сравнении «до» и «после» в одной точке опоры. Эпоха жёсткого зажима концентрировала каждый цикл изгиба на губке зажима и не предлагала ничего жертвенного; эпоха преформированных пружин распределяет тот же цикл и добавляет заменимый наружный слой. Таблица держит этот контраст в одном виде.
| Аспект | Эпоха жёсткого зажима | Эпоха преформированных пружин |
|---|---|---|
| Цикл изгиба | Концентрируется в месте выхода из зажима | Распределяется по длине набора пружин |
| Принцип захвата | Концевые зажимы и контактные поверхности давления | Спираль с уменьшенным внутренним диаметром |
| Абразивный износ и перекрытие | Падали непосредственно на проводник | Поглощаются жертвенным слоем пружин |
| Повреждённый проводник | Перенавешивание или сращивание | Часто ремонтируется наложением броневых пружин |
Планировщики надёжности читают эту таблицу как кривую обслуживания, а не как единичное событие. Меньше усталостных разрушений в зажимах означает меньше аварийных подъёмов и меньше переукладок посреди срока службы. Спираль также создала вариант ремонта, которого раньше не существовало: повреждённый участок усиливается на месте. Любая хронология истории броневой пружины, которая пропускает журнал технического обслуживания, упускает, почему внедрение было таким быстрым.
Armor Rod или Rod Armour: разделённые названия
Изобретение оставило после себя лексический спор, который до конца не закрыт. Американские каталоги стандартизировали на armor rod, тогда как большая часть остального рынка пишет rod armour. Торговая марка PREFORMED сама по себе превратилась в общепринятое обозначение. Ни одна сторона не ошибается; разделение отражает, куда продукт попал первым.
Для покупателя практические последствия невелики, но реальны. Поиск только по одному написанию скрывает половину базы поставщиков, а технические спецификации должны указывать размер проводника и направление лага наряду с любым из написаний. Когда в заказе указано armor rod, а в ответе фигурирует rod armour — описываемая спираль есть та же самая идея 1947 года.
Что в изобретении остаётся верным и по сей день
Мы полагаем, что конструкция оказалась настолько долговечной благодаря тому, что требует от полевого персонала крайне мало. Никаких значений крутящего момента, никакого гидравлического пресса, никакой бригады из трёх человек: набор стержней, метка по центру и две руки. Существуют современные альтернативы для экстремальных условий, но стержень остаётся первым слоем защиты по умолчанию в точках опоры и столь же естественно выполняет роль для ремонта в наихудшем сценарии.
Вот и вся история. Проблема усталости, которую никто не мог увидеть, столкнулась с сетью, построенной в послевоенные годы, что сделало её дорогостоящей, и инженер решил задачу, внедрив решение прямо в саму деталь. Когда бригада сегодня наматывает набор, она применяет ту же идею, которую описали патенты 1947 года. Что касается окружающих процедур монтажа, на сайте [[G1]] руководство по установке арматурных стержней и объяснение арматурного стержня приведено подробное описание выбора и применения покрытия.
Часто задаваемые вопросы
Кто изобрёл армирующий стержень и когда?
Инженер-электрик Томас Ф. Петерсон изобрёл формованную спиральную броневую проволоку и основал компанию Preformed Line Products в 1947 году для её производства с целью усиления и сращивания воздушных кабелей.
Какую проблему решало изобретение арматурной ленты?
Усталость от ветровых вибраций. Проводники подвергались обрыву прядей на выходе из подвесного зажима, поэтому стержень был спроектирован для обеспечения захвата без жёстких концевых зажимов и защиты от абразивного износа и усталостного разрушения.
Почему у стержня меньший внутренний диаметр?
Несформированный диаметр позволяет спирали охватить проводник по всей длине одновременно. При намотке вручную комплект остаётся надёжно зафиксированным без необходимости использования концевых зажимов или инструментов.
Арматурный стержень — это то же самое, что и бронирование стержня?
Да. Armor rod — американское написание, rod armour — британское; оба термина обозначают одну и ту же готовую спиральную защитную оболочку, применяемую с 1947 года.
Работают ли современные бронеры по-прежнему на том же принципе?
Делают. Заводские скомплектованные по цвету комплекты стержней, навитые вручную от центра наружу, по-прежнему опираются на предварительно сформированную уменьшенную спираль, теперь в сочетании с улучшенными сплавами и обработкой концов.
История rod armour заслуживает внимательного повторного взгляда, поскольку сам объект практически не изменился, в то время как окружающая его сеть преобразилась до неузнаваемости. Небольшая спираль из предварительно сформированной проволоки, захватывающая без зажимов и жертвующая собой ради расположенного под ней пучка, тихим образом устранила один из древнейших мест отказа на линии. Компания RaxPower поставляет наборы арматурных стержней, изготовленных по тому же принципу предварительной формовки, заводской подборки и цветовой маркировки для защищаемого проводника.