專利名稱：用于加工纖維增強軟管的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目標(biāo)是一種用于加工纖維增強軟管，特別是用于加工包括螺旋敷設(shè)加強 層的高壓軟管的方法和裝置。
背景技術(shù)：
高壓纖維增強軟管，特別是較大直徑的高壓纖維增強軟管，在文獻(xiàn)中經(jīng)常被稱為 撓性管，以將其與通常應(yīng)用的工業(yè)軟管和輪胎內(nèi)胎加以區(qū)分。撓性管使得液體或氣體能夠在可以彼此相對移動的兩個連接點之間流動。因此， 撓性管被用于海上石油開采業(yè)，此時它們必須要滿足一系列的復(fù)雜要求，其中最為重要的 就是壓力保持。這就意味著撓性管必須要承受甚至是IOOObar以上的高工作壓力。而且， 管必須要抵御其攜帶介質(zhì)的化學(xué)作用，并且必須應(yīng)對由所攜帶介質(zhì)的擴散和減壓造成的應(yīng) 力。它們必須要承受由互連裝置的移動和海浪在它們身上造成的彎曲和軸向負(fù)荷。最后， 管還必須要抵御存在于海平面以下幾百米或者甚至是幾千米深度的環(huán)境影響。高壓纖維增強軟管可以包含有執(zhí)行不同功能的若干層，例如密封內(nèi)部流體層、負(fù) 荷分配層、減振層、外部機械保護層和承重層。為了平衡來自內(nèi)部和外部壓力以及來自軸向 負(fù)荷和彎曲負(fù)荷的作用力，在這樣的軟管內(nèi)包括有多層加強層。在某些情況下要加入多達(dá) 六層加強層。這些加強層由多根螺旋敷設(shè)的加強纖維制成。應(yīng)該注意加強纖維可以是合股 纖維也可以是非合股纖維。在本說明書中，術(shù)語“絞線”被用于專門表示合股加強纖維，而 術(shù)語“線材”和“布線”則被用于表示用作加強纖維的鋼絞線。而且，高壓纖維增強軟管在 本說明書中經(jīng)常被稱為“軟管”，而加強層纖維則被簡稱為“纖維”。通常用于敷設(shè)加強層的裝置包括輥筒或線軸，加強纖維從輥筒或線軸展開。輥筒 和線軸執(zhí)行相同的功能能夠圍繞垂直于拉出纖維方向的軸線旋轉(zhuǎn)從而允許展開加強纖 維。輥筒和線軸本質(zhì)上的不同僅在于其尺寸。在業(yè)內(nèi)，較大的線軸經(jīng)常被叫做輥筒。在本 發(fā)明的語境中，對輥筒和線軸不加以區(qū)分，并且貫穿說明書使用的術(shù)語“輥筒”是表示輥筒 或者線軸。構(gòu)造中的軟管和纖維敷設(shè)裝置要進行相對于彼此的旋轉(zhuǎn)和平移(前進)運動。一 種公知的敷設(shè)加強纖維的方法是軟管只進行前進運動，而輥筒則圍繞軟管旋轉(zhuǎn)。在一種可 選的解決方案中，軟管同時進行前進和旋轉(zhuǎn)運動，而輥筒則只圍繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)并且纖 維敷設(shè)裝置是固定的。在文獻(xiàn)HU183564以及對應(yīng)的英國專利GB 2107421(A)中介紹了這 樣的解決方案。經(jīng)常在剛性的心軸上構(gòu)造(也就是加工)軟管，但是以上引用的專利說明書和文 獻(xiàn)HU183565(對應(yīng)于美國專利US4741794)報告了一種解決方案，其中不需要剛性心軸。文 獻(xiàn)HU206652中介紹的裝置可以被認(rèn)為是上述解決方案的變形，其中軟管只進行旋轉(zhuǎn)，而纖 維敷設(shè)裝置前進并且輥筒圍繞其自身的固定軸線旋轉(zhuǎn)。這種解決方案使得利用同一機械執(zhí) 行軟管構(gòu)造過程的所有階段(從添加流體密封內(nèi)襯到添加保護層)成為可能，節(jié)約了時間 并且不再需要用到升降架。但是，該解決方案具有的缺點是在纖維敷設(shè)位置和輥筒之間有較長的距離，這可能會造成加強纖維的糾結(jié)，并且需要施加很大的反向纖維制動力。而且，經(jīng)常發(fā)生的問題來源是除了制動退卷的輥筒以外還要通過纖維“斷裂”才能 夠?qū)崿F(xiàn)制動加強纖維。例如，文獻(xiàn)HU183565(如上所述)的圖恥中示出的絞線敷設(shè)裝置在 對應(yīng)的說明中進行了介紹。這種設(shè)置方式具有若干缺點，首先就是絞線制動。制動動作以 三種不同的方式提供第一是絞線脫離輥筒制動，然后是絞線被電磁制動，而最后是利用絞 線變形裝置使其制動。實踐經(jīng)驗表明該解決方案不能對個體絞線提供相同的制動。相反， 由于機構(gòu)內(nèi)摩擦力的不平衡和磨損的影響，絞線將會不均勻地制動。預(yù)定型盤應(yīng)用具有使絞線過度變形的尖端突起(尖刺)從而導(dǎo)致對絞線結(jié)構(gòu)的破 壞。而且，線材的預(yù)處理表面可能會由于圓盤尖刺上的摩擦而被破壞。該解決方案中使用 的彈性壓環(huán)的設(shè)置也是基于一種錯誤觀念，原因在于壓環(huán)由于其彈性而無法保持構(gòu)造中的 軟管居中并允許軟管相對于絞線敷設(shè)裝置移動。可以輕易地看出如果構(gòu)造中的軟管的中心 線與纖維敷設(shè)裝置的中心線不一致，那么絞線就會被不均勻地敷設(shè)，其中絞線在一側(cè)被敷 設(shè)地過密(甚至彼此疊加)而在另一側(cè)的絞線之間則存在間隙。所有上述解決方案的常見并且非常嚴(yán)重的缺點是它們都沒有提供用于在敷設(shè)加 強層時防止加強纖維捻合的裝置。這可能會在利用上述解決方案加工高壓纖維增強軟管期 間導(dǎo)致出現(xiàn)技術(shù)問題。還有一個危險是由此生產(chǎn)出的軟管可能無法在實際使用時的機械負(fù) 荷下表現(xiàn)出預(yù)期的性能。構(gòu)造高壓纖維增強軟管的另一個關(guān)鍵問題是選擇敷設(shè)加強纖維的角度。敷設(shè)角度 從垂直于軟管軸線的截面開始測量。設(shè)計高壓軟管通常涉及認(rèn)真設(shè)計加強纖維的敷設(shè)角度。例如，根據(jù)已知的解決方 案，應(yīng)用于具有2到4層的軟管的敷設(shè)角度稍有不同，提供的敷設(shè)平均角度就會與所謂的 “平衡角”有至少10弧分的差異。文獻(xiàn)HU198781和對應(yīng)的美國專利4860798公開的軟管包 括的螺旋敷設(shè)加強層有2層、4層、6層或者甚至是8層之多。各層的敷設(shè)角度從內(nèi)向外明 顯減小(從陽度到16度)。敷設(shè)角度通過嚴(yán)格的包括了纖維斷裂伸長率的數(shù)據(jù)公式進行 計算。顯而易見的是加強纖維層的敷設(shè)角度可以在很大程度上改變。加強纖維可以由鋼、基于聚合物的纖維、玻璃纖維等制成。為了提供必要的撓性， 加強纖維通常由較細(xì)的纖維捻合而成。最常見地，加強纖維是由鍍有黃銅或鋅的鋼絲線材 (用于鋼絲線材的其他名稱有鋼索和鋼絲繩)制成的絞線。對于軟管的使用壽命和強度來說極為重要的是以有序的方式來敷設(shè)加強纖維，以 提供均勻的強度。如果加強纖維敷設(shè)得過于緊密(堆壓在一起)，軟管的撓性就會很差。這 是因為-由于軟管的幾何形狀-個體纖維在軟管彎曲時將不可避免地發(fā)生移動。如果應(yīng)用 涉及頻繁的彎曲，那么纖維敷設(shè)得過于緊密就會造成過早的損壞。為了提供足夠的撓性，在 每一層內(nèi)的纖維數(shù)量被選擇為使得能夠避免完全(100%)的覆蓋，但是保持加強纖維之間 的均勻距離，這是極為重要的。如果無法提供均勻性(并因此使得在某些區(qū)域內(nèi)纖維間的 距離增加)，那么穿孔型軟管故障(主加強纖維層沒有斷裂時的軟管壁部故障)的危險就會 增加并且因此軟管的壓力保持能力就會退化。為了加強纖維在使用中的均勻承載能力，確保施加相同的張力來敷設(shè)所有的加強 纖維也很重要。否則部分加強纖維就會過載，這會導(dǎo)致降低軟管的整體承載能力?；谝?上內(nèi)容，顯而易見的是用于在構(gòu)造中的軟管上敷設(shè)加強纖維的機構(gòu)(以下稱為敷設(shè)頭)設(shè)計是極為重要的。敷設(shè)頭必須以均勻的張力敷設(shè)加強纖維，并在軟管加工過程期間執(zhí)行其他功能， 例如支撐構(gòu)造中的軟管并使其居中。(支撐和居中功能將在本說明書隨后的內(nèi)容中進行詳 細(xì)介紹。)實踐經(jīng)驗表明由合股纖維制成的加強層的特性要受到敷設(shè)方向和敷設(shè)角度的影 響。如果例如具有右向捻合(Z捻)的絞線被沿著右手方向敷設(shè)在構(gòu)造中的軟管上，那么其 就會有捻合在一起的趨勢(捻度數(shù)量增加，并且絞線甚至可能會“自身纏繞”)。另一方面， 如果相同的Z捻絞線被沿著左手方向敷設(shè)，那么就會有解開和松散的趨勢，導(dǎo)致其被構(gòu)造 為具有松散捻合結(jié)構(gòu)的軟管。因此植入軟管內(nèi)的絞線特性就會不同于預(yù)期，造成內(nèi)部壓力 下的軟管捻合以及加強層的負(fù)荷分配變得不均勻，導(dǎo)致壓力承受能力下降(也就是破裂壓 力更低)。一種應(yīng)對上述困難的可行解決方案是沿左手方向敷設(shè)的加強層是由S捻纖維制 成，而沿右手方向敷設(shè)的層則包括具有Z捻的加強纖維。該解決方案由于其實施繁瑣而并 不經(jīng)常應(yīng)用。加強纖維的敷設(shè)方向在層與層之間必須被不斷切換，這就嚴(yán)重地降低了生產(chǎn) 率同時也無法防止過度捻合(纖維自身纏繞)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種有效地消除了上述缺點的方法和裝置。因此第一目標(biāo)是提供一種軟管加工方法和裝置，其中螺旋敷設(shè)的加強纖維在敷設(shè) 過程期間實際上不會進行捻合。本發(fā)明的另一目標(biāo)是即使在多層軟管的情況下也不用施加過大的制動力即可確 保以允許高生產(chǎn)率的方式均勻敷設(shè)加強纖維，而無需在開始敷設(shè)每一個新層之前對齊加強 纖維。由此通過提供兩種不同的解決方案來實現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)，其中任意一種都可以被 單獨應(yīng)用。但是這兩種方案優(yōu)選地-至少是在合股加強纖維絞線的情況下-一起使用，原 因在于已知的敷設(shè)頭由于纖維路徑的突然變向(“斷裂”)和在斷裂點處產(chǎn)生的摩擦力而不 能在沒有捻合時敷設(shè)加強纖維。無捻合纖維的敷設(shè)和均勻的纖維分布的需求以這樣的方式 彼此相關(guān)如果兩者同時滿足，那么它們都可以得到最滿意的結(jié)果。由本發(fā)明提供的解決方案可以被用于敷設(shè)任何材料例如鋼或其他金屬線材的加 強纖維以及由合成或天然聚合物制成的纖維，但是其特定優(yōu)點在使用合股加強纖維絞線時 得以最好的展示。具有捻合結(jié)構(gòu)的加強纖維絞線被統(tǒng)稱為絞線。部分示范性的絞線類型如 下一層或多層鋼絲線材、鋼絲繩、具有多重捻合的鋼索、合股或捻合的棉纖維、聚酯、聚酰 胺、芳香族聚酰胺、玻璃纖維、碳纖維等。通過以無捻合和均勻的方式敷設(shè)加強纖維絞線，軟管的特性特別是其壓力承載能 力可以得到改善。同時，由于不必在每一層之間都切換絞線的捻合方向(與左手層由S捻 線材制成和右手層由Z捻線材制成的軟管相反)，因此本發(fā)明允許高生產(chǎn)率。實現(xiàn)本發(fā)明第一目標(biāo)也就是無捻合敷設(shè)加強纖維的解決方案結(jié)合這樣的解決方 案進行介紹其中構(gòu)造中的軟管進行圍繞其自身軸線的旋轉(zhuǎn)運動，而敷設(shè)頭則沿著軟管軸 線的方向前進。
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通過圍繞兩根軸線旋轉(zhuǎn)輥筒來實現(xiàn)第一目標(biāo)。一方面，通過拉動應(yīng)用于構(gòu)造加強 層的纖維使輥筒圍繞其自身的旋轉(zhuǎn)軸(我們稱其為軸A)旋轉(zhuǎn)，而在另一方面，輥筒還圍繞 被設(shè)定為垂直于其自身的軸線的軸線(我們稱其為軸線B)旋轉(zhuǎn)。軸線B基本上平行于從 輥筒上展開纖維的方向。輥筒圍繞軸線B沿著與構(gòu)造中軟管的旋轉(zhuǎn)方向相同的方向旋轉(zhuǎn)。 輥筒通過展開纖維的作用力圍繞軸A旋轉(zhuǎn)，而軸線B則通過驅(qū)動器被迫使旋轉(zhuǎn)。由于如上所述只有相對移動對本發(fā)明才有意義，因此可以確定構(gòu)造中的軟管被相 對于敷設(shè)頭同時旋轉(zhuǎn)和前移，或者換句話說，軟管在構(gòu)造軟管過程期間要同時進行旋轉(zhuǎn)和 前進運動。根據(jù)本發(fā)明，利用可控轉(zhuǎn)速的驅(qū)動器來旋轉(zhuǎn)輥筒，其轉(zhuǎn)速取決于構(gòu)造中的軟管的 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)N和敷設(shè)角度a。加強層的敷設(shè)角度α從垂直于軟管軸線的截面開始測量。我們的理論計算表明如果層敷設(shè)角度為α，那么只要圍繞軸線B解開輥筒的每 分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(η)和軟管繞其自身軸線的轉(zhuǎn)速N滿足以下公式所表達(dá)的關(guān)系，就可以防止絞線 不捻合或過度捻合η = Nsin α(1)上述說法也可以被表達(dá)陳述為實現(xiàn)本發(fā)明方法的優(yōu)選方式是用受控的方式旋轉(zhuǎn) 輥筒，其中轉(zhuǎn)速由敷設(shè)速度、角度和直徑確定。使用本發(fā)明的方法，輥筒被圍繞軸線B旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速大致對應(yīng)于利用公式(1)算出 的轉(zhuǎn)速，以使得輥筒被沿著與軟管繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)相同的方向圍繞軸線B旋轉(zhuǎn)。因此輥 筒圍繞軸線B的轉(zhuǎn)速與利用公式⑴算出的數(shù)值最多相差20% 0. 8Nsina 彡 η 彡 1. 2Nsina(2)由理論計算支持的實踐經(jīng)驗表明軟管特性更多地受到絞線未捻合而不是過度捻 合的影響。如果多層絞線同時具有S捻層和Z捻層，那么最外層的捻合方向?qū)浌芴匦跃?有決定作用。如果具有纖維絞線的加強層具備雙捻合結(jié)構(gòu)(例如鋼絲繩、紗線等)，那么 第二捻方向具有決定作用。因此，可以確定即使是輥筒只在其絞線的最外層捻合方向或者 (在多重捻合絞線的情況下)最終捻合的方向與敷設(shè)的加強層的方向相反的情況下才圍繞 軸線B旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明所使用的方法也可以實現(xiàn)。如果說-盡管對應(yīng)于本發(fā)明的輥筒旋轉(zhuǎn)方 向-轉(zhuǎn)速與公式(1)確定的轉(zhuǎn)速有所不同，但是由于至少部分地實現(xiàn)了本發(fā)明的有利效果， 因此所述方法也應(yīng)該被認(rèn)為是成功的。我們已經(jīng)認(rèn)識到由于即使是在設(shè)計最為謹(jǐn)慎、指定方向無斷裂的纖維路徑中也會 出現(xiàn)摩擦力阻礙輥筒旋轉(zhuǎn)的效果，因此輥筒圍繞軸線B的旋轉(zhuǎn)只有在通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 能夠克服敷設(shè)機構(gòu)中產(chǎn)生的摩擦力時才會在軟管表面上具有效果。所以，實現(xiàn)本發(fā)明方法 的優(yōu)選方式是在敷設(shè)頭的軸向移動開始之前就開始圍繞軸線B旋轉(zhuǎn)輥筒。圍繞第二軸線B旋轉(zhuǎn)輥筒可以用已知的若干種解決方案來實現(xiàn)，例如使用變頻器 驅(qū)動單元來單獨驅(qū)動每一個輥筒，或者通過傳動鏈、V形皮帶等來共同驅(qū)動多于一個的輥 筒。本發(fā)明的方法用于構(gòu)造用螺旋敷設(shè)纖維加強的軟管，其中構(gòu)造中的軟管同時進行 相對于敷設(shè)頭的旋轉(zhuǎn)和前進運動，并且其中加強纖維從輥筒展開-其特征在于輥筒被圍繞 兩根軸線旋轉(zhuǎn)，第一軸線是輥筒的主軸而第二軸線大致平行于纖維展開的方向，其中輥筒 圍繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)方向與構(gòu)造中的軟管的旋轉(zhuǎn)方向相同。
本發(fā)明的方法意味著絞線具有與當(dāng)前敷設(shè)、添加的加強層的絞線方向相反的絞線 方向以使得輥筒圍繞大致平行于纖維展開方向的軸線旋轉(zhuǎn)。輥筒(14)圍繞大致平行于纖維展開方向的軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速η大致為構(gòu)造中的軟 管的轉(zhuǎn)速N和敷設(shè)角度α的正弦值的乘積，其中輥筒的轉(zhuǎn)速η相對于敷設(shè)頭得到。η ^ Nsin α優(yōu)選地，輥筒圍繞大致平行于纖維展開方向的軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速η與構(gòu)造中的軟管 的轉(zhuǎn)速N和敷設(shè)角度α的正弦值的乘積最多相差20%，其中輥筒的轉(zhuǎn)速η相對于敷設(shè)頭得 到。0. 8Nsina 彡 η 彡 1. 2Nsina由于即使是在設(shè)計最為謹(jǐn)慎、指定方向無斷裂的纖維路徑中也會出現(xiàn)摩擦力阻礙 輥筒旋轉(zhuǎn)的效果，因此沿著與要構(gòu)造的加強層的層方向?qū)?yīng)的方向的輥筒旋轉(zhuǎn)優(yōu)選地在開 始構(gòu)造加強層之前開始以確保軟管構(gòu)造過程一開始就可以充分地利用旋轉(zhuǎn)的效果。本發(fā)明進一步的目標(biāo)是一種用于構(gòu)造用螺旋敷設(shè)纖維加強的軟管的方法，其中構(gòu) 造中的軟管同時進行相對于敷設(shè)頭的旋轉(zhuǎn)和前進運動，并且其中加強纖維通過環(huán)狀纖維引 導(dǎo)件從輥筒展開，所述方法的特征在于通過基本上與軟管同軸設(shè)置的旋轉(zhuǎn)自調(diào)節(jié)環(huán)狀纖維 引導(dǎo)件在軟管表面上敷設(shè)加強纖維。使用自調(diào)節(jié)環(huán)狀纖維引導(dǎo)件的重點在于自調(diào)節(jié)能力， 因為通過這種能力纖維引導(dǎo)件就可以克服以上參照預(yù)定型盤詳細(xì)介紹的現(xiàn)有裝置中的缺 點ο實現(xiàn)本發(fā)明的方法以使得在敷設(shè)加強纖維期間，利用設(shè)置為沿徑向移動的滑動定 心滑腳使軟管在敷設(shè)頭內(nèi)居中設(shè)置。利用本發(fā)明的方法，通過固定環(huán)和套管之間的壓縮力來固定加強層，套管在已完 成敷設(shè)后沿軸向移動，其中套管和固定環(huán)被設(shè)置為基本上與軟管同心。在固定纖維之后末 端被切斷。本發(fā)明的另一個方面是一種用于實現(xiàn)構(gòu)造用螺旋敷設(shè)纖維加強的軟管的方法的 裝置，其中構(gòu)造中的軟管同時進行相對于敷設(shè)頭的旋轉(zhuǎn)和前進運動，并且其中加強纖維通 過環(huán)狀纖維引導(dǎo)件從輥筒展開，其特征在于輥筒能夠圍繞兩根基本上垂直的軸線旋轉(zhuǎn)，其 中一根軸線被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)并且被設(shè)定為基本上平行于纖維展開的方向。輥筒圍繞基本上平行于軟管縱向軸的軸線的轉(zhuǎn)速是可變的，并且輥筒圍繞基本上 平行于纖維展開的方向設(shè)定的軸線的相對轉(zhuǎn)速可以被成比例地與軟管的轉(zhuǎn)速同步。本發(fā)明的保護范圍包括一種用于構(gòu)造用螺旋敷設(shè)纖維加強的軟管的裝置，其中構(gòu) 造中的軟管同時進行相對于敷設(shè)頭的旋轉(zhuǎn)和前進運動，并且其中加強纖維從輥筒展開并且 被傳送通過環(huán)狀纖維引導(dǎo)件，其特征在于將旋轉(zhuǎn)自調(diào)節(jié)的環(huán)狀纖維引導(dǎo)件基本上與軟管同 軸設(shè)置。本發(fā)明的裝置具有適合用于沿加強纖維表面滑動的定心滑腳，其中所述定心滑腳 被設(shè)置為沿徑向移動。該裝置還具有適合用于幫助加強纖維有序和無阻礙推進的旋轉(zhuǎn)環(huán)。該裝置包括適合用于將加強纖維的末端與構(gòu)造中的軟管分離的套管，所述套管以 軸向可移動的方式與軟管同軸設(shè)置。該裝置具有被設(shè)置用于沿豎直方向移動的支撐輥。
附圖簡要說明為了便于理解本發(fā)明的優(yōu)點，參照附圖對本發(fā)明的解決方案進行更加詳細(xì)的介 紹，在附圖中

圖1示出了軟管構(gòu)造機的示意性側(cè)視圖，圖加和2b示出了正在展開纖維的輥筒可圍繞兩根不同的軸線旋轉(zhuǎn)的視圖，以及圖3和圖4示出了處于不同工作階段的敷設(shè)頭的截面圖。
具體實施例方式圖1示出了軟管構(gòu)造機的一種可行使用方式的示意性側(cè)視圖。根據(jù)該示意圖，構(gòu) 造中的軟管圍繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)同時敷設(shè)頭沿著相同軸線的方向前進。但是，本發(fā)明并不 局限于這種使用方式，并且由于只有具體元件的相對移動(而不是相對于地面的移動)才 對解決方案關(guān)注的方面有意義，因此只要構(gòu)造中的軟管同時進行旋轉(zhuǎn)和前進運動、或者輥 筒圍繞軟管旋轉(zhuǎn)或者是這些情況的任意組合，就都可以應(yīng)用本發(fā)明。在圖1示出的裝置中，構(gòu)造中的軟管3進行相對于敷設(shè)頭12的旋轉(zhuǎn)，其中敷設(shè)頭 12和用于固定輥筒14的輥筒支撐平臺15沿著平行于軟管縱向軸的方向移動。會參照示 出了更多細(xì)節(jié)的圖3和圖4來介紹敷設(shè)頭12。圖1僅僅示出了敷設(shè)頭12的位置。通過轉(zhuǎn) 子機構(gòu)13來旋轉(zhuǎn)構(gòu)造中的軟管3。加強纖維10從適合用于圍繞兩根不同軸線旋轉(zhuǎn)的輥筒 14展開，并被傳送通過定位柱19的通孔。定位柱19與輥筒支撐平臺15 —起移動。輥筒 14通過傳動鏈16和齒輪17由可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的電機16圍繞其軸線B旋轉(zhuǎn)。圖2示出了兩幅 視圖，表示輥筒14圍繞軸A和軸線B的旋轉(zhuǎn)運動。參照圖3和圖4對允許實現(xiàn)本發(fā)明另一目標(biāo)(也就是均勻、一致地敷設(shè)加強層) 的敷設(shè)頭12的設(shè)置和操作進行介紹。圖3示出了層敷設(shè)操作階段期間的敷設(shè)頭12，而圖4 中示出了兩次連續(xù)的層敷設(shè)操作之間的敷設(shè)頭12。該裝置包括至少一個本身已知的環(huán)狀纖維引導(dǎo)件1和自調(diào)節(jié)的環(huán)狀纖維引導(dǎo)件 2，兩者都被設(shè)置為基本上與構(gòu)造中的軟管3同軸。環(huán)狀纖維引導(dǎo)件1和自調(diào)節(jié)的環(huán)狀纖維 引導(dǎo)件2含有設(shè)置為環(huán)狀對稱結(jié)構(gòu)的纖維引導(dǎo)開口，其數(shù)量對應(yīng)于要敷設(shè)的纖維數(shù)量。該 裝置還包括至少兩個定心滑腳5。加強纖維10 (例如鋼絲繩)被引入環(huán)狀纖維引導(dǎo)件1 (或者換句話說叫環(huán)狀定位 器)內(nèi)并隨后被傳送通過自調(diào)節(jié)的環(huán)狀纖維引導(dǎo)件2，其能夠以自調(diào)節(jié)的方式自由旋轉(zhuǎn)360 度以允許纖維無約束地通過并且被設(shè)置為基本上與構(gòu)造中的軟管3同軸。加強纖維10隨 后被敷設(shè)在構(gòu)造中的軟管3的表面上。適合用于沿著已經(jīng)敷設(shè)的加強層表面滑動的定心滑 腳5被用于將軟管保持在中心位置。定心滑腳以協(xié)作的方式移動從而確保軟管總是被保持 在裝置理論上的中心線處。套管4被設(shè)置為使其可以通過兩個氣壓缸7相對于環(huán)狀纖維引導(dǎo)件1沿著軟管的 長度移動，環(huán)狀纖維引導(dǎo)件1被相對于敷設(shè)頭12固定，套管4被包括在內(nèi)用于實現(xiàn)特定功 能。隨著套管4的移動，與其相連的支撐輥8通過在每一側(cè)連接至環(huán)狀纖維引導(dǎo)件1的凸 輪槽11進行上下移動。由于通常在加強層之間加有薄且敏感的彈性層，因此支撐輥8被用 于在兩個層敷設(shè)階段之間保持軟管3居中，此時敷設(shè)頭12返回其初始位置以準(zhǔn)備能夠開始 敷設(shè)下一層加強層，同時定心滑腳5被從軟管表面上移走。支撐輥8沿構(gòu)造中的軟管3的表面滾動并且因此不會損壞彈性層。(與此相比滑動的定心滑腳5則可能會通過滑動摩擦 造成損壞。)在敷設(shè)頭12返回其初始位置之后，上述步驟可以重復(fù)進行以生成另一層加強層。套管4在敷設(shè)頭12返回期間以其向前推送的狀態(tài)執(zhí)行另一功能。在敷設(shè)一層加強 層之后，隨著套管被向前推送，纖維被固定在套管4和固定環(huán)6之間的間隙中。在纖維被牢 固地固定之后，將其沿著軟管的整個外緣切斷，或者換句話說使其與剛形成的加強層分離。 敷設(shè)系統(tǒng)隨后可以返回到構(gòu)造中的軟管3的起始端用于生成另一層加強層。旋轉(zhuǎn)環(huán)9具有一項重要的功能。旋轉(zhuǎn)環(huán)9被用于支撐加強纖維10同時不允許它 們圍繞管引導(dǎo)件1的圓柱形部分形成捻合。旋轉(zhuǎn)環(huán)9的自由旋轉(zhuǎn)設(shè)置允許降低對加強纖維 10的摩擦阻力。應(yīng)該強調(diào)-與生產(chǎn)商現(xiàn)行的實踐方式形成鮮明對比的是-以上介紹的敷設(shè)裝置被 設(shè)置為使其對加強纖維進行最低程度的變形并且具有最小的摩擦阻力。在這樣的設(shè)置中， 加強纖維內(nèi)產(chǎn)生的張力實際上通過控制輥筒14的制動來確定，此時置于其上的不受控的 作用力(對于每一根纖維各不相同)只有最低限度的影響。由此所有的加強纖維都以相同 的預(yù)拉伸量被構(gòu)造到軟管內(nèi)，這對于軟管的使用壽命和承載能力具有很明顯的效果。保持 加強纖維的變形最小也防止了絞線結(jié)構(gòu)在軟管構(gòu)造期間的過度變形，過度變形對軟管強度 有負(fù)面影響，并且在已知的軟管構(gòu)造機中經(jīng)常發(fā)生。低水平的變形和低摩擦阻力降低了對 加強纖維的預(yù)處理(涂層)表面的破壞并因此不會妨礙對埋線層的附著。以下通過一個非約束性示例來更加詳細(xì)地介紹本發(fā)明的使用。示例首先在具有90mm直徑的心軸上生成由未硫化橡膠板制成的襯墊，并隨后添加分 配負(fù)荷的涂膠紋理。心軸在軟管構(gòu)造機內(nèi)只進行旋轉(zhuǎn)動作。加強纖維10(在此具體情況下 為鋼絲繩絞線)具有3. 6mm直徑的黃銅鍍層、Z捻和每根纖維絞線高于18000N的抗拉強度。 線材絞線從制動的具有250mm直徑的輥筒展開。輥筒已經(jīng)用圖1中示出的方式安裝在構(gòu)成 輥筒支撐平臺15的豎直桿上。通過與心軸的轉(zhuǎn)子機構(gòu)13同步的變速電機使輥筒圍繞其軸 線B旋轉(zhuǎn)。用于旋轉(zhuǎn)心軸的電機轉(zhuǎn)速和輥筒轉(zhuǎn)速的比值是可調(diào)節(jié)的。輥筒支撐平臺15的 桿以及敷設(shè)頭12被平行于構(gòu)造中的軟管3在滑腳軌道上移動。該移動與電機旋轉(zhuǎn)心軸同 步。線材絞線以接近于所謂平衡角(從垂直于軟管軸線的截面開始測量為35. 度)的角 度被敷設(shè)兩層。輥筒圍繞軸線B的轉(zhuǎn)速被設(shè)定為使得在心軸旋轉(zhuǎn)時，對于心軸的每一轉(zhuǎn)，輥 筒都沿著相同方向完成0. 52轉(zhuǎn)。從輥筒展開的線材絞線被傳送通過環(huán)狀纖維引導(dǎo)件1和 旋轉(zhuǎn)自調(diào)節(jié)的環(huán)狀纖維引導(dǎo)件2，旋轉(zhuǎn)自調(diào)節(jié)的環(huán)狀纖維引導(dǎo)件2具有的纖維引導(dǎo)開口數(shù) 量對應(yīng)于線材絞線的數(shù)量。構(gòu)造中的軟管3通過定心滑腳5保持就位。在已經(jīng)敷設(shè)好第一 線材層之后，利用氣壓缸將套管4前壓，然后線材絞線就被固定在套管4和固定環(huán)6之間的 間隙內(nèi)。線材絞線在固定環(huán)6處被切斷，或者換句話說將它們與完成的加強層分離，然后將 敷設(shè)機構(gòu)送回其初始位置。隨后將內(nèi)嵌的橡膠層加至軟管并敷設(shè)與第一層相對的第二線材 層。用類似于第一線材層的方式，在心軸旋轉(zhuǎn)時，對于心軸的每一轉(zhuǎn)，輥筒14都圍繞軸線B 沿相同方向完成0. 52轉(zhuǎn)。最后在軟管上敷設(shè)橡膠保護層，然后用聚酰胺織成的膠帶包裝軟 管并在蒸汽鍋爐內(nèi)進行硫化。這樣加工出的軟管的破裂壓力為969bar，比利用相同類型的 線材絞線但是沒有圍繞軸線B旋轉(zhuǎn)輥筒生產(chǎn)出的軟管的破裂壓力(878bar)要高出10%。
權(quán)利要求
1.用于構(gòu)造用螺旋敷設(shè)的纖維加強的軟管的方法，其中構(gòu)造中的軟管(3)同時進行相 對于敷設(shè)頭(12)的旋轉(zhuǎn)和前進運動，并且其中加強纖維從輥筒(14)被展開，其特征在于輥 筒(14)圍繞兩根軸線旋轉(zhuǎn)，第一軸線(A)是輥筒的主軸而第二軸線(B)大致平行于纖維展 開方向，其中輥筒(14)圍繞第二軸線⑶的旋轉(zhuǎn)方向與構(gòu)造中軟管⑶的旋轉(zhuǎn)方向相同。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于只有在纖維絞線的最外層捻合方向與正在敷 設(shè)的層的捻合方向相反的那些層中，輥筒(14)圍繞大致平行于纖維展開方向的軸線⑶的 旋轉(zhuǎn)才會應(yīng)用。
3.如權(quán)利要求1和/或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于輥筒(14)圍繞大致平行于 纖維展開方向的軸線(B)的轉(zhuǎn)速η大致為構(gòu)造中的軟管(3)的轉(zhuǎn)速N和敷設(shè)角度α的正 弦值的乘積，其中輥筒的轉(zhuǎn)速η相對于敷設(shè)頭(12)得到，η = Nsin α 。
4.如權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的方法，其特征在于輥筒(14)圍繞大致平行于 纖維展開方向的軸線(B)的轉(zhuǎn)速η與構(gòu)造中的軟管(3)的轉(zhuǎn)速N和敷設(shè)角度α的正弦值 的乘積最多相差20%，其中輥筒的轉(zhuǎn)速η相對于敷設(shè)頭(1 得到，0. 8Nsina≤ η ≤ 1. 2Nsina。
5.如權(quán)利要求1至4中的任意一項所述的方法，其特征在于在開始構(gòu)造加強層之前就 使輥筒(14)開始沿著與要構(gòu)造的加強層的層方向?qū)?yīng)的方向旋轉(zhuǎn)。
6.用于構(gòu)造用螺旋敷設(shè)纖維加強的軟管的方法，其中構(gòu)造中的軟管(3)進行相對于敷 設(shè)頭(1 的旋轉(zhuǎn)和前進運動，并且其中加強纖維通過環(huán)狀纖維引導(dǎo)件(1)從輥筒(14)展 開，其特征在于通過基本上與軟管同軸設(shè)置的旋轉(zhuǎn)自調(diào)節(jié)環(huán)狀纖維引導(dǎo)件( 在軟管表面 上敷設(shè)加強纖維(10)。
7.如權(quán)利要求1至5或權(quán)利要求6中的任意一項所述的方法，其特征在于如下事實在 敷設(shè)加強纖維(10)期間，利用設(shè)置為沿徑向移動的定心滑腳(5)使軟管在敷設(shè)頭(12)內(nèi) 居中設(shè)置。
8.如權(quán)利要求1至5或權(quán)利要求6至7中的任意一項所述的方法，其特征在于在已完 成敷設(shè)之后，將加強層固定在固定環(huán)(6)和沿軸向移動的套管(4)之間的間隙內(nèi)，其中套管 (4)和固定環(huán)(6)被設(shè)置為基本上與軟管同心，并且隨后切斷纖維末端。
9.用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1至5或權(quán)利要求6至8中的任意一項所述的構(gòu)造用螺旋敷設(shè) 纖維加強的軟管的方法的裝置，所述裝置包括敷設(shè)頭(1 和輥筒支撐平臺(15)，其中構(gòu)造 中的軟管C3)進行相對于敷設(shè)頭(1 的旋轉(zhuǎn)和前進運動，并且其中加強纖維(10)被通過 環(huán)狀纖維引導(dǎo)件(1)從輥筒(14)展開，其特征在于輥筒(14)圍繞兩根基本上垂直的軸線 (A，B)旋轉(zhuǎn)，其中一根軸線(B)被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)并且被設(shè)定為基本上平行于纖維展開方向。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于輥筒(14)具有圍繞基本上平行于展開纖維 方向的軸線(B)旋轉(zhuǎn)的可變轉(zhuǎn)速。
11.如權(quán)利要求9至10中的任意一項所述的裝置，其特征在于輥筒(14)圍繞基本上平 行于展開纖維的方向設(shè)定的軸線(B)的相對轉(zhuǎn)速可以被成比例地與軟管的轉(zhuǎn)速同步。
12.用于構(gòu)造用螺旋敷設(shè)纖維加強的軟管的裝置，包括敷設(shè)頭(1 和輥筒支撐平臺 (15)，其中構(gòu)造中的軟管(3)進行相對于敷設(shè)頭(12)的旋轉(zhuǎn)和前進運動，并且其中加強纖 維(10)通過環(huán)狀纖維引導(dǎo)件(1)從輥筒(14)展開，其特征在于將旋轉(zhuǎn)自調(diào)節(jié)的環(huán)狀纖維引導(dǎo)件( 基本上與軟管同軸設(shè)置。
13.如權(quán)利要求9至12中的任意一項所述的裝置，其特征在于具有適合用于沿加強纖 維(10)的表面滑動的定心滑腳(5)，其中所述定心滑腳( 被設(shè)置為沿徑向移動。
14.如權(quán)利要求9至13中的任意一項所述的裝置，其特征在于具有適合用于支撐加強 纖維(10)的旋轉(zhuǎn)環(huán)(9)。
15.如權(quán)利要求9至14中的任意一項所述的裝置，其特征在于具有適合用于將加強纖 維(10)的末端與構(gòu)造中的軟管C3)分離的套管，套管以軸向可移動的方式與軟管 同軸設(shè)置。
16.如權(quán)利要求9至15中的任意一項所述的裝置，其特征在于具有被設(shè)置用于沿豎直 方向移動的支撐輥(8)。
全文摘要
本發(fā)明的目標(biāo)是一種用于構(gòu)造用螺旋敷設(shè)纖維加強的軟管的方法，其中構(gòu)造中的軟管(3)進行相對于敷設(shè)頭(12)的旋轉(zhuǎn)和前進運動，并且其中加強纖維從輥筒(14)展開。輥筒(14)圍繞兩根軸線旋轉(zhuǎn)，第一軸線(A)是輥筒的主軸而第二軸線(B)大致平行于纖維展開的方向，其中輥筒(14)圍繞第二軸線(B)的旋轉(zhuǎn)方向與構(gòu)造中的軟管(3)的旋轉(zhuǎn)方向相同。用于實現(xiàn)所述方法的裝置包括敷設(shè)頭(12)和輥筒支撐平臺(15)，其中構(gòu)造中的軟管(3)進行相對于敷設(shè)頭(12)的旋轉(zhuǎn)和前進運動，并且其中加強纖維(10)通過環(huán)狀纖維引導(dǎo)件(1)從輥筒(14)展開。本發(fā)明進一步的目標(biāo)是一種用于構(gòu)造用螺旋敷設(shè)纖維加強的軟管的方法，其中通過基本上與軟管同軸設(shè)置的旋轉(zhuǎn)自調(diào)節(jié)環(huán)狀纖維引導(dǎo)件(2)在軟管表面上敷設(shè)加強纖維(10)。本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)上述方法的裝置。
文檔編號B21F17/00GK102083613SQ200980115244
公開日2011年6月1日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日
發(fā)明者E·蘭托斯, G·貝特里, I·費斯特斯, T·卡托納, T·納吉 申請人:康蒂特克橡膠工業(yè)有限公司