利用多个条状材料构造管道护套的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及构造管道护套的系统和方法。在一个实施例中，第一系列成型辊用于形成主护套条状材料。第二系列成形辊用于将第二条状材料制成不同于主护套条状材料的形状。主护套条状材料和第二条状材料，分别送入第一和第二系列成型辊之后，都同时送入多个缠绕辊并组装在一起。
【专利说明】利用多个条状材料构造管道护套的系统和方法
优先权声明
[0001]本专利申请的优先权是基于2013年8月7日提交的名称为“利用多个条状材料构造管道护套的系统和方法(Systems and Methods for Forming a Pipe Carcass UsingMultiple Strips of Material) ”的第61/863226号美国临时专利申请,更进一步的优先权是基于2013年12月2日提交的名称为“利用多个条状材料构造管道护套的系统和方法(Systems and Methods for Forming a Pipe Carcass Using Multiple Strips ofMaterial) ”的第61/910695号美国临时专利申请，并通过引用将前述专利的公开内容全部包括在内。
【背景技术】
[0002]一般地，本发明涉及利用多个条状材料构造管道护套的系统和方法。
[0003]护套制造机生产软管护套。护套的主要目的是防止管道被外部压力压扁，如受管道生产和安装过程中的水压和机械挤压而压扁。抗挤强度通常取决于金属护套的机械完整性，金属护套用于承受外部压力。
[0004]护套制造机利用薄金属条的滚轧成型和缠绕工艺可生产护套盔甲。例如，护套制造机可将扁钢条(或其它材料)冷成型为连锁结构。
[0005]通常，钢铁等扁平条状材料被拉成一卷，并通过一系列变形操作构成连锁结构的轮廓。这些操作是通过压制和滚轧并逐渐改变条状材料的外形完成的，随后在软管护套制造过程中采用缠绕的步骤生成这样的条状材料。在一些实例中，条状护套被制成带有挂钩和凹陷区域的外形，这样当条状材料被缠绕时，邻近的缠绕物通过嵌套钩和凹陷区域连锁在一起。在制造过程中，成型的条状材料可能被缠绕成一个角度，这样为所生产的金属骨架提供了足够的柔韧性。
[0006]人们已经发现软管中可能会发生流动诱发脉动(flow-1nduced pulsat1n),尤其是在金属护套开放空间附近。流体流动与护套内在几何结构之间的相互作用，以及其他因素，可能会导致软管的劳损的增加，特别是在水下应用中，它会影响管道的使用寿命。
【发明内容】
[0007]本发明涉及构造管道护套的系统和方法。在一个实施例中，第一系列成型辊用于构造主护套条状材料。第二系列成型辊用于构造第二条状材料，它的形状不同于主护套条状材料。经第一和第二系列成型辊滚轧后的主护套条状材料和第二条状材料，同时各自送入多个缠绕辊进行组装。
[0008]在一个实施例中，第一和第二系列成型辊耦合到主转子的正面。在一个实例中，第二系列成型辊可以放在主转子的正面相对于主转子枢轴的凹陷处。
[0009]在一个实施例中，夹持第二条状材料的缠绕轮耦合在主转子的正面。在替代的实施例中，夹持第二条状材料的缠绕轮与主转子的正面间隔开。在该替代的实施例中，第二系列成型辊位于与主转子的正面间隔开的位置处。
[0010]第二条状材料可被引入一个通道，该通道周向地且并轴向地偏离主护套条状材料。至少一个调节辊与主护套条状材料相关联，且至少一个额外的调节辊与第二条状材料相关联。
[0011]在某些实施例中，第二条状材料包括多个不同节段，且第二条状材料的第一节段与第二节段可至少部分重叠。在这种实施例中，第二条状材料的第一节段与第二节段可各自包括第一段和第二段，第一段大致与水平轴平行，第二段也大致与水平轴平行，但与第一段垂直偏离，其中第一节段的第二段与第二节段的第一段在装配后的状态下至少部分重叠。第二条状材料的第一节段和第二节段中至少一个节段可进一步包括嵌套段，嵌套段位于第一段和第二段之间，其中嵌套段在装配后的状态下延伸到主护套条的缺口内。
[0012]有利的是，本实施例的系统和方法使利用多段条状材料便于装配管道护套。例如一根条状材料可减少与其它条状材料的缺口，它可减少软管内的流动诱发脉动，有助于劳损的降低，而劳损影响管道寿命。
[0013]根据下述附图和详细说明的审查，该发明的其它系统、方法、特点和优势对于本领域技术人员是明显的。其目的是，所有这些额外的系统、方法、特点和优势是在发明的范围内，并包含在所附的权利要求书中。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]参考附图和描述有助于更好地理解本发明。图中的部件不一定是按比例的，强调放置位置来说明该发明的原则。此外，图中相同的附图标记在不同的视图中标出相应的部件。
[0015]图1为构造管道护套系统的第一个实施例的透视图。
[0016]图2为图1所示系统的前视图。
[0017]图3为图1和图2所示系统的侧视图。
[0018]图4为描述两条状材料送入图1-3系统内缠绕辊的示意图的透视图。
[0019]图5为组装过程中图4的两条状材料的部分侧剖视图。
[0020]图6为构造管道护套系统的第二实施例的侧视图。
[0021]图7为说明图6系统中的某个辊的特征的正视图。
[0022]图8和图9分别为替代的第二条状段的侧剖视图和单独图，它至少部分在主护套条状材料的缺口内。
[0023]图10和图11分别为又一替代的第二条状段的侧剖视图和单独图，它至少部分在主护套条状材料的缺口内。
【具体实施方式】
[0024]构造管道护套的系统10的第一实施例如图1-5所示。系统10包含主转子20，它安装在围绕着轴23旋转运动的位置，如图1-3所示。此外，系统10包含如下部件，它的目的是用来处理主护套条状材料50和第二条状材料60，下面将进一步解释。
[0025]主护套条状材料50来自于一个或多个缠绕卷或缠绕管30，它被放置在主转子20的后面，在图1中可看出。可以理解的是，由于提供了多个缠绕卷或缠绕管30，主护套条状材料50的换装可在机器操作过程中完成。
[0026]将主护套条状材料50送入一系列导向部件，如一个或多个改道辊，最后送向一个位置52，位于主转子20的轴23附近，如图2所示。在这个位置52，主护套条状材料50从主转子20的背面延伸到其前面。主护套条状材料50然后被引入导向轮54，并通过一系列成型辊56，在图2中可看出。通过成型辊56后，主护套条状材料50然后送入调节辊57，并送向缠绕辊40，缠绕辊40被放置在主转子20的前面22，如图2所示。
[0027]如果主护套条状材料50被切断用于转换或任何其他情况下，一个或多串夹子会夹住切断的端头，以防止其任何不必要的移动。盘管组件上的夹子可防止主护套条状材料50缩回滚轮并防止盘管组件上的材料松散，否则会导致安全风险。此外，为了方便卷材变形到松开状态，并为了送入装置过程得到改善，校正滚柱总成可用来松开来自缠绕卷或缠绕管30的材料。
[0028]成型辊系列56可将主护套条状材料50制成预成品外形，例如，大致为S形的螺旋和管式装甲结构的连锁，如图4-5所示，并在后面进一步描述。下面将会说明，第二条状材料60与主护套条状材料50 —起使用，并在缠绕辊40中加工成一个整体，为了实现所需的结果，如减少主护套条状材料50的大致S形外形间隙。
[0029]系统10包括不同的部件，这些部件用于处理第二条状材料60。在图1-5所示的实施例中，一根缠绕轴61耦合到主转子20的正面22。缠绕轴61可旋转并移动收纳第二条状材料60的传递缠绕轮62。缠绕轴61和缠绕轮62安装就位后，沿着主转子20围绕轴23旋转。
[0030]第二条状材料60伸出缠绕轮62后通过一系列成型辊66，从图2中可以看出。一系列成型辊66可将第二条状材料60制成预定的预成形外形。如在无限制的实例中所示，第二条状材料60被制成大致T形的外形，如图4-5所示，这种第二条状材料60的T形外形部分将最终伸到主护套条状材料50的大致S形外形的间隙中，下面会进一步说明。应该指出的是，虽然第二条状材料60如上所述大致为T形，通过成型辊66制成的第二条状材料60的预定形状可能包括其他形状，包括但不限于圆形、扁平形、三角形等。第二条状材料60的具体可选形状在后面的图8-9及图10-11有详细的介绍。这里指出，第二条状材料60可由不锈钢材料构成，或者可由塑料、铜或其他合适的材料构成。
[0031]通过成型辊66后，第二条状材料60然后送入调节辊周围并通往缠绕辊40。适当的调节辊167如图7所示，图1-3所示实施例中类似的调节辊将会放置在成型辊66和缠绕辊40之间。
[0032]第二条状材料60被引入一个通道，该通道周向地且轴向地偏离主护套条状材料50。特别地，第二条状材料60被引入一个通道，该通道相对于主护套条状材料50通常更加径向向内，从图2中可以看出。此外，第二条状材料60被引入一个通道，该通道轴向地与主护套条状材料50间隔开，并在此方向远离主转子20的正面22。
[0033]此外，与第二条状材料60结合使用的所述系列成型辊66可以径向弯曲形状放置，例如，具有相对于主转子20的轴23的凹陷状。有利的是，所述系列成形辊66的径向弯曲形状使第二条状材料60能够相对于主护套条状材料50弯曲至更小的半径，如图2所示。此夕卜，所述系列成形辊66的径向弯曲形状提供了节省空间的优势，至少部分沿着主转子20的外型，且在主转子20的正面22上使成形棍系列56和66的供给更加方便。
[0034]如图4-5所示，在操作过程中，主护套条状材料50与第二条状材料60都按如上所述的方式已送向缠绕棍40。缠绕棍40使条状材料50和60便于从它们的预定外形加工成向下折，并装配成互锁位置，如图5所示。装配后的护套由条状材料50和60构成，然后围绕支撑轴80弯曲构成优选的管径。为了便于参考，值得注意的是图4中的方向P指的是构成管道的方向，图5中的横线C指的是管道的中心线。
[0035]第二条状材料60的前沿69可能比主护套条状材料50的前沿59先送入缠绕辊40，如图5所示。缠绕辊40的外表面42可制成与主护套条状材料50的外表面相匹配的形状。
[0036]第二条状材料60通常环绕在主护套条状材料50内部，如图4-5所示。通过这种方式，第二条状材料60与主护套条状材料50 —起使用，在缠绕辊40处加工成一个整体，为了实现所需的结果，如减少主护套条状材料50的大致S形外形间隙。有利的是，主护套条状材料50的大致S形外形间隙的减少，如图5所示，可减少软管内的流动诱发脉动，尤其是在金属护套开放空间附近。使用所述的构造护套的系统和方法，影响管道的使用寿命的劳损会减少，特别是在水下应用中。
[0037]现在讲述图6-7所示的构造管道护套的系统110的第二实例。图6-7所示的系统110类似于图1-5所示的系统10，实现了相同的最终组装产品和相关优势，主要区别在于:与第二条状材料60相关联的部件远离主转子20的正面22。在图6中，替代的主转子20’类似于图1-3中的主转子20，如下面所述，主要区别在于:与第二条状材料60相关联的缠绕轮和成型辊远离替代的主转子20’。值得注意的是，图6的原理图中，各种其它部件仍耦合在替代的主转子20’的正面，但为了便于说明没有在图中显示，如成型辊56。
[0038]在如6-7所示的实施例中，系统110包括与第二条状材料60的预成型相关联的转子120。转子120与主转子20’是独立的且不相同的。缠绕轮162类似于上述图1-3所示的缠绕轮62，它置于转子120上，并将第二条状材料60按照上述方式制成预定的形状。
[0039]与第二条状材料60的预成型相关联的的转子120可有效地耦合在带有多个轮子131的基座130上。通过这种方式，用户可以将与第二条状材料60的预成型相关联的设备来回移动到接近相邻主转子20’正面的合适位置处。
[0040]一系列连杆装置连同典型的电机132和133，齿轮134和平衡物135影响转子120按这样的方式操作，它使第二条状材料60能够从缠绕轮162方向通过成型辊166。通过成型辊166后，第二条状材料60流经调节辊167，如图7所示，然后送入耦合在主转子20’的缠绕辊40，如图6所示。缠绕辊40使条状材料50和60便于从它们的预定外形加工成向下折，并装配成互锁位置，如上述图5所述。通常在这个阶段，进一步的操作步骤与图4-5所描述的一样。
[0041]有利的是，图6-7中的实施例，与第二条状材料60相关联的独立设备可以很容易地与预先存在的护套成型机一起使用，该护套成型机主要是为了容纳主护套条状材料50。预先存在的护套成型机的正面必须是没有进行修改的。第二条状材料60以如下方式简单地送入，与主护套条状材料50在预先存在的护套成型机结合，在这个点，条状材料50和60合为一体并以如此方式解决了任何潜在的回抽问题，如单独加工主护套条状材料50时，间隙会增大。此外，通过基座130和轮子131的来回移动使与第二条状材料60相关联的设备具备移动特性，操作过程中缠绕轮162的定位可根据需要而相对于预先存在的护套机进行变化。
[0042]现在讲述图8-11所示的第二条状材料的不同实施例。在图8-9中，替代的第二条状材料260包括多个不同节段，它们之间至少部分重叠。在这个例证中，第二条状材料260包括第一、第二和第三节段260a-260c。如图8所示，第一节段260a与第二节段260b至少部分重叠，第二节段260b与第三节段260c至少部分重叠。根据三个节段260a-260c的描述，可以理解的是任何数量的节段可按如图8所述方式提供。
[0043]在如图8-9所示的实施例中，第二条状材料260的节段包含第一段261，它通常平行于水平轴X，如图9所示。第二条状材料260的这个节段还包含第二段262，它通常也平行于水平轴X，但相对于水平轴X垂直设置在第一段261之上，详见图9所示。
[0044]如图8-9所示，嵌套段263位于第一段261和第二段262之间。嵌套段263位于每个第一段261和第二段262的相对于水平轴X的垂直下方，如图9所示。
[0045]嵌套段263包括第一节263a和第二节263b，它们彼此在位置263c处过渡。因此，在整个顺序，第一段261转换到嵌套段263的第一节263a，嵌套段263的第一节263a和第二节263b在位置263c结合，嵌套段263的第二节263b转换到第二段262，如图8_9所示。
[0046]在一个实施例中，嵌套段263的第一节263a和第二节263b相互之间可成一个角度。例如，第一节263a和第二节263b的主体彼此相对角度大约以3度到45度之间排列，如图9所示。
[0047]在组装后的状态中，第二条状材料260耦合到主护套条状材料50中，这样每个节段260a-260c的嵌套段263伸入主护套条状材料50大致为S形的间隙99中，如图8所示。如果嵌套段263的第一节263a和第二节263b互相成一个角度，则在间隙99内可获得扩大的嵌套排列。特别是第一节263a，它相对于水平轴和垂直轴都成一个角度，紧密地与主护套条状材料50的大致S形外形的内部几何结构匹配，如图8所示。
[0048]进一步地，在装配后的状态，第一节段260a的第二段262与第二节段260b的第一段261至少部分重叠，第二节段260b的第二段262与第三节段260c的第一段261至少部分重叠，如图8所示。以这种方式，由于第二条状材料260的相邻节段260a-260c沿水平轴X彼此至少部分重叠，为相邻节段260a-260c提供了支撑构架。
[0049]有利的是，第二条状材料260的相邻节段260a_260c之间的至少部分重叠为将第二条状材料260放置在主护套条状材料50中创建了一个更安全、联锁形式的装配，并为流经软管的流体流动创建了一个平滑流路径。特别是，第二条状材料260的相邻节段260a-260c之间的至少部分重叠可减少软管内的流动诱发脉动，尤其是在金属护套开放空间附近。使用所述的构造护套的系统和方法，影响管道的使用寿命的劳损会减少，特别是在水下应用中。
[0050]现在讲述图10-11所示的又一替代的第二条状材料360，它包括多个不同的节段，这些不同节段之间互相至少部分重叠。在说明性的实例中，第二条状材料360包括第一、第二和第三节段360a-360c。第一节段360a与第二节段360b至少部分重叠，第二节段360b与第三节段360c至少部分重叠，如图10所示。正如图8-9所示的实施例那样，当三个节段360a-360c如图10所述时，可以理解的是任何数量的节段可按所述方式提供。
[0051]在图10-11所示的实施例中，第二条状材料360的一个节段包括第一段361，它通常平行于水平轴X，如图11所示。第二条状材料360的这个节段还包括第二段362，它也通常平行于水平轴X，但相对于水平轴X被垂直地设置在第一段361之上，详见图11所示。过渡段364位于第一段361和第二段362之间，并可提供第一段361和第二段362之间的垂直闻度差，如图10-11所不。
[0052]嵌套段363位于第一段361的末端，其位置在第二段362末端的对面，如图10_11所示。嵌套段363相对于水平轴X被垂直地设置在每个第一段361和第二段362的下方，如图11所示。
[0053]嵌套段363可位于相对于第一段361的角度a i上。在一个实施例中，角a i大约为45度到89度之间。此外，过渡段364可位于相对于第一段361的角度α2上。在一个实施例中，角Q2大约为55度到110度之间。如上所述，过渡段364的角α 2可提供第一段361和第二段362之间的垂直高度差。
[0054]在组装后的状态中，第二条状材料360的第一、第二和第三节段360a_360c耦合到主护套条状材料50中，这样每个节段的嵌套段363伸入主护套条状材料50的大致为S形的间隙99中，如图10所示。如果嵌套段363相对于第一段361成一个角度，则在间隙99内可获得增强的嵌套排列。特别是相对于水平轴X成一个角度的第一段361，紧密地与主护套条状材料50的大致S形外形的内部几何结构匹配，如图10所示。
[0055]进一步地，在装配后的状态，第一节段360a的第二段362与第二节段360b的第一段361至少部分重叠，第二节段360b的第二段362与第三节段360c的第一段361至少部分重叠，如图10所示。以这种方式，由于第二条状材料360的相邻节段360a-360c彼此至少部分重叠，为第二条状材料360的相邻节段360a-360c沿水平轴x提供了支撑构架。
[0056]如上所述，图10-11所示的实施例可实现如图8-9所示的实施例类似的优势。作为一个例子，第二条状材料360的相邻节段360a-360c之间的至少部分重叠为将第二条状材料360放置在主护套条状材料50中创建了一个更安全、联锁形式的装配，并为流经软管的流体流动创建了一个平滑流路径。特别是，第二条状材料360的相邻节段360a-360c之间的至少部分重叠可减少软管的流动诱发脉动，尤其是在金属护套开放空间附近。使用所述的构造护套的系统和方法，影响管道的使用寿命的劳损会减少，特别是在水下应用中。
[0057]在图8-9和图10-11所示的实施例中，可以理解的是:可以采用与形成第二条状材料60的T形(如上所述)相似的技术来形成第二条状材料260和360，而只需略微修改工具以支撑第二条状材料的不同形状。此外，或者使用上述图1-5所示的系统和方法，或者使用上述图6-7所示的更“独立”系统和方法，可将第二条状材料260和360结合到主护套条状材料。
[0058]尽管各种实施例已经叙述完毕，本发明并不局限于所附的权利要求书及其等同声明。此外，文中所述的优势并不一定是发明的唯一优势，且它不一定期望发明的每一个实施例实现上述的所有优势。
【权利要求】
1.一种构造管道护套的系统，该系统包括: 第一系列成型辊，用于形成主护套条状材料；和 第二系列成形辊，用于将第二条状材料制成不同于主护套条状材料的形状， 其中主护套条状材料和第二条状材料，在分别被送入第一和第二系列成型辊之后，都同时被送入多个缠绕辊并组装在一起。
2.如权利要求1所述的系统，还包含能够绕枢轴旋转的主转子，其中多个缠绕辊耦合在主转子的正面。
3.如权利要求1所述的系统，还包含能够绕枢轴旋转的主转子，其中第一和第二系列成型辊耦合在主转子的正面。
4.如权利要求3所述的系统，其中第二系列成型辊布置在主转子的正面相对于主转子枢轴的凹陷处。
5.如权利要求1所述的系统，还包含能够绕枢轴旋转的主转子，其中夹持第二条状材料的缠绕轮耦合在主转子的正面。
6.如权利要求1所述的系统，还包含能够绕枢轴旋转的主转子，其中第二系列成型辊位于与主转子的正面间隔开的位置处。
7.如权利要求1所述的系统，还包含能够绕枢轴旋转的主转子，其中夹持第二条状材料的缠绕轮与主转子的正面间隔开的。
8.如权利要求1所述的系统，其中第二条状材料被引入周向地且轴向地偏离主护套条状材料的通道。
9.如权利要求1所述的系统，还包含至少一个与主护套条状材料相关联的调节辊，和至少一个与第二条状材料相关联的附加的调节辊。
10.如权利要求1所述的系统，其中第二条状材料包括多个不同的节段，其中第二条状材料的第一节段与第二条状材料的第二节段至少部分重叠。
11.如权利要求10所述的系统，其中第二条状材料的第一节段与第二节段各自含有第一段和第二段，第一段大致与水平轴平行，第二段也大致与水平轴平行，但与第一段垂直偏离，其中第一节段的第二段与第二节段的第一段在装配后的状态下至少部分重叠。
12.如权利要求11所述的系统，其中第二条状材料的第一节段和第二节段中至少一个节段还包括嵌套段，嵌套段位于第一段和第二段之间，其中嵌套段在装配后的状态下延伸到主护套条的缺口内。
13.如权利要求12所述的系统，其中嵌套段的第一部分和第二部分相互成一夹角。
14.如权利要求11所述的系统，其中第二条状材料的第一节段和第二节段中至少一个节段还包括嵌套段，嵌套段位于第一段的末端，其位置在第二段末端的对面，其中嵌套段在装配后的状态下延伸到主护套条的缺口内。
15.如权利要求14所述的系统，其中嵌套段相对于第一段成一夹角。
16.一种构造管道护套的方法，包括: 利用第一系列成型辊形成主护套条状材料； 利用第二系列成形辊将第二条状材料制成不同于主护套条状材料的形状；和 随后将主护套条状材料和第二条状材料送入多个成型辊并组装在一起。
17.如权利要求16所述的方法，其中第二系列成型辊位于与主转子的正面间隔开的位置处。
18.如权利要求16所述的方法，其中夹持第二条状材料的缠绕轮与主转子的正面间隔开。
19.一种构造管道护套的系统，该系统包括: 主护套条状材料；和 具有不同于主护套条状材料的形状的第二条状材料， 其中主护套条状材料和第二条状材料，各自同时被送入多个缠绕辊并组装在一起，和其中第二条状材料包括多个不同的节段，其中第二条状材料的第一节段与第二条状材料的第二节段至少部分重叠。
20.如权利要求19所述的系统，其中第二条状材料的第一节段与第二节段各自包括第一段和第二段，第一段大致与水平轴平行，第二段也大致与水平轴平行，但与第一段垂直偏离，其中第一节段的第二段与第二节段的第一段在装配后的状态下至少部分重叠。
21.如权利要求20所述的系统，其中第二条状材料的第一节段和第二节段中至少一个节段还包括嵌套段，嵌套段位于第一段和第二段之间，其中嵌套段在装配后的状态下延伸到主护套条的缺口内。
22.如权利要求21所述的系统，其中嵌套段的第一部分和第二部分相互成一夹角。
23.如权利要求20所述的系统，其中第二条状材料的第一节段和第二节段中至少一个节段还包括嵌套段，嵌套段位于第一段的末端，其位置在第二段末端的对面，其中嵌套段在装配后的状态下延伸到主护套条的缺口内。
24.如权利要求23所述的系统，其中嵌套段相对于第一段成一夹角。
【文档编号】B21C37/12GK104338783SQ201410385253
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】沃尔特·弗雷德里克·汤普森, 保罗·大卫·加特利, 肯尼思·布莱恩·特维 申请人:巴特尔机械系统有限责任公司