BR0108434B1 - fabricação de mangueiras ou outros artigos alongados. - Google Patents

Description

"FABRICAÇÃO DE MANGUEIRAS OU OUTROS ARTIGOSALONGADOS"

A presente invenção refere-se à fabricação de man-gueiras ou outros artigos alongados e refere-se, mais espe-cificamente, mas não exclusivamente, a formas de fitas derevestimento e a maquinarias de envoltório para forrar oupara revestir mangueiras ou outros artigos alongados.

Mangueiras são tubos flexíveis, cujos maiores ta-manhos podem ser empregados na transferência a granel de lí-quidos e gases (como, por exemplo, entre uma plataforma dèprodução de óleo e um petroleiro) em um ambiente marítimo.Tais mangueiras de grande porte são comumente revestidas pa-ra se obter maior resistência contra cargas de esmagamento ede tração, assim como para se aumentar sua capacidade de su-portar pressão interna. Até certo ponto, cabos elétricos degrande porte para serem empregados subterraneamente ou de-baixo d'água podem ser considerados como equivalentes a man-gueiras que contêm um ou mais condutores elétricos isola:dos,pelo menos a partir de considerações a respeito da necessi-dade de e métodos para forrar e revestir cabos elétricos(como, por exemplo, considerem-se cabos elétricos que sãoresfriados e/ou isolados por fluido interno sob pressão).Outros artigos alongados (como, por exemplo, umbilicais) po-dem ter propriedades semelhantes e pré-requisitos a que sepode atender por meio de forro e revestimento. No relatóriodescritivo apresentado a seguir, por razões de simplificaçãoe concisão, o termo "mangueira" (ou "mangueiras", no plural)será utilizado como uma designação coletiva para artigos a-longados que incluem, mas não se limitam a, mangueiras e ou-tros tubos flexíveis, cabos elétricos, umbilicais e outrosartigos alongados que têm propriedades análogas, para osquais a forração e/ou revestimento é desejável ou necessário;

as afirmações constantes do relatório descritivo apresentadoa seguir devem ser interpretadas em conformidade com isso.

No estado atual da técnica de fabricação de man-gueiras, mangueiras ligadas com borracha são revestidas pri-meiro enrolando-se ou extrusando-se uma camada de borrachaem volta de um núcleo de mangueira (conjunto de camadas in-ternas) , o núcleo revestido com borracha sendo em seguidaenvolvido com arames de aço de cocha única ou cabos de açode várias cochas como o material de revestimento. Camadassucessivas de borracha e revestimento são extrusa-das/enroladas em volta da mangueira parcialmente fabricadade modo a se construir a mangueira completa. Esta borracha éinicialmente não vulcanizada, e cada arame ou cabo de reves-timento é individualmente enrolado sobre a borracha não vul-canizada sob tensão aplicada. Se a borracha não vulcanizadanão é auto-reforçada ou de outro modo constrangida de algumamaneira adequada, o arame ou cabo de revestimento cortará aborracha, deixando a camada de revestimento irregular e ins-tável e, conseqüentemente, reduzirá a resistência e a esta-bilidade da camada de revestimento. Atualmente, este proble-ma é atenuado enchendo-se cada camada de borracha com um te-cido urdido de modo a se impedir que a borracha exsude emvolta do arame ou cabo de revestimento à medida em que o a-rame ou cabo estiver sendo enrolado em volta da camada deborracha.

Problemas surgem das técnicas de revestimento demangueiras convencionais, tais como:

(1) o tecido urdido (utilizado como um enchimento)absorverá gás durante o emprego da mangueira acabada, e épropenso a iniciar a deslaminação e/ou separação da manguei-ra de várias camadas quando da descompressão explosiva (istoé, quando da rápida despressurização do fluido contido den-tro do diâmetro interno da mangueira);

(2) o tecido faz aumentar o custo da mangueira a-cabada no que se refere ao emprego de material adicional) edos procedimentos de fabricação adicionais necessários);

(3) o tempo de montagem para uma máquina de enro-lar que deve girar e enrolar para cima de cem fios ou cabosé excessivo, e dado que a montagem usualmente interrompe aprodução (uma vez que a produção não pode continuar durantea montagem), este procedimento é contraproducente;

(4) os fios ou cabos de revestimento devem ser co-locados com uma densidade de acondicionamento de menos de-100%, e o enrolamento de fios e cabos individuais resultainevitavelmente em amontoamento e no acúmulo de intervalos,de modo que o produto final é flexível mas de maneira nãouniforme e tendente a formar "gaiola de pássaro" (uma formade falha dos cabos na qual ocorrem a ruptura da ligação e oabaulamento do revestimento);(5) as máquinas de enrolar revestimento convencio-nais induzem a torção dos fios e cabos de revestimento à me-dida em que estão sendo enrolados;

(6) o enrolamento alternado de camadas de borrachae camadas de fios/cabos resulta na ligação superficial entreestas camadas sucessivas que se somará aos problemas deline-ados no parágrafo (4) acima;

(7) as máquinas de enrolar revestimento convencio-nais são planetárias, isto é, os rolos de fio/cabo de enro-lar são conduzidos em órbitas em volta da mangueira que estásendo construída e desenrolados de fora dos rolos; isto étolerável para rolos pequenos nos quais a inércia é mínima,mas torna-se um problema sério com rolos cujos diâmetros sãode quatro ou cinco metros que pesam muitos milhares de qui-Ios (uma vez que são necessários para mangueiras maiores quedevem ser fabricadas sem juntas nos fios de revestimento,mesmo em mangueiras de grande comprimento);

(8) as máquinas de enrolar revestimento convencio-nais são grande e caras o bastante para limitar os fabrican-tes de mangueiras à compra de uma única máquina que tal; es-ta limitação a uma única máquina exige que, durante sua fa-bricação, uma dada mangueira passe através da máquina todavez que outra camada de fios/cabos é acrescentada (com o re-ajuste da máquina entre cada passagem) , ao passo que umamangueira passaria idealmente só uma vez ao longo de uma li-nha de produção de várias máquinas.

Em comparação com as técnicas de revestimento demangueira convencionais, seria preferível que:(1) a borracha ou outro elastômero fosse isento detecido;

(2) os fios ou cabos de revestimento fossem dis-tribuídos de maneira uniforme;

(3) o tempo necessário para a montagem (e conse-qüentemente a duração da interrupção da produção) fosse re-duzido de maneira significativa;

(4) uma borracha não vulcanizada ou outro polímeropudesse ter seu fluxo assegurado em volta dos fios ou cabosde revestimento, e para cabos de várias cochas, pudessemtambém ser igualmente dispersados dentro dos cabos;

(5) fosse permitido o emprego de materiais alter-nativos para revestimento (como, por exemplo, fibra de car-bono, aramida e semelhantes, que podem se apresentar sob aforma de cordas, fios, fibra ou cabos) com o emprego do mes-mo equipamento de fabricação).

A obtenção destes objetivos asseguraria que a man-gueira resultante tivesse resistência máxima e sofresse deruptura mínima enquanto se flexionasse, e reduziria ao míni-mo as probabilidades de deslaminação resultante da descom-pressão explosiva, ao mesmo tempo eliminando-se o potencialde rasgamento que seria iniciado por falha por fadiga do tecido.

De acordo com um primeiro aspecto da presente in-venção, é apresentado um método de fabricar uma mangueira300 que será forrada com pelo menos uma camada 102 de mate-rial para forração de mangueira 104 + 106, o método sendocaracterizado pela etapa de obter um rolo 100 do materialpara forração de mangueira 104 + 106 sob a forma de uma fita102, o rolo 100 tendo um núcleo oco 109 cujo diâmetro é mai-or que o diâmetro externo da mangueira 3 00, fita podendo serretirada do interior 109 do rolo 100, o método sendo carac-terizado também pelas etapas adicionais de posicionar o rolo100 em volta da mangueira 300 de modo que a mangueira 3 00passe através do núcleo 109 do rolo 100, efetuar a rotaçãorelativa do rolo 100 e da mangueira 300 até desenrolar a fi-ta 102 de material para forração de mangueira 104 + 106 dointerior 109 do rolo 100 e sobre a mangueira 300 enquanto seefetua simultaneamente a translação longitudinal da manguei-ra 300 e do rolo 100, de modo a se enrolar helicoidalmente afita 102 do material para forração de mangueira 104 + 106sobre a e ao longo da mangueira 300.

O rolo é de preferência montado com seu eixo geo-métrico inclinado com relação ao eixo geométrico longitudi-nal da mangueira por um ângulo de inclinação que é substan-cialmente igual ao ângulo de avanço ao qual a fita é enrola-da de maneira helicoidal sobre a e ao longo da mangueira. Orolo pode ser girado em volta de seu próprio eixo geométricoe/ou em volta do eixo geométrico da mangueira. Ou o rolo égirado em volta do eixo geométrico longitudinal da mangueiraenquanto se mantém a mangueira não rotacional em volta deseu eixo geométrico longitudinal, ou, alternativamente, amangueira pode ser girada em volta de seu eixo geométricolongitudinal enquanto se mantém o rolo não rotacional emvolta do eixo geométrico longitudinal da mangueira. Ou amangueira é trasladada em sentido longitudinal enquanto semantém o rolo estático em sentido longitudinal, ou, alterna-tivamente, o rolo é trasladado em sentido longitudinal en-quanto se mantém a mangueira estática em sentido longitudinal.

A fita de material para forração de mangueira em-pregada sob o primeiro aspecto da invenção pode compreenderum arranjo de fios ou cabos de revestimento paralelos que seestendem ao longo do comprimento da fita, o arranjo de fiosou cabos de revestimento sendo embutido no polímero.

De acordo com um segundo aspecto da presente in-venção, é apresentada uma máquina de enrolar mangueira 2 00;400 para enrolar de maneira helicoidal uma fita 102 de mate-rial para forração de mangueira 104 + 106 sobre uma manguei-ra 3 00, a máquina de enrolar mangueira 200; 4 00 compreenden-do dispositivos para montagem de rolo 414 + 416 + 418 paramontar, de modo a poder girar, um rolo 100 da fita 102 emvolta da mangueira 300, com a mangueira 300 passando atravésde um núcleo oco 109 do rolo 100, o dispositivo de manejo defita 402, 404 para retirar a fita 102 do interior 109 do ro-lo 100 e para enrolar a fita 102 sobre a mangueira 300, edispositivos de movimento relativo 420 + 422 para efetuar arotação relativa do rolo 100 e da mangueira 300 e efetuarsimultaneamente a translação longitudinal relativa da man-gueira 300 e do rolo 100 de modo a se enrolar de maneira he-licoidal a fita 102 de material para forração de mangueira104 + 106 sobre a e ao longo da mangueira.

O dispositivo de movimento relativo é de preferên-cia tal que, durante o funcionamento da máquina de enrolarmangueira, a mangueira se mova em sentido longitudinal masnão gire em volta de seu eixo geométrico longitudinal, en-quanto o rolo de fita para forração de mangueira gira emvolta do eixo geométrico da mangueira, mas permaneça estáti-co no sentido longitudinal. 0 dispositivo para montagem dorolo pode ser tal que o rolo seja montado, de modo a podergirar, em volta de seu próprio geométrico, e é de preferên-cia tal que o eixo geométrico do rolo seja inclinado com re-lação ao eixo geométrico longitudinal da mangueira substan-cialmente pelo ângulo de avanço com o qual a fita para for-ração de mangueira se destina a ser enrolada sobre a man-gueira, e o rolo é montado para rotação simultânea tanto emvolta do eixo geométrico do rolo quanto em volta do eixo ge-ométrico longitudinal da mangueira que está sendo enrolada.

De acordo com um terceiro aspecto da presente in-venção, é apresentada uma fita de material para forração demangueira, a fita compreendendo um arranjo de fios ou cabosde revestimento mutuamente paralelos que se estendem ao lon-go do comprimento da fita, o arranjo de fios ou cabos de re-vestimento sendo embutido em um polímero.

De acordo com um quarto aspecto da presente inven-ção, é apresentado um método para fabricar a fita de materi-al para forração de mangueira, o método compreendendo as e-tapas de obter uma matriz de revestimento que tem uma filei-ra substancialmente reta de aberturas ao longo de um primei-ro lado dela e um rasgo de lados substancialmente paralelosao longo de um segundo lado dela oposto ao primeiro lado, onúmero de aberturas sendo igual ao número de fios ou cabos aserem incorporados à fita, as aberturas sendo individualmen-te dimensionadas de modo a serem um encaixe deslizante aper-tado em volta de um respectivo fio ou cabo, o rasgo sendodimensionado a corresponder ao corte transversal pretendidoda fita (após qualquer tolerância necessária para alteraçõesdimensionais na fira recém-fabricada), o método compreenden-do também as etapas adicionais de rosquear para dentro umrespectivo fio ou cabo através de cada uma das aberturas epara fora através do rasgo oposto até um dispositivo tensor,e bombear o polímero para dentro da matriz, de modo a se re-vestirem os fios ou cabos ao mesmo tempo em que se aciona odispositivo tensor para esticar a fita recém-fabricada.

De acordo com um quinto aspecto da presente inven-ção, é apresentado um rolo de material para forração de man-gueira sob a forma de uma fita, em que a fita pode ser de-senrolada do interior do rolo. A fita é de preferência umafita de acordo com o terceiro aspecto da presente invenção,e/ou uma fita fabricada pelo método de acordo com o quartoaspecto da presente invenção.

Modalidades da invenção serão descritas agora àguisa de exemplificação, com referência aos desenhos anexos,nos quais:

a Figura 1 é uma vista em perspectiva simplificadade um rolo de fita para forração de mangueira de acordo comum aspecto da presente invenção (a figura 1 incluindo umavista de extremidade da fita equivalente a um corte trans-versal transversal da fita);a Figura 2 é uma vista em corte fragmentário, emuma escala muito ampliada, de uma matriz de revestimentopara formar a fita para forração de mangueira da figura 1;

a Figura 3 é uma vista em planta parcialmente emcorte simplificada de um rolo de fita para forração de man-gueira sendo aplicado a uma mangueira por uma primeira moda-lidade de máquina de enrolar mangueira de acordo com outroaspecto da presente invenção;

a Figura 4 é uma vista em elevação de extremidadesimplificada da disposição da figura 3, olhando-se ao longodo eixo geométrico da mangueira;

a Figura 5 é uma vista em elevação de extremidadesimplificada da disposição da figura 3, olhando-se ao longodo eixo geométrico do rolo;

a Figura 6 é uma vista em planta parcialmente emcorte simplificada de um rolo de fita para forração de man-gueira sendo aplicado a uma mangueira por uma segunda moda-lidade de máquina de enrolar mangueira de acordo com a pre-sente invenção;

a Figura 7 é uma vista em elevação de extremidadesimplificada da máquina de enrolar mangueira da figura 6,olhando-se ao longo do eixo geométrico do rolo;

as Figuras 8 e 9 são, respectivamente, vistas emelevação frontal e lateral de uma primeira parte de unidadespara montagem de rolo e manejo de fita que fazem parte damáquina de enrolar mangueira da figura 6;

as Figuras 10 e 11 são, respectivamente, vistas emelevação frontal e lateral de uma segunda parte das unidadespara montagem de rolo e manejo de fita que fazem parte damáquina de enrolar mangueira da figura 6; e

a Figura 12 é uma vista em perspectiva simplifica-da da máquina de enrolar mangueira completa da figura 6.

Com referência em primeiro lugar à figura 1, estamostra esquematicamente um rolo 100 de fita para forração demangueira 102 sob a forma de uma fileira de cabos de aço devárias cochas 104 embutidos em um revestimento 106 de um po-límero adequado, como, por exemplo, um elastômero (como, porexemplo, uma borracha sintética formulada para ter resistên-cia à água do mar) . Os cabos 104 formam um arranjo no qualsão mutuamente paralelos e com afastamento íntimo em uma ca-mada única, sem se tocarem ou cruzarem mutuamente. O materi-al dos cabos 104 é selecionado de modo que a fita 102 sejaadequada para forrar uma mangueira (não mostrada na figura1) , de modo a se formar uma camada de revestimento) da man-gueira, conforme será detalhado em seguida. 0 acochamentodos cabos 104 permite que o elastômero 106 se disperse naestrutura dos cabos 104, de modo a se melhorar assim a Iiga-ção mútua dos cabos 104 com o elastômero 106. O rolo 100 égeralmente circular (de fato, uma espiral enrolada de manei-ra apertada) em volta do eixo geométrico longitudinal 108,que é o eixo geométrico em volta do qual o rolo 100 foi ini-cialmente enrolado. 0 rolo 100 tem um núcleo oco, 109, emvolta do qual a camada mais interna da fita 102 fica expos-ta. A formação e a montagem do rolo 100 são tais que, en-quanto o rolo 100 é enrolado para cima a partir de uma cama-da mais interna inicial para fora, como é convencional noenrolamento de materiais alongados, o rolo 100 completo podeser também desenrolado na mesma seqüência, isto é, a partirda volta mais interna para fora, "primeira sim, primeiranão" (em contraste com a seqüência de desenrolamento conven-cional de volta mais externa para dentro ou "última sim,primeira não"). A importância fundamental do rolo 100 defita poder ser desenrolado partir de seu lado interno (istoé, a partir de seu núcleo oco 109) será explicada em seguida.

A figura 2 mostra parte de uma matriz de revesti-mento 110 que pode ser empregada de modo a formar a fita102. A matriz 100 tem forma geral de uma caixa oca, com umlado de entrada, um lado de saída (não mostrado) e uma en-trada de elastômero (não mostrada). A figura 2 mostra o ladode entrada da matriz 110, que compreende uma linha de aber-turas 112, cada uma delas dimensionada de modo a passar porum dos cabos 104 com um encaixe deslizante apertado. 0 núme-ro de aberturas 112 na matriz 110 é igual ao número de cabos104 a serem incorporados à fita 102, a matriz 110 tendo umaextensão lateral correspondente (apenas cinco dessas abertu-ras sendo mostradas na figura 2 por razões de simplifica-ção). O lado de saída da matriz 110 compreende um rasgo re-tangular delgado, largo (não mostrado), cujas dimensões sãoas da fita 102 acabada, mais qualquer tolerância que possaser necessária para alterações dimensionais na fita recém-revestida que sai da matriz (como, por exemplo, como a quepode ser devida à despressurização e/ou cura e/ou resfria-mento do elastômero). De modo a se formar a fita 102, cadauma das aberturas 112 tem um respectivo cabo 104 rosqueadoatravés dela, e para fora através do rasgo, até uma disposi-ção tensora adequada (não mostrada), como, por exemplo, umabobinadeira, que enrola a fita recém-formada em um rolo quepode ser desenrolado a partir de sua camada mais internapara fora. A finalidade desta instalação será detalhada emseguida. De modo a se facilitar a inserção dos cabos 104 nasaberturas 112, a matriz 110 pode ser formada em duas metadescorrespondente separáveis ao longo de uma linha 114 que seestende através da linha mediana das aberturas 112. 0 elas-tômero plastificado é bombeado, através da entrada de elas-tômero (não mostrada), para dentro da matriz 110, de modo ase revestirem os cabos 104 e finalmente embutir os cabos emum forro elastomérico com a forma da fita 102, retirado demaneira contínua da matriz 110 pela bobinadeira ou outrodispositivo tensor de modo a se formar o rolo 100. Este pro-cedimento resulta na produção de uma fita de elastômero vul-canizado, 106, que circunda e é ligada a uma camada uniformede cabos de aço 104. A parte superior da figura 1 mostra aextremidade da fita 102 em uma vista que é equivalente a umcorte transversal transversal da fita 102, e mostra a estru-tura interna da fita 102. A fita 102 pode ser utilizada paraforrar uma mangueira (não mostrada nas figuras 1 e 2), demodo a se reforçar a mangueira e/ou revestir a mangueira.

Uma vez que os padrões contemporâneos para mangueiras e tu-bos flexíveis de diâmetro interno grande para uso marítimoproíbem juntas em seus fios e cabos de reforço, se-gue-se que, quando uma mangueira ou tubo flexível compridovem a ser fabricado em uma peça, um rolo de fita para forra-ção de mangueira que seja dotado de núcleo de arame ou nú-cleo de cabo pode pesar até 100 000 kg e pode ter um diâme-tro de até seis metros. Tais peso e tamanho impedem o empre-go de máquinas de enrolar mangueira planetárias convencio-nais, mas outro aspecto da invenção permite o emprego de ro-los que são grandes e pesados pela exploração da capacidadeque têm os rolos de fita para forração de mangueira de acor-do com a invenção de serem desenrolados a partir de sua vol-ta mais interna para fora.

Embora os cabos 104 tenham de preferência, cada umdeles, uma forma de várias cochas aberta para a maximizaçãoda área de ligação elastômero/aço, e de preferência sejamtambém acochados a partir de um número relativamente grandede arames de diâmetro relativamente pequeno para maior re-sistência da fita por unidade de área em corte transversal(com conseqüentes reduções no peso e no custo de uma man-gueira forrada com fita de dado desempenho) , os cabos 104podem, cada um deles, ser substituídos por um arame de açode cocha única. Como alternativa ao aço, os cabos 104 podemser formados por um material que não seja de aço, adequado,como, por exemplo, fibra de carbono, aramida e semelhantes,que possa se apresentar sob a forma de cordas, arames, fi-bras ou cabos. A matriz de revestimento formadora de fita110 terá dimensões, mais tamanhos e números de abertura, demodo a se adequar o tamanho e a composição da fita a serformada por ela, uma matriz separada sendo apresentada paracada uma dessas variações.Voltando-se agora a atenção para as figuras 3, 4 e5, elas mostras esquematicamente uma primeira modalidade,200, de máquina de enrolar mangueira de acordo com um aspec-to da invenção. Nas figuras de 3 a 5, a máquina 200 é mos-trada enrolando de maneira helicoidal a fita 102 (conformedescrito anteriormente com referência às figuras 1 e 2) so-bre e ao longo de uma mangueira, indicada pelo número de re-ferência 300. A mangueira 300 é inicialmente formada com umnúcleo, 3 02 (isto é, um conjunto de camadas internas da man-gueira 300), e é este núcleo 302 que tem a fita 102 enroladasobre a parte externa do núcleo 3 02, de modo a se forrar onúcleo 302 com uma camada enrolada helicoidalmente de cabosde revestimento e reforço, 104 (já embutidos no elastômero106), de modo a se formar a mangueira 3 00 reforçada e reves-tida. A máquina de enrolar mangueira 200 monta o rolo 100 demodo que o rolo 100 circunscreva a mangueira 300 (isto é, amangueira 300 passa através do núcleo oco 109 do carretei100), e fita 102 se desenrola do lado de dentro do rolo 100diretamente sobre o núcleo 3 02 da mangueira, que passa atra-vés do centro do rolo 100. A mangueira 300 é movida por dis-positivos de arriar e esticar mangueira (não mostrados), demodo a se mover em sentido longitudinal (isto é, ao longo deseu eixo geométrico 3 04) em uma direção no sentido do topoda figura 3, mas a mangueira 300 não gira em volta de seueixo geométrico longitudinal 304. Durante o enrolamento donúcleo 302 da mangueira com a fita retirada do lado de den-tro do rolo 110, o rolo 100 passa por rotações combinadas(detalhadas a seguir), mas o rolo 100 não se move ao longodo eixo geométrico 3 04 da mangueira.

Conforme visto na figura 3, a fita 102 está ins-tantaneamente entrando em contato com a parte mais superiorda superfície do núcleo 302 da mangueira. Uma vez que a fita102 virá a ser enrolada helicoidalmente sobre e ao longo damangueira, é preferível que o rolo 100 seja montado com seueixo geométrico de rotação de enrolamento inicial 108 incli-nado com relação ao eixo geométrico longitudinal 3 04 da man-gueira 300 pelo ângulo de avanço, que, por sua vez, é umafunção da largura da fita 102 e da circunferência do núcleo302 da mangueira. No entanto, na disposição da figura 3, orolo 100 gira fisicamente em volta do eixo geométrico longi-tudinal da mangueira 3 00 que não está em rotação, e giratambém em volta de seu próprio eixo geométrico 108 de manei-ra apenas suficiente para arriar a fita 102 sobre o núcleo302 da mangueira, esta rotação combinada servindo para enro-lar a fita 102 em volta do núcleo 302 da mangueira em umahélice sustentada e não desviada sem torção da fita 102 queestá sendo enrolada. (Como alternativa à rotação do rolo 100em volta do eixo geométrico longitudinal 3 04 da mangueira300 fora de rotação que está sendo enrolada, seria possívelsubmeter a mangueira 300 à rotação necessária em volta deseu eixo geométrico longitudinal 304, deixando-se o rolo 100a girar somente em volta de seu próprio eixo geométrico 108em um grau apenas suficiente para arriar a extensão necessá-ria de fita 102, mas a rotação efetiva da mangueira pode serimpraticável, sobretudo para os tamanhos maiores, até porqueseria necessário que toda a extensão de mangueira fosse gi-rada de maneira uniforme). Dispositivos para montar, de modoa poder girar, e fazer girar, de maneira a poder controlar,o rolo 100 são omitidos das figuras de 3 a 5 por razões declareza.

Durante o enrolamento da fita 102 sobre o núcleo302 da mangueira, a tensão sob a qual a fita 102 é enroladaé detectada e controlada por um par cooperante de cilindrosde aperto, 202 (figuras 4 e 5) que fazem parte da máquina deenrolar mangueira 200.

Na situação específica em que a mangueira 300 viráa ter um diâmetro externo acabado de aproximadamente 3 56 mm(14 pol) nominais, a fita 102 pode ter cento e vinte dois(122) cabos a uma densidade de acondicionamento de 95%, cadacabo 104 tendo um diâmetro de 6,5 mm. A fita 102 terá umalargura de 48 0 mm e o ângulo de avanço estará na faixa de 4 0graus (angulares) até 70 graus (angulares) . O rolo 100, queretém o bastante desta forma da fita 102 de modo a enrolaruma mangueira de 35,56 cm (14 pol) com um comprimento totalde 500 m, pesará cerca de 26 000 kg.

Para uma mangueira de comprimento semelhante, comum diâmetro externo nominal de cerca de 7 6 mm (3 pol) e queusa cabos de reforço que têm diâmetros individuais de cercade 3 mm, a fita terá uma largura de 180 mm e o rolo pesarácerca de 8 000 kg.

Estes pesos elevados de rolo indicam a utilidadeda invenção no que se refere a permitir que se evitem as i-mensas dificuldades técnicas de mover tais rolos maciços emuma órbita planetária em volta de um núcleo de mangueira coma finalidade de enrolar a mangueira com a fita contida norolo. A fita propriamente dita simplifica consideravelmenteos problemas de se enrolar uma mangueira em um número grandede arames de revestimento ou cabos de reforço ao permitir osimples enrolamento sobre mangueiras sem a necessidade deaplicação um número grande de cabos de reforço individuaissob tensão, conseqüentemente evitando-se a necessidade dereforços de pano, e a fita também evita os problemas de seassegura boa ligação entre os arames ou cabos e a borrachaou outro elastômero, uma vez que eles são mutuamente ligadossob pressão dentro da matriz de revestimento 110, e não den-tro do forro da mangueira.

Com referência agora às figuras de 6 a 12, elasmostram uma segunda modalidade, 400, de máquina de enrolarmangueira de acordo com um aspecto da invenção. A máquina deenrolar mangueira 400 mostrada na figura 6 corresponde à má-quina de enrolar mangueira 2 00 mostrada na figura 3, excetopelo fato de que a máquina 400 da figura 6 compreende adi-cionalmente cilindros de esticamento de fita, 402 (figuras 7e 10), cilindros de alimentação de fita, 404 (figuras 7 e8), cilindros de folga, 406 (figuras 7 e 8) e um sistema pa-ra montagem de rolo, 408 (figuras 6, 7, 8 e 9) juntamentecom outros recursos, todos a serem detalhados a seguir. Comoocorre com a primeira modalidade 200, a máquina de enrolarmangueira 400 utiliza um rolo, 100, de fita de revestimentopré-formada, 102, conforme detalhado anteriormente com rela-ção à figura 1.Com referência especificamente à figura 7, ela éuma representação simplificada da máquina 400 olhando-se aolongo do eixo geométrico 108 do rolo 100 (isto é, o eixo ge-ométrico 108 é perpendicular ao plano da figura 7, enquantoo plano diametral do rolo 100 é paralelo ao plano da figura7); apenas determinadas partes da máquina 400 são mostradasna figura 7. Dentro do centro oco do rolo 100 (através doqual a mangueira passa a um ângulo de inclinação, como naprimeira modalidade 200), um protetor anular, 410, é montadode modo a impedir que a camada mais interna da fita 102 seretraia sob seu próprio peso em um contato inadvertido comuma parte inapropriada da mangueira 300. O protetor anular410 tem um intervalo curto, 412, através do qual a fita 102é levada para dentro pelos cilindros de alimentação de fita404, de modo a ser apertada entre o par de cilindros de es-ticamento de fita 402 e em seguida enrolada sob tensão con-trolada em volta da mangueira 300. Os cilindros de folga 406impedem que a camada mais interna de fita que permanece norolo 100 caia por sobre a extensão recém-desenrolada de fitaque se estende até os cilindros de alimentação de fita 404 edaí através do intervalo 412 até o interior do protetor 410.Conforme será detalhado a seguir, diferentes seções da má-quina de enrolar mangueira 400 giram a velocidades diferen-tes, e a montagem dos diversos cilindros 402, 404 e 406 nes-tas seções é selecionada de modo que estes cilindros mante-nham posições relativas corretas, conforme será detalhado aseguir.Uma vez que este rolo 100 tem a fita 102 enroladaretirada do rolo 100 pelo desenrolamento da camada mais in-terna do material enrolado, o rolo 100 não pode ser susten-tado por uma montagem de cubo convencional (adequada pararetirada periférica convencional apenas). Ao invés, o rolo100 é fixado externamente pelo sistema de montagem de rolo408 (figuras 6-9), que compreende um fixador periférico,414, montado em uma roda de apoio giratória, 416. O fixador414 (figuras 6, 7 e 9) se fixa sobre a periferia do rolo 100de modo a reter o rolo 100 com firmeza e concentricamente,enquanto deixa o centro oco do rolo 100 livre para que a fi-ta 102 seja desenrolada do lado interno do rolo 100. A rodade apoio 416 (figuras 8 e 9) é sustentada, de modo a podergirar, por quatro cilindros de sustentação, 418 (figura 8) eé girado de maneira controlável em uso por meio de um siste-ma de acionamento adequado (não mostrado) por meio de umaengrenagem, 420 (figuras 8, 9 e 12), que se engrena com aperiferia dentada, 422, a roda de apoio 416. Os cilindros404 e 406, juntamente com o protetor anular 410, são monta-dos sobre a roda de apoio 416 (ver a figura 8) . O protetor410 e os cilindros de tensão 402 são montados em uma rodadianteira montada de modo a poder girar, 424 (figuras 6, 10,11 e 12), que é geralmente semelhante à roda de apoio 416. Aroda dianteira 424 é sustentada, de modo a poder girar, porquatro cilindros periféricos, 426, para rotação em volta domesmo eixo geométrico de rotação da roda de apoio 416, esteeixo geométrico de rotação sendo coaxial com o eixo geomé-trico 108 do rolo 100 e inclinado com relação ao eixo geomé-tricô 304 da mangueira pelo ângulo de avanço, conforme deta-lhado anteriormente. Todavia, a roda dianteira 424 gira auma velocidade que é diferente da velocidade rotacional daroda de apoio 416 por razões detalhadas a seguir. A roda di-anteira 424 é girada de modo controlável em uso por meio deum sistema de acionamento adequado (não mostrado) por meiode uma engrenagem, 428 (figuras 10, 11 e 12), que se engrenacom a periferia dentada 430 da roda dianteira 424.

A roda dianteira 424, a roda de apoio 408 e seusrespectivos sistemas de acionamento são, cada um deles, mon-tados sobre uma mesa giratória comum, 432 (figura 12), cujoeixo geométrico de rotação (vertical na figura 12) intercep-ta o eixo geométrico longitudinal 304 (horizontal na figura12) da mangueira a ângulo retos. A posição rotacional da me-sa giratória 432 (e da máquina de enrolar mangueira 400 mon-tada sobre a mesa giratória 432) é ajustada antes de se co-meçar o enrolamento de uma extensão de fita sobre a manguei-ra 300 de modo a se ajustar o ângulo de avanço ao qual essaextensão específica de fita será enrolada em volta da man-gueira, este ajuste rotacional sendo normalmente mantido i-nalterado durante a operação de enrolamento. A posição rota-cional da mesa giratória 432 é controlada por um sistema deacionamento adequado (não mostrado) por meio de uma engrena-gem, 434, que se engrena com a periferia dentada 436 da mesagiratória 432 .

Para a máquina de enrolar mangueira 400 mostradana figura 12, de modo a se enrolar a fita por sobre e aolongo da mangueira em uma hélice uniforme, é necessário ha-ver movimento longitudinal relativo e movimento rotacionalrelativo entre a mangueira 300 e a máquina 400. Estes movi-mentos relativos necessários podem ser obtidos mantendo-seuma da mangueira e da máquina estática em um sentido absolu-to, ou movendo-se tanto a mangueira quanto a máquina em umsentido absoluto. A atribuição de movimento absoluto a umaou outra (ou a ambas) da mangueira e da máquina pode ser se-lecionada de maneira independente para os dois tipos de mo-vimento relativo (isto é, pode haver seleção mutuamente in-dependente para o movimento longitudinal e para o movimentorotacional). No que diz respeito à primeira modalidade 200de máquina de enrolar mangueira (conforme detalhado com re-ferência às figuras 3-5), foi preferível mover a mangueira300 em sentido longitudinal enquanto se mantinha a mangueirarotacionalmente estática, e inversamente manter a máquina deenrolar mangueira 200 longitudinalmente estática enquanto segirava a máquina 200 em volta da mangueira 300. No que dizrespeito à segunda modalidade 400 de máquina de enrolar man-gueira (conforme detalhado com referência às figuras 6-12),é preferível mover a mangueira 300 em sentido longitudinalatravés de uma máquina 400 longitudinalmente estática; o mo-vimento rotacional relativo necessário pode ser obtido oumovendo-se fisicamente toda a mangueira 4 00 em volta de umamangueira 300 fora de rotação, ou girando-se a mangueira 300em volta de seu eixo geométrico longitudinal 304 dentro deuma máquina 400 na qual a única rotação é a rotação distintadas rodas 408 e 424 e volta de seu eixo geométrico comum(conforme detalhado a seguir) . Para a opção de fazer girarfisicamente toda a máquina 400, ela pode ser montada em umapoio ou armação giratória (não mostrada) girada de modocontrolável em volta do eixo geométrico longitudinal 304 damangueira 300 que está sendo enrolada pela máquina 400.

Qualquer que seja a opção selecionada para a rota-ção relativa da mangueira e da máquina na disposição da fi-gura 12, a rotação das rodas 408 e 424 (com relação ao res-tante da máquina de enrolar mangueira 4 00) é controlada demodo que a roda dianteira 424 gire em volta do eixo geomé-tricô inclinado 108 a uma revolução por passo de fita enro-lada, enquanto a roda de apoio 4 08 gira em volta do mesmoeixo geométrico inclinado 108 a uma revolução por passo defita enrolada mais a rotação adicional suficiente para de-senrolar uma extensão de fita por passo do lado de dentro dorolo 100.

Outra alternativa para a operação de enrolar man-gueira consiste em modificar a máquina 4 00 conforme descritoacima e conforme ilustrado na figura 12, de modo que tanto amangueira 300 quanto a máquina 400 (como um todo) sejam man-tidas não rotacionais em volta do eixo geométrico longitudi-nal 304. Neste outra alternativa, somente o rolo de fita100, com suas estruturas de sustentação 408 e 424 imediatas,pode ser girado, com a rotação sendo unicamente em volta doeixo geométrico 3 04 do rolo pelo ângulo de avanço pretendidoda fita enrolada. 0 eixo geométrico 108 do rolo per se é fi-xo em termos absolutos e não gira em volta do eixo geométri-co 3 04 da mangueira, como em algumas formas anteriores damáquina de enrolar mangueira. De modo a se facilitar o enro-lamento helicoidal uniforme da fita sobre a mangueira nestaoutra alternativa, um dispositivo corretor de colocação (nãomostrado) é de preferência interposto entre o rolo e a man-gueira, o dispositivo corretor de colocação sendo aplicado àfita recém-desenrolada, mas não ainda enrolada, de modo a sealinhar apropriadamente a fita â medida em que entra em con-tato com a mangueira que está sendo enrolada.

Assim como para o enrolando da fita de revestimen-to reforçada com cabos 100 (conforme descrito com referênciaàs figuras 1 e 2), as máquinas de enrolar mangueira 200 e400 podem ser utilizadas sem modificação para o enrolamentode fitas que não contenham arames ou cabos (como, por exem-plo, fitas de elastômero puro para se obter um efeito à pro-va d'água simples). Deste modo, as máquinas de enrolar man-gueira de acordo com a invenção podem ser empregadas sem mo-dificação para todos os estágios de fabricação da mangueira,e em uma linha de produção de várias máquinas, todas as má-quinas de enrolar mangueira podendo ser do mesmo tipo. Amontagem e o controle operacional para o emprego da mesmamáquina em estágios de fabricação sucessivos (com váriaspassagens da mangueira) , ou para o emprego de várias máqui-nas em uma linha de produção de vários estágios ao longo daqual a mangueira passa uma vez, são simplificados e acelera-dos consideravelmente. Comparadas com máquinas de enrolarmangueira convencionais, as máquinas da invenção são menorese mais baratas e consumem menos energia quando em uso. Ex-tensões muito maiores de mangueira podem ser fabricadas semjuntas, e rolos de material de enrolamento muito mais pesa-dos do que os que podiam ser manejados anteriormente podemser manejados agora com relativa facilidade. 0 desenrolamen-to da fita de dentro do rolo de fita elimina a torção e oesticamento dos materiais de enrolamento de fita; em parti-cular, os arames e cabos de revestimento já não são maistorcidos ao serem enrolados sobre mangueiras.

Embora determinadas modificações e variações te-nham sido descritas acima, a invenção não está restrita aelas, e outras modificações e variações podem ser adotadassem que se abandone o alcance da invenção definido nas rei-vindicações anexas.

Claims (26)

1. Método de fabricação de uma mangueira (3 00) queserá forrada com pelo menos uma camada (102) de materialpara forração de mangueira, o método sendo CARACTERIZADO porincluir as etapas de obter um rolo (100) do material paraforração de mangueira (104 + 106) sob a forma de uma fita(102), o rolo (100) tendo um núcleo oco (109) cujo diâmetroé maior que o diâmetro externo da mangueira (300) , a fita(102) podendo ser retirada do interior (109) do rolo (100);posicionar o rolo (100) em volta da mangueira (300) de modoque a mangueira (100), que efetua a rotação relativa do rolo(100) e da mangueira (300) de modo a desenrolar a fita (102)de material para forração de mangueira (104 + 106) a partirdo interior (109) do rolo (100) e por sobre a mangueira(300) enquanto efetua simultaneamente a translação longitu-dinal relativa da mangueira (300) e do rolo (100), de modo ase enrolar heiicoidalmente a fita (102) de material paraforração de mangueira (104 + 106) por sobre e ao longo damangueira (300).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pela etapa de montar o rolo (100) com o eixogeométrico (108) do rolo (100) inclinado com relação ao eixogeométrico longitudinal (304) da mangueira (300) por um ân-gulo de inclinação que é substancialmente igual ao ângulo deavanço ao qual a fita (102) é enrolada helicoidalmente porsobre e ao longo da mangueira (300).

3. Método, de acordo a reivindicação 1 ou 2,CARACTERIZADO pela etapa de fazer girar o rolo (100) em vol-ta do eixo geométrico longitudinal (304) da mangueira (300).

4. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,CARACTERIZADO pela etapa de fazer girar o rolo (100) em vol-ta de seu próprio eixo geométrico (108).

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações anteriores, CARACTERIZADO pela etapa de fazer girarsimultaneamente o rolo (100) em volta de seu próprio eixogeométrico (108) e em volta do eixo geométrico longitudinal(304) da mangueira (300).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações anteriores, CARACTERIZADO pela etapa de fazer giraro rolo (100) enquanto se mantém simultaneamente a mangueira(300) não rotacional em volta de seu eixo geométrico longi-tudinal (304).

7. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,CARACTERIZADO pela etapa de fazer girar a mangueira (300) emvolta de seu eixo geométrico longitudinal (304) enquantomantém simultaneamente o rolo (100) não rotacional.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações anteriores, CARACTERIZADO pela etapa de trasladarem sentido longitudinal a mangueira (300) enquanto mantém orolo (100) estático em sentido longitudinal.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações de 1 a 7, CARACTERIZADO pela etapa de trasladar emsentido longitudinal o rolo (100) enquanto mantém a manguei-ra (300) estática em sentido longitudinal.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a fita(102) de material para forração de mangueira (104 + 106)compreende um arranjo de arames ou cabos de revestimento mu-tuamente paralelos (104) que se estendem ao longo do compri-mento da fita (102) , o arranjo de arames ou cabos de reves-timento (104) sendo embutido em um elastômero (106) .

11. Máquina de enrolar mangueira (200; 400) paraenrolar heiicoidalmente uma fita (102) de material para for-ração de mangueira (104 + 106) por sobre uma mangueira, amáquina de enrolar mangueira sendo CARACTERIZADA por compre-ender dispositivos de montagem de rolo (414 + 416 + 418)para montar, de modo a poder girar, um rolo (100) da fita(102) em volta da mangueira (300), com a mangueira (300)passando através de um núcleo oco (109) do rolo (100), dis-positivos de manejo de fita (402, 404) para retirar a fita(102) do interior (109) do rolo (100) e para enrolar a fita(102) por sobre a mangueira (300), e dispositivos de movi-mento relativo (420 + 422) para efetuar a rotação relativado rolo (100) e da mangueira (300) e efetuar simultaneamentea translação longitudinal relativa da mangueira (300) e dorolo (100) de modo a se enrolar helicoidalmente a fita (102)de material para forração de mangueira (104 + 106) por sobree ao longo da mangueira (300).

12. Máquina de enrolar mangueira, de acordo com areivindicação 11, CARACTERIZADA pelo fato de que o disposi-tivo de montagem de rolo (414 + 416 + 418) monta o rolo(100) de modo que o eixo geométrico (108) do rolo (100) sejainclinado com relação ao eixo geométrico longitudinal (304)da mangueira (300) substancialmente pelo ângulo de avançocom o qual a fita para forração de mangueira (102) é proje-tada para ser enrolada sobre a mangueira (300).

13. Máquina de enrolar mangueira, de acordo com areivindicação 11 ou 12, CARACTERIZADA pelo fato de que odispositivo de montagem de rolo (414 + 416 + 418) monta, demodo a poder girar, o rolo (100) para rotação em volta doeixo geométrico longitudinal (304) da mangueira (300).

14. Máquina de enrolar mangueira, de acordo com areivindicação 11 ou 12, CARACTERIZADA pelo fato de que odispositivo de montagem de rolo (414 + 416 + 418) monta, demodo a poder girar, o rolo (100) para rotação em volta deseu próprio eixo geométrico (108).

15. Máquina de enrolar mangueira, de acordo comqualquer uma das reivindicações de 11 a 14. CARACTERIZADApelo fato de que o rolo (100) é montado para rotação simul-tânea tanto em volta do eixo geométrico (108) do rolo (100)quanto em volta do eixo geométrico longitudinal (304) damangueira (300) que está sendo enrolada.

16. Máquina de enrolar mangueira, de acordo comqualquer uma das reivindicações de 11 a 15, CARACTERIZADApelo fato de que o dispositivo de montagem de rolo (414 +-416 + 418) monta, de modo a poder girar, o rolo (100) en-quanto mantém simultaneamente a mangueira (300) não rotacio-nal em volta de seu eixo geométrico longitudinal.

17. Máquina de enrolar mangueira, de acordo com areivindicação 11 ou 12, CARACTERIZADA pelo fato de que amangueira (300) gira em volta de seu eixo geométrico longi-tudinal (304) enquanto o rolo (100) é simultaneamente manti-do não rotacional.

18. Máquina de enrolar mangueira, de acordo comqualquer uma das reivindicações de 11 a 17. CARACTERIZADApelo fato de que o dispositivo de movimento relativo é talque, durante o funcionamento da máquina de enrolar mangueira(200; 400), a mangueira (300) se move em sentido longitudi-nal enquanto o rolo (100) de fita para forração de mangueira(102) permanece estática em sentido longitudinal.

19. Máquina de enrolar mangueira, de acordo comqualquer uma das reivindicações de 11 a 17, CARACTERIZADApelo fato de que o dispositivo de movimento relativo é talque, durante o funcionamento da máquina de enrolar mangueira(200; 400), o rolo (100) de fita para forração de mangueira(102) se move em sentido longitudinal enquanto a mangueira(300) permanece estática em sentido longitudinal.

20. Máquina de enrolar mangueira, de acordo comqualquer uma das reivindicações de 11 a 19, CARACTERIZADApelo fato de que a fita (102) de material para forração demangueira (104 + 106) compreende um arranjo de arames ou ca-bos de revestimento mutuamente paralelos (104) que se esten-dem ao longo do comprimento da fita (102), o arranjo de ara-mes ou cabos de revestimento (104) sendo embutido em umelastômero (106) .

21. Fita de material para forração de mangueira, afita sendo CARACTERIZADA por compreender um arranjo de ara-mes ou cabos de revestimento mutuamente paralelos (104) quese estendem ao longo do comprimento da fita (102), o arranjode arames ou cabos de revestimento (104) sendo embutido emum polímero (106).

22. Fita, de acordo com a reivindicação 21,CARACTERIZADA pelo fato de que o polímero é um elastômero ouum elastômero termoplástico ou um plástico.

23. Método de fabricação da fita (102) de materialpara forração de mangueira, CARACTERIZADO pelo fato de que ométodo compreende as etapas de obter uma matriz de revesti -mento (110) que tem uma fileira de aberturas (112) substan-cialmente reta ao longo de um primeiro lado da mesma e umrasgo de lados substancialmente paralelos ao longo de um se-gundo lado da mesma oposto ao primeiro lado, o número deaberturas (112) sendo igual ao número de arames ou cabos(104) a serem incorporados à fita (102), as aberturas (112)sendo dimensionadas individualmente de modo a serem um en-caixe deslizante apertado em volta de um respectivo arame oucabo (104), o dito rasgo sendo dimensionado para correspon-der à seção transversal pretendida da fita (102), depois dequalquer permissão necessária para alterações dimensionaisna fita recém-fabricada (102), e as etapas adicionais derosquear para dentro um respectivo arame ou cabo (104) atra-vés de cada uma das aberturas (112) e para fora através dorasgo oposto até um dispositivo tensor, e bombear um políme-ro (106) para dentro da matriz (110) de modo a revestir osarames ou cabos (104) enquanto aciona simultaneamente o dis-positivo tensor para esticar a fita recém-fabricada (102).

24. Método, de acordo com a reivindicação 23,CARACTERIZADO pelo fato de que o polímero é um elastômero,um elastômero termoplástico ou um plástico.

25. Rolo de material para forração de mangueirasob a forma de uma fita, CARACTERIZADO pelo fato de que afita (102) pode ser desenrolada a partir do interior (109)do rolo (100).

26. Rolo de material para forração de mangueirasob a forma de uma fita, CARACTERIZADO pelo fato de que afita (102) é uma fita de acordo com a reivindicação 21 ouuma fita fabricada pelo método de acordo com a reivindicação 23.