BR112020018976A2 - Monitoramento da condição de um cabo - Google Patents
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Abstract
a condição de um cabo (20) é monitorada de acordo com seguintes etapas: 1) fornecer um cabo (20) com material plástico (22) no interior do cabo (20), e membros de resistência (24, 28) presentes pelo menos na superfície radialmente externa do cabo (20); 2) monitorar o cabo (20) durante sua vida útil até que partes do material plástico (25) se movam para a superfície radialmente externa até que elas se tornem detectáveis na superfície externa do cabo (20).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “MONI- TORAMENTO DA CONDIÇÃO DE UM CABO”. Descrição Campo Técnico
[0001] A presente invenção refere-se a um método de monitora- mento da condição de um cabo. Técnica Antecedente
[0002] Os cabos são muito usados em guinchos e guindastes e outros dispositivos de puxar e içar, por exemplo, guindastes terrestres, abandono e recuperação (A&R), guindaste de lança articulada, puxa- dor do riser para dentro, tensores de elevação, guincho de pá de ar- raste, linhas de ancoragem, tambor de içamento de eixo profundo e aplicações de enrolamento por fricção, e elevadores. Nestas aplica- ções, os cabos necessitam de serem substituídos antes de seu final de vida, visto que uma fratura do cabo completo pode causar sérios da- nos humano e material.
[0003] Consequentemente, os cabos são regularmente inspecio- nados como para a presença de fios quebrados, corrosão, a mudan- ças no diâmetro, mudanças no comprimento da camada, ondulação, etc... Estes métodos existentes têm confiabilidade limitada, e são difí- ceis de aplicar aos cabos de fibra.
[0004] Os documentos da técnica anterior WO 2017/068054 A1 e WO 2017/067651 A1 descrevem um cabo sintético e um método de monitoramento da condição de um cabo sintético. A parte portadora de carga deste cabo sintético é circundada por uma blindagem de indica- ção de desgaste. A blindagem de indicação de desgaste compreende fibras de polímero de resistência diferente à desgaste abrasivo e/ou resistência à tensão, e/ou resistência a tensão de flexão inversa.
[0005] O WO 2010/041002 descreve uma montagem fibrosa com dois componentes. O primeiro componente fornece uma indicação vis-
ual de quando uma carga de tensão pré-determinada é aplicada à montagem, ou quando as fibras foram extendidas em dema- sia. Tipicamente a montagem fibrosa compreende fios auxéticos. Os fios auxéticos compreendem um núcleo de poliuretano que é circun- dado/envolvido por um componente de polímero de alto módulo, tal como DYNEEMA® ou SPECTRA® ou KEVLAR®. A escolha do ângulo de enrolamento junto com a escolha do fio auxético particular e seu diâmetro afeta o desempenho e modo de indicação visual da monta- gem fibrosa.
[0006] O WO 93/03219 descreve um cabo incluindo um compo- nente sensível ao calor que está sujeito a uma mudança visível na aparência, tal como uma mudança de cor, quando exposto a uma temperatura elevada selecionada resultante de uma liberação de calor relacionada à deformação a partir do cabo.
[0007] O EP 2 894 119 A1 descreve um cabo de elevador com- preendendo pelo menos um membro portador de carga. O membro portador de carga é produzido de um material composto com fibras de reforço em uma matriz de polímero. A matriz compreende cápsulas que armazenam substância de monômero em forma de fluido. As cápsulas podem tornarem-se rompidas como um resultado de ruptura no material portador de carga. Desde que a substância nas cápsulas é fluido, ela facilmente se difundirá e indicará uma necessidade de reparo.
[0008] A US 2007/0125060 A1 descreve um método de determinar o desgaste e características de linhas de cabo torcidos usados em sistemas de armação. Um ou mais fios diferentemente coloridos são adicionados a pelo menos um dos cordões do cabo torcido. Eles são originalmente posicionados para não serem visíveis a olho nu. Durante a vida útil, forças de fricção, desfiando dos fios mais externos, even- tualmente exporão os fios coloridos à superfície, fornecendo um in-
dicador visual. Descrição da Invenção
[0009] É um objetivo geral da presente invenção fornecer um mo- do alternativo de monitorar a vida útil ou condição de um cabo.
[0010] É outro objetivo da presente invenção fornecer um meio de monitorar a vida útil ou condição de um cabo que é adequado para um cabo sintético, um cabo de aço, e um cabo híbrido (aço sintético).
[0011] De acordo com a presente invenção, é fornecido um méto- do de monitoramento da condição de um cabo. O cabo compreende membros portadores de carga torcidos ou entrançados. O método compreende as seguintes etapas:
[0012] 1) fornecer um cabo com material plástico sólido não porta- dor de carga no interior do cabo e membros de resistência torcidos ou entrançados pelo menos na superfície radialmente externa do cabo;
[0013] 2) monitorar o cabo durante sua vida útil até que partes do material plástico se movem para a superfície radialmente externa de modo que as partes tornem-se detectáveis na superfície externa do cabo.
[0014] A vantagem deste método de monitoramento é que ele é um método simples e que uso pode ser feito de material plástico que já está dentro de uma quantidade de cabos para outra proposta. Além disso, o método de monitoramento é útil não somente como ferramen- ta de monitoramento, mas também para aumentar a resistência contra “fretting” de várias fibras ou fios ou cordões no interior do cabo no caso de material plástico ser adicionado aos cabos onde nenhum material plástico estava presente antes. Em adição, a adição de material plásti- co aperfeipçoa a estabilidade radial.
[0015] Os termos ‘material plástico sólido’ se refere a material plástico que não é líquido em um estado não solicitado à temperaturas abaixo de 30°C. Os termos ‘material plástico não portando carga’ se refere a material plástico que tem uma resistência à tensão que seja mais baixa do que 5% da resistência à tensão dos membros portado- res de carga, por exemplo, mais baixa do que 2%.
[0016] Outra vantagem é que este método de monitoramento é adequado para cabos sintéticos, cabos de fio de aço, e cabos híbridos, onde o termo ‘híbrido’ se refere a cabos com membros portadores de carga de ambos aço e material sintético.
[0017] Os termos ‘até que as partes tornem-se detectáveis na su- perfície externa do cabo’ refere-se a uma situação onde o material plástico torne-se detectável na superfície externa do cabo, isto é, pro- jetando-se para fora do cilindro virtual que circunda o cabo.
[0018] Uma vez que uma quantidade significante do material plástico torne-se detectável na superfície externa do cabo, o cabo pode ser o objeto de uma inspeção detalhada adicional, ou pode-se substituir o cabo, ou pode-se decider esperar até que uma fase adi- cional de desgaste progrida.
[0019] O material plástico é, de preferência, um polímero termo- plástico que sem função de suporte de carga. Durante a vida útil do cabo, este material plástico preenche outra função do que suporte de carga. O material plástico pode funcionar como uma almofada “anti- fretting” que posiciona vários cordões de aços portadores de carga ou cordões sintéticos, de modo que eles não se esfolam um contra o ou- tro. O material plástico pode também funcionar como proteção de cor- rosão para elementos de aço portadores de carga no interior do mate- rial plástico.
[0020] O material plástico é, de preferência, assim selecionado que sua taxa de desgaste seja maior do que a taxa de desgaste dos elementos portadores de carga no cabo. Desse modo, o aparecimento de partes do material plástico na superfície externa do cabo ocorre an- tes de substancial perda de carga de ruptura, ou resistência à fadiga.
[0021] De acordo com a invenção, o monitoramento pode ser feito visualmente por olhos humanos, ou pode ser feito mecanicamente ou oticamente por um aparelho de detecção. Durante monitoramento mecânico, um aumento local no diâmetro do cabo é detectado. Duran- te monitoramento ótico, o aparecimento de uma quantidade significan- te de material plástico na superfície externa do cabo está sendo assis- tida. O tamanho exato do aumento do diâmetro, ou a quantidade ou volume de material plástico que é necessária para disparar um primei- ro sinal ou alarme depende do cabo particular, do tipo, quantidade e posição de material plástico, e da criticalidade do uso do cabo, e ne- cessidade de ser determinado caso a caso.
[0022] Os membros portadores de carga no cabo podem ser fios de aço, fibras sintéticas, fitas sintéticas, varetas sintéticas, ou uma combinação destes.
[0023] O material plástico no interior do cabo pode ser um homo- polímero, um copolímero, um plastômero termoplástico, um elastôme- ro, um elastômero termoplástico, ou uma combinação destes.
[0024] O material plástico pode estar presente em várias formas: por exemplo, como material extrudado, por exemplo, na forma de um núcleo extrudado, na forma de filamento, na forma de película, etc…
[0025] O material plástico pode ser aplicado por extrusão, por ex- emplo, extrusão ao redor de um núcleo, trançamento, encalhe, en- rolamento, etc…
[0026] De preferência, o material plástico pode ter uma cor que seja diferente da cor dos membros portadores de carga na superfície radialmente externa do cabo.
[0027] Visto de um aspecto alternativo e independente da inven- ção, é fornecido um método de monitoramento da condição de um ca- bo. O método compreende as seguintes etapas:
[0028] a) fornecer um núcleo compreendendo polímero termoplás-
tico não portando carga;
[0029] b) torcer, entrançar ou envolver membros portadores de carga ao redor do núcleo de modo a formar um cabo;
[0030] c) colocar o cabo em serviço;
[0031] d) monitorar o cabo durante sua vida útil até que partes do polímero se movam para a superfície radialmente externa de modo que as partes tornem-se detectáveis na superfície externa do cabo.
[0032] O polímero termoplástico não portando carga pode ser provido por meio de extrusão. O núcleo pode consistir em polímero termoplástico extrudado ou, alternativamente, pode compreender um ou mais membros portadores de carga onde o material termoplástico foi extrudado ao redor.
[0033] O núcleo pode ter uma seção transversal circular ou, alter- nativamente, uma seção transversal não circular, por exemplo, um nú- cleo acanelado com ranhuras para localizar os vários membros porta- dores de carga circundantes.
[0034] Um cabo com um núcleo compreendendo polímero termo- plástico não portando carga e membros portadores de carga ao redor é conhecido como tal. Contudo, até agora, o polímero termoplástico não portando carga não foi ainda usado como ferramenta de monito- ramento. Em comparação com os cabos existentes, o termoplástico não portando carga tem uma taxa de desgaste mais alta, um ponto de fusão mais baixo, uma viscosidade mais baixa.
[0035] O método de monitoramento conforme descrito acima para o cabo total, isto é, com um núcleo tendo um polímero termoplástico não portando carga e membros de resistência ao redor, pode ser apli- cado também para um ou mais cordões no caso de um cabo de multi- fio. Isto significa que um ou mais cordões terão um núcleo como mate- rial termoplástico não portando carga e membros de resistência ao re- dor. Durante serviço ou vida útil, os cordões relacionados são monito-
rados até que o polímero termoplástico apareça na superfície do cor- dão.
[0036] Em uma concretização alternativa e preferível da invenção, tipos diferentes de material plástico podem estar presentes no interior do cabo.
[0037] De preferência, os tipos diferentes de material plástico po- dem ser mover em taxas diferentes para a superfície externa do cabo de modo que um tipo de material plástico torna-se mais cedo de- tectável do que outro tipo de material plástico. Os tipos diferentes de material plástico podem estar presentes em diferentes localizações no interior do cabo, por exemplo, um tipo de material plástico pode estar presente apenas sob a camada radialmente externa de membros por- tadores de carga, outro tipo de material plástico pode estar presente próximo ao núcleo do cabo. Mais de preferência, o material plástico que se move a uma taxa mais alta está presente radialmente externa- mente para o material plástico que se move a uma taxa mais baixa. O material plástico que se move a uma taxa mais alta pode ter ou uma viscosidade mais baixa, ou ter uma taxa de desgaste mais alta, ou ambas, do que o material plástico que se move a uma taxa mais baixa. Os tipos diferentes de material plástico podem ter uma cor diferente.
[0038] O cabo pode ser uma corda de fio único ou uma corda de multifio. O cabo pode ser de construção trançada ou de uma con- strução entraçada. No caso de um cabo de multicamada, o material plástico está presente no interior pelo menos de um dos fios radial- mente externos. Breve Descrição das Figuras nos Desenhos
[0039] A Figura 1 mostra uma seção transversal de um primeiro cabo antes de posto em uso;
[0040] A Figura 2 mostra uma seção transversal de um primeiro cabo após algum uso;
[0041] A Figura 3 mostra uma seção transversal de um segundo cabo após algum uso. Modo(s) para Efetuar a Invenção
[0042] A Figura 1 é uma apresentação esquemática de uma seção transversal de um cabo de fio de aço 10 antes deste cabo ser sub- metido a carregamento. O cabo 10 compreende um núcleo de plástico 12 e uma camada de cordões de aço 14 que circundam o núcleo de cabo plástico 12. Cada dos cordões de aço 14 compreende um núcleo do cordão plástico 16 e vários fios de aço 18 que circundam o núcleo do cordão plástico 16.
[0043] Ainda referindo-se à Figura 1, podem existir pequenas aberturas ou interstícios entre os vários cordões de aço 14, mas isto não significa que o material plástico torna-se ‘detectável’ or fisicamente presente na superfície externa do cabo no significado da presente in- venção. O mesmo é válido para quaisquer aberturas ou interstícios entre os vários fios de aço 18 dos cordões 14.
[0044] A Figura 2 é uma apresentação esquemática da seção transversal de um fio de aço cabo 20, similar ao cabo de fio de aço 10; contudo, após ser posto em prática e após ter sido submetido a carregamento ou encurvamento, ou ambos, de modo que o material plástico torne-se detectável na superfície externa do cabo 20.
[0045] O cabo 20 compreende um núcleo de cabo plástico 22 e cordas 24 que circundam o núcleo de cabo plástico 22. Durante uso do cabo 20, o núcleo de cabo plástico 22 começa a se mover e fluindo até que uma parte 25 se projete a partir do cabo, e torne-se detectável na superfície externa do cabo 20.
[0046] Pelo menos um cordão de aço 24 compreende um núcleo do cordão plástico 26 e fios de aço 28 torcidos ao redor do núcleo do cordão plástico 26.
[0047] Em adição à parte projetante 25, ou alternativamente à parte projetante 25, o plástico pode ter se movido ou escoado de modo que uma parte 29 se projeta da corda 24 e torna-se detectável na su- perfície externa do cabo 20.
[0048] A Figura 3 é uma apresentação esquemática de uma seção transversal de outro cabo 30 após ter sido submetido a carregamento ou encurvamento, ou ambos.
[0049] O cabo 30 compreende um núcleo de fio de aço 31 ex- trudado com uma camada plástica interna 32 que começou a ser mov- er radialmente externamente para formar uma parte 33 que se projeta para fora da camada intermediária de fios de aço 34. O cabo 30 ainda compreende uma camada plástica externa 35 que foi extrudada ao redor da camada intermediária de fios de aço 34, e movida para a su- perfície externa do cabo 30, e formada uma parte 36 que se projeta para fora da camada externa de filamentos de aço 37.
[0050] De preferência, o material plástico 35 tem uma viscosidade mais baixa, ou taxa de desgaste mais alta do que o material plástico 32, de modo que ele começa a se mover ou fluir anteriormente.
[0051] De preferência o material plástico 35 tem outra cor do que o material plástico 32.
[0052] No caso de decidir-se que o cabo 30 pode ainda funcionar corretamente apesar do aparecimento de partes plásticas 36 na super- fície externa, pode-se esperar até que o material plástico 32, 34 se torne detectável na superfície externa. Desse modo, o aparecimento de partes plásticas 36 somente serve como um aviso do primeiro está- gio.
[0053] Os exemplos acima todos se relacionam a cabos de fio de aço. Contudo, a invenção é também aplicável a cabos sontéticos ou a cabos híbridos, onde fibras sintéticas funcionam como membros por- tadores de carga.
[0054] No caso das fibras sintéticas estarem presentes no cabo como membros portadores de carga, a invenção não é limitada a cer- tos tipos de fibras sintéticas, mas é aplicável para todos os tipos de fibras sintéticas. Exemplos de fibras são fibras de poliamida, fibras de poliéster, fibras de poliolefina, tais como fibras de polipropileno e de polietileno, e, particularmente, fibras sintéticas de alta resistência, tais como polipropileno de alta resistência (HSSP), polietileno de alto módulo (HMPE), polietileno de peso molecular ultra alto (UHMwPE), fibras de para-aramida, tal como fibras de poli(P-fenileno tereftalamida) (PPTA), fibras de poliéter de cristal líquido (LCP/LCAP), de poli(P- fenileno-2,6-benzobisoxazole) (PBO), fibras de meta-aramida tais co- mo fibras de poli (m-fenileno isoftalamida, fibras de copoliamida de (cloreto de terefaloil, P-fenilenodiamina, 3,4'-diaminodifenil éter), nor- malmente referidos como "aramida de copolímero").
[0055] Os materiais de polímero podem estar presentes não somente em formato de fibra, mas também em outro formato longitudi- nal, tal como uma fita, filamento e varetas. Várias fibras diferentes po- dem também serem combinadas em uma corda e/ou em um cabo.
[0056] No caso de fios de aço, os fios do cabo podem ser produzi- dos de aço de alto carbono. Um aço de alto carbono tem uma com- posição de aço conforme segue: um teor de carbono variando de 0,5 % a 1,15 %, um teor de manganês variando de 0,10 % a 1,10 %, um teor de silício variando de 0,10 % a 1,30 %, teores de enxofre e de fósforo sendo limitados a 0,15 %, de preferência a 0,10 % ou ainda mais baixos; elementos de micro-liga adicionais, tais como cromo (até 0,20 % - 0,40 %), cobre (até 0,20 %) e vanádio (até 0,30 %), podem ser adicionados. Todas as percentagens são percentagens por peso.
[0057] De preferência, os fios de aço e/ou cordas de fio de aço de pelo menos uma camada metálica são revestidos individualmente com zinco e/ou liga de zinco. Mais de preferência, o revestimento é forma- do na superfície do fio de aço por processo de galvanização. Um re- vestimento de zinco alumínio tem uma melhor resistência à corrosão total do que o zinco. Em contraste com o zinco, o revestimento de zin- co alumínio é mais resistente à temperatura. Ainda em contraste com o zinco, não existe escamação com a liga de zinco alumínio quando exposta a altas temperaturas. Um revestimento de zinco alumínio pode ter um teor de alumínio variando de 2 peso % a 12 peso %, por exem- plo, variando de 5% a 10%. Um composição preferível situa-se em tor- no da posição eutectoide: alumínio cerca de 5 peso %. O revestimento de liga de zinco pode ainda ter um agente molhante tal como lantânio ou cério em uma quantidade menor do que 0,1 peso % da liga de zin- co. O restante do revestimento é zinco e impurezas inevitáveis. Outra composição preferível contém cerca de 10% de alumínio. Esta quan- tidade aumentada de alumínio fornece uma melhor proteção de cor- rosão do que a composição eutectoide com cerca de 5 peso % de alumínio. Outros elementos tais como silício e magnésio podem ser adicionados ao revestimento de zinco alumínio. Mais de preferência, com vista a otimizar a resistência à corrosão, um boa liga particular compreende 2% a 10% de alumínio e 0,2% a 3,0% de magnésio, o restante sendo zinco.
[0058] De preferência, os fios de aço e/ou cordas de fio de aço são galvanizados nas pontas. Em outras palavras, não existe estiramento adicional para os fios revestidos ou suportes de fio. Desse modo, um peso de revestimento mais alto e uma melhor resistência à corrosão são obtidos juntos com uma alta resistência de rendimento. Lista de Números de Referência 10 cabo com material de polímero no interior antes de uso 12 núcleo plástico do cabo 14 camada de fio
16 núcleo plástico do fio 18 fio de aço do cordão 20 cabo com material plástico no interior após algum uso 22 núcleo plástico do cabo 24 fio 25 parte projetante do núcleo plástico do cabo 26 núcleo plástico do fio 28 fio de aço do cordão 29 parte projetante do núcleo plástico do fio 30 cabo com dois tipos de material plástico no interior após algum uso 31 núcleo de fio de aço 32 plástico interno ao redor do núcleo de fio de aço 33 parte projetante do plástico interno 34 fio de aço da camada intermediária 35 plástico externo ao redor da camada intermediária 36 parte projetante de plástico externo 37 fio de aço da camada externa
Claims (12)
1. Método de monitoramento da condição de um cabo com- preendendo membros portadores de carga que são torcidos ou en- trançados juntos, caracterizado pelo fato de que o referido método compreende as seguintes etapas: - forcener um cabo com material plástico sólido não por- tador de carga no interior de referido cabo e membros de resistência torcidos ou entrançados pelo menos na superfície radialmente externa do cabo; - monitorar o cabo durante sua vida útil até que partes de referido material plástico se mova para a superfície radialmente ex- terna até que referidas partes se tornem detectáveis na superfície ex- terna do cabo.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido monitoramento é feito visualmente por olhos humanos.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido monitoramento é feito oticamente por um dis- positivo de medição.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido monitoramento é feito mecanicamente por um dispositivo de medição.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que referidos membros porta- dores de carga são fios de aço, fibras sintéticas, fitas sintéticas, vare- tas sintéticas, ou uma combinação destes.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que referido material plástico é um homopolímero, um copolímero, um plastômero termoplástico, um elastômero, um elastômero termoplástico, ou uma combinação destes.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que referido material plástico tem uma cor diferente da cor de referidos membros portadores de car- ga.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que tipos diferentes de referi- do material plástico estão presentes no interior de referido cabo.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que referidos tipos diferentes de referido material plástico têm diferentes viscosidades ou diferentes taxas de desgaste.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que referidos tipos diferentes de referido material plástico estão presentes em diferentes localizações no interior de referido ca- bo.
11. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que material plástico com uma viscosidade mais baixa ou um taxa de desgaste mais alta está presente radialmente externamen- te ao material plástico como uma viscosidade mais alta.
12. Método de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que referido cabo é um cabo multifio, e no qual referido material plástico está presente no inte- rior de pelo menos um dos fios radialmente externos.
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