L'inventiorl a pour objet un procéde et une machine pour l'enroulement d'une pluralite de bandes sur un corps cylindrique.
Il est courant de renforcer des corps cylindriques, com-me par exemple des conduites soumises à une pression interrle, par des enroulements de bandes comme par exemple dcs fils ou des feuillards, frettes, permettant de les utiliser à une pression de service nettement superieur à la pression à laquelle on pourrait utiliser le même tube sans frettage. C'est ainsi que, dans le - brevet français 1.564.764 dépose le 29 Fevrier 1968 par la même Societé, on décrit un procédé de fabrication d'une enceinte de ré-volution qui consiste à enrouler sur un corps de révolution un fil métallique dont la limite d'élasticité est supérieure à celle du corps et de soumettre l'ensemble à une pression interne permettant ; de dépasser la limite d'élasticité du corps sans depasser celle du fil metallique, le frettage étant ob~enu par la déformation perma-nente du corps de révolution subsistant lorsque la pression interne est supprimee.
Vans ce brevet, le fil est enroulé sous un~ tension juste ; suffisante pour assurer la bonne application du fil sur la paroi cylindrique. Mais il est également possible, dans d'autres procé-dés, d'enrouler le fil sous une tension permettant d'obtenir direc-i tement le frettage désiré sans soumettre le ~e~p~ cylindrique à
, ~ ' une expansion préalable.
-i Il est possible de réaliser le frettage soit au moyen d'anneaux, jointifs ou non, constitués chacun de spires superposées bobinées autour du tube, à pas nul, soit par plusieurs couches de bandes, par exemple de feuillard, superposées et eventuellement croisées, chaque couche étant enroulée en hélice.
Lorsque le corps cylindrique est une conduite, comme un pipeline, constituée de tubes assemblés bout à bout, le frettage peut être fait soit tube par tube, soit en continu.
Lorsque le frettage est fait tube par tube, il doit être , , . - - - - :
arrêté à une certaine distance de chaque extrémité du tube, pour pouvoir effectuer le raboutage par soudure des tubes les unes à
la suite des autres.
Il est donc intéressant d'effectuer en continu l'enrou-lement des bandes sur une ligne de tubes soudés, sur le site meme -; où est mise en place la conduite. Dans ce cas, les interruptions de frettage dépendent de la longueur de la bande enroulée, limitée soit par les possibilités de fabrication en usine, soit par les moyens de transport et de mise en place sur la machine.
Cependant, l'enroulement en continu de bandes sur une conduite pose des problèmes dûs notamment au fait que, même si la tension de frettage n'est pas appliquée pendant l'enroulement, il est nécessaire de soumettre la bande enroulée à une tension mini-male pour obtenir ou moins une bonne application de cette bande sur le corps. Du fait de cet effort appliqué à sa périphérie le corps cylindrique risque de se déformer et doit donc être mainte-nu. C'est pourquoi les machines utilisées jusqu'à présent sont très importantes et onéreuses. D'autre part, même après la pose, ~ -la conduite reste soumise à des efforts qui tendent a la tordre, et si elle se déforme, ce qui est possible notamment pour les con-duites immergées, la bande de frettage peut se decoller du corps cylindrique en certains endroits, ce qui constitue un risque de détérioration du tube.
L'invention a pour objet un procédé d'enroulement de ban-des évitant les risques de torsion du tube.
L'invention couvre également une machine d'enroulement i qui, gr~ce aux particularités du procede, pourra être relativemellt légère et simple.
Conformément à l'invention, on réalise des enroulements simultanément et en des sens opposés dans deux zones écartées l'une - de l'autre, chaque zone recevant au moins deux bandes enroulées dans le même sens et s'appliquant sur la conduite en des points 1~54588 répartis de telle sorte que la résultante des efforts de traction sur les bandes soit nulle.
La machine d'enroulement selon l'invention comprend un châssis; deux tourelles écartées l'une de l'autre, capables d'entourer chacune le corps cylindrique dans un plan perpendi-culaire à son axe et montées rotatives sur le châssis autour dudit axe, et un moyen d'entraînement en rotation simultané
des tourelles en des sens opposés. Chaque tourelle porte une pluralité de bobines de stockage des bandes montées rotatives sur la tourelle autour d'axes régulièrement répartis le long de la périphérie de la tourelle.
On décrit, ci-après, un mode de réalisation particu-lier, donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés.
La figure 1 est un schéma illustrant le procédé
selon l'invention~
La figure 2 est une vue en élévation d'une machine pour la mise en oeuvre du procédé.
La figure 3 est une vue de côté selon III-III, figure 2.
La figure 4 représente, en détail, un dispositif annexe de précambrage de bandes.
La figure 5 représente schématiquement, en coupe longi-tudinale, une installation pour l'enroulement de bandes sous tension.
La figure 6 est une vue en coupe transversale de l~ins-tallation représentée sur la figure 5.
La figure 7 est une vue schématique d'une chaîne de régulation des tensions sur les tensions sur les bandes.
La figure 8 est une vue de d~tail selon IV-IV figure 7.
La figure 1 illustre le principe de l'invention.
Les enroulements sont effectués en deux plans A et B
écartés l'un de l'autre.
~ .
l~,. . .-- . , , :
uans chaque zone, on effectue au moins deux e~lroulements ~ans le même sens et sous la même tension. Ainsi, dans l'exemple representé sur la figure 1, chaque zone A ou B reçoit deux enrou-lements. Les bandes ~ enrouler sur la conduite 1 sont placées sur des bobines 21, 22 dans la zone A et 23, 24 dans la zone B, ces bobines étant disposees de telle sorte que les bandes, en se déroulant, prennent contact avec la conduite 1 en des points dia- -métralement opposés deux à deux. ;
Par ailleurs, les bobines 21, 22 sont enroulées dans uncertain sens,par exemple selon la flèche (a ) dans la zone,~, au-tour du centre 01 de la conduite et dans le sens opposé (b), dansla zone B, autour du centre 02 de la conduite. L'ensemble est mon-té sur un châssis 3 qui peut se déplacer parallelement à l'axe de la conduite par exemple au moyen d'organes de roulement 32, à la vitesse V.
- Comme on l'a indiqué précédemment les tensions appliquées ~-sur les bandes peuvent être importantes si l'on désire obtenir di-! ~ rectemcnt le frettage ou peu élevées ~i l'on recllerche seulement i ~ une bonne application des bandes sur la parroi cylindrique. Mais ~ quelle que soit la tension, si elle est égale sur les deux bandes, .~
i 20 l'enroulement n~introduira aucune flexion sur la conduite, celle-ci étant soumise uniquement à un couple pur, étallt donné que les bandes s'appliquent sur la paroi en des points diamétralement op-posés.
Les enroulements étant effectués en des sens opposcs , .~
~, dans les deux zones A et B, les couples appliqués sur la conduite dans les deux plans seront ~galemellt oppos~s si les tensions sur les bandes sont égales. Les deux couples s'équili~rant, seule la ~ partie de la conduite comprise entre les deux zones d'enroulement ! "~
i sera soumise à des efforts de torsion, les parties amont et aval étant en équilibre.
Grace à l'invention, il n'est donc pas nécessaire de maintenir la conduite et l'enroulement peut être plus facilement .
effectué en continu sur le site. Dans le cas, par exemplc d'une conduite immergée, il est possible de souder les tubes bout a bout sur un ponton et d'enrouler en meme temps les bandes au fur et à
mesure de la fabrication.
D'autre part, la machinc d'enroul~men~ supporte elle-mê-me des efforts equilibres et elle peut donc s'appuyer directement sur le tube puisqu'elle ne risque pas de tourner autour de celui-ci.
Dans l'exemple precédent, on enroulait deux bandes dans cha~ue zone et sous des tensions egales mais il est évidelnment pos-sible de choisir le nombre de bandes, leur r6parti~ion autour de la conduite et leurs tensions pour que d'une part la resultante des efforts de traction appliques sur les bandes `soit nulle de fa- ~ -çon que dans ce-tte ~one la conduite soit soumise à un couple pur, et que, d'autre part, les couples exercés dans les deux zones soient opposés. C'est un simple problème de statique.
Ainsi, on pourrait enrouler dans chaque zone un noMbre pair de bandes s'appliquant sur la conduite en des points diamétra-lement opposes deux à deux, les efforts de traction sur cllaque pai-re étant ~gaux.
Mais le même résultat est obtenu en enroulant un nombrequelconque de bandes soumises à des efforts égaux si les points d'application sont r~guli~rement répartis sur la perip~l~rie de la conduiteA C'est le cas par exemple de trois bandes s'appliquant sur la conduite en des points angulairement décalés d~ 120.
Dans l'exemple représenté figure 1, le châssis 3 se dép-lace par rappor~ à la conduite à unc vitesse V de fa~on à r~aliser un enroulement en hélice avec, entre deux bandes adjacentes, un jeu qui d~pend du pas de l'hélice et de la largeur de la bande, le pas -étant lui-même déterminé par la vitesse de translation V et la vi~
tesse d'enroulement.
Il est évidemment possible de déplacer la machine d'enrou- ~ -_ 5 _ : : ' lemeIlt par rapport a la col~duite ou l'inverse, les dcpla~ementsétant relatifs.
~ ais on peut aussi executer des enroulements à pas nul pour constituer une scrie de bo~ines placées les unes à cote des autres avec ou sans jeu appréciable entre deux ~obines successives.
On pourrait par exemple enrouler un feuillard ou un fil de section æ aplatie en~ ourchc_ superposéest éventuellement a l'intérieur d'une goulotte entourant le tube de ~a~on à maintenir les bandes enroul~es.
Une machine pour la m~se en oeuvre du procédé est repré-s~ntée à titre d'exemple sur les figures 2 et 3.
La machine comprend essentiellement un chario~ qui se compose de deux plateaux 30 reliés entre eux par des longerons 31.
L'ensemble est monté déplacable le long de la conduite 1, au moyen d'organes de roulement 32 montés rotatifs sur les longerons 30 et orientés radialement par rapport à la conduite.
Comme on le voit sur la figure 3, chaque plateau a la forme d'un C entourant partiellement la conduite et les organes de roulement 32 sont placés au moins à la partie supérieure du châssis et sur les côtés de façon à maintenir et à centrer parfaitement le châssis par rapport à la conduite.
Chaque plateau 30 porte une tourelle 33 montée rotative sur un chemin de roulement circulaire menagé sur la péripllérie du plateau 30 et centré sur l'axe 10 de la conduite.
Ainsi, le chemin de roulement peut être constitué de trois ' paires de galets 34 ~figure 3) placés au centre et aux extrémités ` du plateau 30 en des points angulairement décalés de 120 de facon -' à bien centrer la tourelle 33 par rapport à l'axe 10. De prefe-rence, comme on l'a représenté sur la figure 2, les axes de chaque paire de galets 34 formeront un V assurant le centrage longitudi-nal de la tourelle 33 par rapport au plateau.
Chaque plateau porte également un pignon 35 qui engrène sur une denture 36 m~nagée le long de la paroi interne de la tou-., .
.~ .
' lOS4S88 relle 33 correspel~dante de telle sorte que le pignon 35 commande la rotation de la tourelle 33 autour dc l'axe 10.
Les pignons 35 places respectivement sur les deux pla-teaux 30 écartes l'un de l'autre sont entraines en SellS inverse par un moteur (M) par l'intermediaire de chaines CinélnatiqUeS re-présentees schematiquement sur la figure 2.
Les bandes à enrouler sur le tube 1 son-t placées sur des bobines 21, 22,23, 24 montees par paires sur lcs deu~ tourel-les 33 ecartees l'une de l'autre. L'axe de chaque ~obine est por-te par un bras 25 articule autour d'un axe 26 orthogonal a l'axelongitud,inal 10 de la conduite sur une chape 27 fixe sur la tou~
le 33.L'inclinaison du bras 25 et par consequent de la bobine cor-respondante par rapport à l'axe 10 peut être règlée par exemple au moyen d'un verin mecanique 28 prenant appui sur la tourelle 33 et sur l'extremite du bras 25, selon le pas de l'helice.
On voit qu'en déplaçant le chariot lonyitudinalement par rapport a la conduite et en commandant simultanement la rotation des tourelles 33 en des sens opposes, on effectue l'enroulemen~
de deux paires de bandes, selon une helice dont le pas depend de la vitesse de translation par rapport à la vitesse d'enroulement.
L'inclinaison des bras 25 supportant les bobines permet une ~onne ~ application de la bande sur la conduite essentiellement lorsque la ; bande a une largeur rela~ivement inportante, comme dans le cas d'un feuillar~d. Ainsi, dans le cas d'un enroulement a spires jointives, l'inclinaison i de l'helice par rapport a une section droite d'un tube sera tel~le que : p = l/cosi p étant le pas de l'hélice et 1 la largeur de feuillard.
Le deplacement relatif de la machine d'enroulelnent par rapport à la conduite peut être effectué par une des roues 320 de support du chariot, rendue motrice grâce à une transmission mécani-que 37 representee schematiquement sur la figure 2. La rotation en sens contraire des deux tourelles est obtenue par un inverseur .
,:
:.. : . ... . . : . . .-38 ~galement entraine par le moteur M, et un crabotage permet de désolidariscr le moteur de l'entrainement des tourelles. Les ga-lets de centrage 32 sont de préférence montés rotatifs sur les lon-gerons 31 autour d'axes perpendiculaires à l'axe longitudinal 10 de telle sorte qu'un volant 39 avec sa timonerie permette de corri-ger une dérive éventuelle du chariot.
Cette timonerie agit seulement sur les roues centrales, les roues de guidage latérales, solidaires des longerons latéraux empêchant le "roulis".
L'enroulement de bandes selon le procéde et grâce a la machine qui viennent d'être décrits, est effectue de la façon sui-vante dans le cas de quatre bandes croisees: -- on accroche tout d'abord le debut de lapremierè couche forMee de deux bandes jointives de feuillard venant des bobines de la tourelle amont et s'appliquant sur la conduite en des points diametralement opposés. L'inclisaison des bobines est reglée de telle sorte que les bandes soient jointives. ;
La machine est alors mise en marche et deplacée d'une ~j~ /o,15~.f l~n~rcur egale ~ l'entraxe des deux tourelles avant et arriere.
Jl .~
Apres arrêt de la machine, on accroche la deuxieme cou-che de feuillard formée également de deux bandes jointives enrou-lées sur les bobines montées sur la tourelle aval.
La machine est remise en marche ek l'on commande en mê-me temps l'avancement longitudinal et la rotation des tourelles a des vitesses qui sont reglées l'une par rapport a l'autre de tel-le sorte que les bandes soient enroulées en hélice a un pas qui correspond, dans l'excmple rcprcsellte, a la largcur cl'une bande, celles-ci étant jointives. La machine est ainsi avancée le long de la conduite, jusqu'a déroulement presque complet des bobines.
On arrête alors la machine et on coupe le feuillard apres avoir fixe les extrémites des bandes constituant la première couche par un moyen quelconque qui n'a pas à être ~ecrit dans la presente deman-.; - --- lOS~S88 de. On avance alors d'une longueur égale à l'entraxe des tourelles, et on coupe les bandes de la deuxieme couche après avoir accroché
leurs extremités de la m8me fa~on que préc~demment.
Comme on l'a indiqué précéde~ment, le procédé qui a été
décritest applicable quelle que soit la tension des bandes, dans la mesure où la résultante des efforts de traction des bandes en-roulées dans une même zone est nulle, la conduite étant soumise ; dans cette zone à un couple pur. Lorsque l'effor~ de traction est important, il est n~icessaire que l'on dispose d'un moyen de régula-tion des tensions de fa~on que les conditions d'enroulernent indi-quées précédemment soient respectées. Lorsque la tension appliquée sur la bande a seulement pour rôle d'assurer une bonne application de la bande sur la conduite, il est possible de l'obtenir en frei-j nant simplement le déroulement des bobines, le couple de freinage .~j ,. .
étant de préférence asservi au rayon de la bobine de feuillard.
, A titre d'exemple, un systeme de freinage a été représen-, téschématiquement sur la figure 3. Il comprend une machoire 4 de t serrage d'un disque 40 solidaire du moyeu de la bobine de feuillard.
, La machoire 4 est actionnée hydrauliquement sous une~pression pro-portionnelle au rayon de la bobine de feuillard restant enroulée.
A cet effet, un galet 41 monté sur un levier 42 est appliqué sur le feuillard au moyen d'un ressort, le levier 42 agissan~ sur la pression d'huile par exemple par l'interm~diaire d'une came non , i ~
figurée dont le profil permet d'obtenir la proportionnalit~ dési-~3 rée.
.
Bien entendu, les dispositifs ~quivalents pourraient ~tre imaginés.
D'autre part, lorsque la bande enroulée sur la conduite 1 a une certaine rigidité, en particulier lorsqu'on enroule un ;~ 30 feuillard, il est utile de disposer entre la bobine et la conduite ;, un dispositif de précambrage representé schématiqueme~t sur la ~ figure 4.
: ., _g_ 105458~
~o~`C ~G"1 6r~if e ~ Le dispositif de~r6~h~fbg~ est une petit~ cintreuse à trois galets montée sur un support 5 fixé à l'axe de la bobine débitrice 21 (et 22, 23, 24). Il comporte donc un galet fixe 50 tournant librement sur un axe fixe au support 5 et deux galets 51, 52, réglables par coulissement de leurs axes dans des lumières oblongues;ménagées sur le suppoEt 5 et pouvant tourner librement sur leurs axes.
~ la sortie de la bobine débitrice, le feuillard entre donc dans la cage constituée par les galets 50, 51, 52 et le sup--- 10 port 5 et ressort pour s'enrouler sur le tube à fretter.
Le réglage des galets permet de dépasser la limite élas-, tique du feuillard de façon à lui donner une déformation permanente ayant une courbure un peu inférieure au diamètre du ~ube ce qui garantit une excellente application sur la conduite 1.
~ntre la sortie du dispositif de précambrage 5 et le point d'application sur la conduite, le feuillard est tendu, mais cette tension, compte tenu de la courbure, ne dépasse pas la limi-te élastique du feuillard qui n'est donc pas redressé de fac,on permanente.
- . . .
,~ 20 Bien entendu, les galets 50, 51, 52 pourront être garnis de caoutchouc dur ou de matière plastique pour éviter de détériorer le revêtement du feuillard.
On notera que ce précambrage élimine le risque de dérou-lement du feuillard en cas de rupture de celui-ci.
~, Il est possible que le freinage dû au dispositif de pré-cambrage assure un effort de traction suffisant sur la bande et que l'on puisse supprimer le freinage et la bobine, notamment lorsqu'on recherche seulement une bonne application du feuillard sur la conduite.
~, 30 Bien que cela n'ait pas été représenté sur la figure, ~ chaque bobine pourra être associée a un dispositif de précambra- ;
,~ ge, qui pourrait être évidemment d'un autre type que celui qui s vient d'être décrit.
L'installation qui vient ~'être décrite permet d'enrou-ler des bandes sous une tension relativement peu élevée.
Mais lorsque les tensions doivent être importantes, il est difficile de les contrôler par un simple freinage du derou-lement des bobines, en raison notamment de l'echauffement des freins et aussi du fait que le couple de freinage doit varier en fonction du diametre de chaque bobine, c'est à dire de la quantité
de fil resta~t enroulé sur chacune.
Or, lorsque les spires ne sont pas soumises à des ten-sions bien égales, on risque, après la mise en service du tube, que la tension tende à se répartir entre les fibres, en amenant ; des désordres, comme, par exemple, des chevauchèments des fils.
Il est donc nécessaire de contrôler les tensions des ~andes au cours de l'enroulement de façon à les maintenir sensi~lement cons-tantes.
L'installation représentée sur les figures 5 à 8 permet d'enrouler des bandes sur une conduite sous des tensions assez importantes, contrôlées en permanence grâce à des dispositions originales qui vont maintenant être décrites.
La machine, représentée schématiquement en coupe longi-tudinale sur la figure 5 et en coupe trans~ersale sur la figure 6, comprend un châssis 6 déplaçable, au moyen d'organes de rou-lement 61, sur des rails 62 parallèles à l'axe longitudinal de la conduite. Le deplacement de la machine est commandé par le moteur principal M par l'intermédiaire d'une chaine cinématique non re-prcsentée qui entraine un pignoll 63 engrcnall~ sur unc cremaillcre 64 parallèle aux rails 62.
- Le châssis 6 est muni à ses extremitcs de deux couronnes 60 et 60' coaxiales à la conduite et entourant celle-ci à une cer-taine distance. ~haque couronne 60, (60') est munie sur sa péri-phérie intérieure d'un chemin de roulement formé de galets 600 . ~ ~
.!
':
'-: ' - ~ '' . ~ :: . . . , (600') supportant une tourelle 7 qui peut ainsi rouler à l'inte-rieur de la couronne 60 (60'). Sur la tourelle 7 sont fixés, en des points diamétralement opposés, les axes de deux bobines 21 et 22 de réserve du feuillard. Sur l'autre tourelle 7' roulant elle-même à l'intérieur de la couronne 60' placé à l'autre extrémité
du chariot 6 sont fixés les axes ~e deux autres bobines 23 et 24.
Les tourelles 7 et 7' sont munies chacune d'une denture 70, 70' qui engrène avec un pignon 71, 71'.
Le moteur principal M entraine les pi~nons 71 et 71' cn sens contraires par l'intermédiaire de reducteurs 72, 72' ; les ~.
enroulements avant et arrière etant de sens contraire et les ten-sions de feuillard identiques, le couple résultant cEéé sur l'en--- semble de la machine est nul. On commande ainsi l'enroulement des ~andes sur la conduite 1 par rotation des bobines autour de la con-duite.
. ., Lorsque la tension du feuillard enroulé sur la conduite 1 n'a pas besoin d'être importante,il est possible de l'obtenir en a~ freinant simplemcnt le deroulement des bobines, comme on l'a indi-que dans la demande de brevet principale. Cependant, ~ans la pre-sente addition, la tension peut être importante et c'est pourquoi elle est obtenue, selon l'invention, par des moteurs auxiliaires et des différentiels.
A cet effet, la périphérie interne de la tourelle 7 est munie d'un chemin ~e roulement composé de galets7~0 sur lesquels tourne une tourelle de plus faible diamètre 8. ~t sur la périphé-rie interne de la tourelle 8 est éydlement placé ~n chemin de rou-lement colnpose de galets 800 sur les~uels roule ull~ tour~
Ainsi, a l'interieur dl chaque couronne fixe 60 se ., .
tro~v~nt trois tourelles imbriquées roulant l'une sur l'autre.
Il est évident que la machine a ~të représentée très ~ schelllatiquement sur la figure 5, en particulier les couronn~s /, ; ~8, ~
., :
- . . . .
1(~54588 munies des dentures d'entrainement, de fa~on que le dessin soit plus lisible. C'est notamment le cas pour les ellgrenages d'entrai- ;~
nement, les différentiels et les moteurs auxiliaires, mais les des-sins représentant la machine réelle seraient inutilement compliqués.
La figure 6, elle aussi schematique, comprend trois cou-pes partielles transversales suivant des plans differents. La figure 6a, en coupe suivant A (figure 5) represente la disposition de la couronne 60 et des tourelles 7, 8, 9 imbriquées l'une dans l'autre ; la figure 6b, en coupe suivant B (figure 5) représente le mecanisme d'entrainement 92, 93 de la bobine 22 ; la figure 6c, en coupe suivant C (figure 5) represente le mecanisme d'entraine-ment 90, 91 de la tourelle 9.
Comme on va le voir maintenant, la rotàtion de chaque tourelle peut être commandée séparément.
En effet, la tourelle 8 comprend d'un coté, généralement vers l'intérieur de la machine, une denture 80 qui engrene sur un pignon 81. De la même façon, la couronne 9 est munie d'une dentu-re 90 qui engrène sur un pignon 91.
Les pignons 81 et 91 (et les pignons ~1', 91' des tou-relles correspondantes sur l'autre côté de la machine) sont entrai-nés chacun respectivement par des arbres 82, 92 par l'intérmédiai-re de différentiels 65, 66 (65', 66' ), les différentiels 65, 66 ont eux-mêmes leurs satellites entrainés par des moteurs auxiliai-res 650, 660, Les arbres 82 et 92 sont entrainés par le moteur princi-pal M par l'intermédiaire d'une chaine cinématique 67.
Les frottements ~tant ncgligca~les, on voit ~ue, grâce à la disposition qui vient d'être décrite, le moteur ~ entraine séparément les tourelles 7-8-9 (7'-8' -9') autour de l'axe longi-tudinal de la conduite, les moteurs auxiliaires 650 et 660 contrc-i lant respectivement les vitesses de rotation des tourelles 8 et 9 par l'intermédiaire des différentiels 65 ou 66.
:~3 -13- ~
~', C~aque couronne 8 ou 9 co~nande la rotation autour de son axe de l'une des bobines, respectivement 21 et 22, les couron-nes ~' et 9' commandant la ro~ation des bobines, respectivement 23 et 2~. A cet effet, les tourelles 8 et 9 sont munies, normalement ~u côté exterieur à la machine, chacune ~'une denture ~2, 92 qui engrène sur un pignon, respectivement 83 et 93, chaque uignon étant ::
calé sur l'arbre d'une bobine, respectivement 21 et 22.
On voit bien que, en choisissant judicieusement les dia-metres des dentures 80, 82, 90, 92, et des pignons 81, 83, 91, 93 de même que les caractéristiques des différentiels 65, 66, et de l'engrenage 67, on peut, en résolvant un simple problème de ciné-matique, faire en sorte que les bobines 21 e-t 22 aient une vitesse de déroulement correspondant a la vitesse d'enroùlement sur la . .
conduite 1.
Considerons par exemple la bobine 21 dont l'axe est fixé
~`~ sur la tourelle 7 et est entrainé en rotation sur lui-même par le plynon 83 engrenant sur la tourelle 8 elle-même entrainée par le differentiel 65.
Lorsque le moteur auxiliaire 650 est fi l'arrêt, la cage porte-satellites du differentiel 65 est bloquee et la mise en mar-che du moteur principal M assure la rotation dela tourelle ~ et de I
la tourelle 7 : les rapports cinématiques sont choisis de telle facon que le fil, ou feuillard se deroule de la bobine 21 pour s'enrouler sur la corps l sans tension si la tension sur la bobi-, ne 3 est nulle au départ.
,, On fait alors tourner le moteur auxiliaire 650 dans un '~ sens qui agit sur le differelltiel 65 de façon ~ diminuer la vites-se de rotation de la tourelle 9 et par consequent a freiner le deroulement de la bobine 21 dont l'axe est toujours entrainé au-tour du corps 1 par la rotation de la tourelle 7. Le fil enroule se tend alors et la tourelle 7 est menante alors que la bobine -, 21 est mence.
~~4-: ...
-- : : .:. ~ . :--- 1054S~8 ~a puissance Pl nécessaire pour mener la tourelle 7 cst:
P - T x V
T étant la tension du fil et V la vitesse ~'enrouleMent.
La puissance P2 fournit sur l'arbre de la ~obine Inence 21 est :
P2 = T (V - V) .
v etant la réduction de la vitesse de la bobine menée obtenue par 1~ différentiel 5, par la mise en rotation du moteur secondaire 660.
La puissance p fournie par le moteur M est "
p= P - P2 =T.v Cette puissance p correspond au travail par unité de temps nécessaire à allonger élastiquement le fil:
La puissance fournie par le moteur auxiliaire 650 est égale à - Tv.
S'il n'y avait pas de frottements, il n'y aurait prati-.. . .
quement pas de puissance à fournir. On ne fou~nit que la puissance ` nécessaire pour la mise en tension, au frottement près.
En pratique, il faut tenir compte de l'augmentation du diamètre d'enroulement sur le corps cylindrique 1 au fur et a me-sure de l'augmentation de l'epaisseur, du fait de la superposition ' des couches et inversement, de la diminution de diamètre de la ~o~i-ne 21 au fur et à mesure qu'elle se vide de son fil ~ou feuillard).
' Le moteur auxiliaire 650 compense donc, par l'intermé-diaure du différentiel 65, l'allongement du fil et les variations de diamètre.
Comme le corps cylindrique et la ~obine ont gënéralement des diamètres differents, pour reduire la puissance de moteur 650, on interpose entre le mote~r M et l'engrenagf~ 71, un réducteur 72 ~- 30 destin~ ~ compenser la dlfférence de diametre entre la bo~ine e~ le - corps cylindrique de tell~ sorte que la puissance du moteur G50 ne corresponde qu'a la puissancs théorique nécessaire à l'allongemeIlt élastique du fil et aux variations des rayons du feuillard lOS4588 enroulé sur le corps et sur la ~obine au fur et a mesure de l'en-roulement sur le corps et du déroulement de la bobine.
Mais la tourelle 7 commande cgalement l'enroulement sur le corps 1 du feuillard se déroulant de la bobine 22, et la vites-se de déroulement de celui-ci peut être contrôlée, comme on vient de l'indiquer, grâce au différentiel 66 et au moteur auxiliaire 660 qui introduit une commande différentielle déterminant la tension du fil.
Ainsi les feuillards se déroulant des bobines 21 et 22 peuvent être enroulées sous des tensions egales contrôlées en per-manence au moyen des moteurs auxiliaires 650 et 660 et il en resul-te sur le corps 1 un couple pur sans flexion.
Mais tout ce qui vient d'être decrit èst applicable au deuxieme équipage tournant monté dans la couronne 60' et commandant l'enroulement ~es feuillards contenus sur les bobines 23 et 24, dont les tensions sont contrôlées par les moteurs auxiliaires 650' et 660' agissant sur les différentiels 65' et 66'.
Le moteur principal M commande ainsi simultanément l'en-roulement des quatre feuillards dans deux plans écartés et les tensions sont contrôlées en permanence par les moteurs auxiliaires 650, 660, 650', 660'.
Cette disposition assure non seulement la mise en tension des feuillards mais permet egalement d'effectuer de fa~on tres simple la régulation des tensions.
, ` A titre d'exemple , le dispositif de régulation de la tension du feuillard se d~roulant de la bobine 22 est représenté
sc}lematiquement sur la figure 6, ~t plus ~n détail sur les figur~s 7 et 8.
Il comprend essentiellement un organe de détection 43 de la tension du feuillard qui transmet scs indications, par l'in-termédiaire de balais 44 ~rottant sur un collecteur 45 fixé sur la couronne 60, à un régulateur 46 qui agit sur le moteur auxiliaire '' ' ' .
.. . . . .................. . : .
... . .. . . . ..
lOS4588 660 pour règler la vitesse de déroulement de la bobine 22 de façon à maintenir la constante,la tension du feuillard.
Pour plus de clarté, on a isolé sur la figure 7 la bo-bine 22 dont l'axe est fixé sur la tourelle 7 solidaire de la den-ture 70 dont la rotation est commandée par le pignon 71, et la couronne 9 de commande du déroulement de la bobine par l'interm~-diaire de la denture 92 engrenant sur le pignon 93 caié sur l'axe de la bobine 22. L'organe 43 de détection de la tension du feuillard est représenté schématiquement, à titre d'exemple, sur la figure 4, et peut comporter un galet 431 monté au bout d'un le-vier articulé sur la couronne 7 et assujetti par un ressort 432 à
appuyer sur le feuillard se déroulant de la bobine 22. Le bras portant le galet 431 commande le détecteur de tension 43 qui peut être un potentiomètre ou, par exemple, un système capacitif. Le ` détecteur de tension 43 transmet ses indications, par l'intermé-diaire des balais ~4 frottant sur le collecteur 45 ~ un régulateur ?
46 du type classique. Le régulateur 46 corrige alors la vitesse ; de déroulement de la bobine 22 par action sur la vitesse du moteur ` auxiliaire 660 commandant le différentiel 66 pour réduire l'erreur entre la tension effective du feuillard et la tension théorique.
. ' Chaque moteur auxiliaire 650, 660, 650', 660' est com-mandé de façon analogue par un régulateur contrôlant les vitesses de d~roulement des bobines 21, 22, 23, 24 de façon à maintenir cons-tantes les tensions sur les feuillards.
L'installation qui vient d'être decrite, dans une forme simple, est mise en route de la facon suivante:
Les extrcmit~s dcs feuillards ayant ~té fixées sur lc corps cylindrique 1 et celui-ci bloqué, on met les moteurs auxilai-.
res en route pour assurer les tensions initiales, les tourelles 7 et 7' étant bloquées. Les feuillards s'allongent élastiquement sur une certaine distance qui correspond à l'entraxe du corps 1 et ~es bobines auquel s'ajoute un certain arc telldu sur chaque bobine.
:
, On met alors en route lentement le moteur principal M
commandant la rota~ion des tourelles. Les circuits de regulation de tension contrôlent le sens et la vitesse de rotation des moteurs auxiliaires de fa~on a maintenir la tension à la valcur choisie.
Chaque moteur 650, 660 ne fournit que la puissance correspondant à la déformation elastique du feuillard à la tension considérée (puissance de freinage).
Ainsi les feuillards sont enroulés sous des tensions égales controlées en permanence et le corps cylindrique 1, soumis dans deux plans écartés l'un de l'autre à des couples purs égaux dans des sens opposés, ne subit aucune flexion.
Ainsi, la machine selon l'invention pe~met d'enrouler en continu plusieurs bandes sur une conduite, même sous une tension assez forte, en assurant en outre lc controle des tensions des ban-des au cours de l'enroulement de telle sorte que la conduite ne soit soumise à aucune torsion.
Le nombre de feuillards enroulés n'est évidemment pas limité à quatre, chaque couronne pouvant supporter plus de deux bobines régulièrement réparties autour de l'axe. Dans ce cas, ce-pendan~, il faudrait augmenter le nombre de tourelles imbriquéessi l'on veut contrôler individuellement la tension de chaque feuillard.
Il est vrai que, dans un mode de réalisation simplifié, le déroulement de l'ensemble des bobines montées sur une même tou-relle pourrait être contrôlé par une tourelle unique munie d'une couronne dentée sur laquelle engreneraient les pignons calés sur les axes de chaque bobine. Il faudrait pour cela utiliser des bobines ayant au depart exactement le mê.ne diamètre de feuillard enroulé. Un seul différentiel commandé par un moteur auxiliaire serait alors suffisant pour contrôler les tensions dans un plan d'enroulement. -Bien entendu l'invention ne se limite pas aux details - ~
. . .
, ~ .
~054588 des modes de realisation qui ont cté decrits, mais elle enylobe au contraire d'autres realisations qui n'en differeraient que par des variantes ou par l'emploi de moyens équivalellts~
Ainsi, comme on l'a indique plus haut, on peut réaliser des enroulements de pas variables, a spires jointives ou non, et .
même à pas nul. Si l'on désire effectuer le frettage au moyen d'anneaux espaces composés chacun de plusieurs couches de feuillard superposées.
D'autre part l'avancement de la machinc d'enroulement le long de la conduite pourrait être obtenu ~ar tout moyen et d'ailleurs, les mouvements étant relatifs, on pourrait utiliser une machine fixe et faire avancer le tube.
En outre, l'invention ne s'applique pas seulement au frettage de conduites car on peut être amené a enrouler sur un corps de ré~olution et en particulier sur une conduite des bandes . d'un produit allongé dans un autre but que le renforcement de la paroi, par exemple pour la recouvrir d'un revêtement protecteur. ~:
, ', ',.
,,~
, The object of the inventiorl is a method and a machine for winding a plurality of bands on a cylindrical body.
It is common to strengthen cylindrical bodies, me for example pipes subjected to interrle pressure, for windings of bands such as, for example, wires or straps, frets, allowing them to be used at a pressure of service significantly higher than the pressure at which one could use the same tube without shrinking. This is how, in the - French patent 1,564,764 filed on February 29, 1968 by the same Company, a method of manufacturing a containment enclosure is described.
evolution which consists in winding on a body of revolution a wire metal with a higher yield strength than body and subject the assembly to internal pressure allowing ; to exceed the elastic limit of the body without exceeding that of the metallic wire, the hooping being ob ~ enu by the permanent deformation of the body of revolution remaining when the internal pressure is deleted.
Vans this patent, the wire is wound under a just tension ; sufficient to ensure proper application of the wire on the wall cylindrical. But it is also possible, in other procedures.
dice, to wind the wire under a tension allowing to obtain direct iement the desired hooping without subjecting the cylindrical ~ e ~ p ~ to , ~ 'a prior expansion.
-i It is possible to carry out the hooping either by means rings, contiguous or not, each consisting of superimposed turns wound around the tube, at zero pitch, either by several layers of strips, for example of strip, superimposed and possibly crossed, each layer being wound in a helix.
When the cylindrical body is a pipe, like a pipeline, consisting of tubes assembled end to end, hooping can be done either tube by tube or continuously.
When hooping is done tube by tube, it must be ,,. - - - -:
stopped at a certain distance from each end of the tube, to ability to butt weld tubes together following the others.
It is therefore interesting to carry out continuous winding.
strips on a line of welded tubes, on the site itself -; where the pipe is placed. In this case, the interruptions hooping depends on the length of the wrapped band, limited either by the possibilities of manufacturing in the factory, or by the means of transport and installation on the machine.
However, the continuous winding of strips on a driving poses problems due in particular to the fact that, even if the hooping tension is not applied during winding, it it is necessary to subject the wound tape to a minimum tension male to obtain or less a good application of this tape on the body. Because of this effort applied to its periphery the cylindrical body may deform and must therefore be maintained naked. This is why the machines used so far are very important and expensive. On the other hand, even after installation, ~ -driving remains subject to forces which tend to bend it, and if it deforms, which is possible especially for the submerged picks, the hoop can come off the body cylindrical in some places, which poses a risk of deterioration of the tube.
The subject of the invention is a method of winding ban-avoiding the risk of tube twisting.
The invention also covers a winding machine i which, thanks to the peculiarities of the process, can be relativemellt light and simple.
According to the invention, windings are produced simultaneously and in opposite directions in two separated zones one - on the other, each zone receiving at least two wound tapes in the same direction and applying to driving at points 1 ~ 54588 distributed so that the result of the efforts of traction on the bands is zero.
The winding machine according to the invention comprises a chassis; two turrets separated from each other, capable each to surround the cylindrical body in a plane perpendicular cular to its axis and rotatably mounted on the frame around of said axis, and a means for driving in simultaneous rotation turrets in opposite directions. Each turret carries a plurality of reels for storing rotating mounted tapes on the turret around axes regularly distributed along from the periphery of the turret.
A particular embodiment is described below.
link, given as an example and shown in the drawings attached.
Figure 1 is a diagram illustrating the process according to the invention ~
Figure 2 is an elevational view of a machine for the implementation of the process.
Figure 3 is a side view along III-III, Figure 2.
Figure 4 shows, in detail, a device tape pre-wiring annex.
Figure 5 shows schematically, in long section tudinale, an installation for winding strips under voltage.
Figure 6 is a cross-sectional view of the ins-tallation shown in Figure 5.
Figure 7 is a schematic view of a chain of regulation of the tensions on the tensions on the bands.
Figure 8 is a detail view according to IV-IV Figure 7.
Figure 1 illustrates the principle of the invention.
The windings are carried out in two planes A and B
separated from each other.
~.
l ~ ,. . -. ,,:
uans each zone, we perform at least two e ~ lroulements ~ in the same direction and under the same tension. So in the example shown in figure 1, each zone A or B receives two windings lements. The strips ~ wind on the pipe 1 are placed on coils 21, 22 in zone A and 23, 24 in zone B, these coils being arranged so that the bands, in drop down, contact line 1 at dia- points -metrically opposed two by two. ;
Furthermore, the coils 21, 22 are wound in a certain direction, for example along the arrow (a) in the area, ~, au-around the center 01 of the pipe and in the opposite direction (b), in zone B, around the center 02 of the pipe. The set is my-tee on a frame 3 which can move parallel to the axis of driving for example by means of rolling elements 32, at the speed V.
- As previously indicated the applied voltages ~ -on the bands can be important if one wishes to obtain di-! ~ fretting or low hooping ~ i recllerche only i ~ good application of the strips on the cylindrical wall. But ~ whatever the tension, if it is equal on the two bands, . ~
i 20 the winding will not introduce any bending on the pipe, Ci being subjected only to a pure couple, étallt given that the bands are applied on the wall at diametrically op-posed.
The windings being carried out in opposite directions ,. ~
~, in the two zones A and B, the torques applied to the pipe in the two planes will be galemellt opposite if the tensions on the bands are equal. The two couples balancing, only the ~ part of the pipe between the two winding zones! "~
i will be subjected to torsional forces, the upstream and downstream parts being in balance.
Thanks to the invention, it is therefore not necessary to maintain the pipe and winding can be more easily .
performed continuously on site. In the case, for example of a submerged pipe, it is possible to weld the tubes end to end on a pontoon and at the same time roll up the strips as you go manufacturing measure.
On the other hand, the machinc of coils ~ men ~ supports itself-me balanced efforts and it can therefore directly support on the tube since it is not likely to revolve around it this.
In the previous example, two bands were wound in each zone and under equal tensions but it is obviously pos-sible to choose the number of bands, their distribution around driving and their tensions so that on the one hand the resultant tensile forces applied to the bands `` is zero fa- ~ -lesson that in this one ~ one the driving is subjected to a pure torque, and that, on the other hand, the couples exerted in the two zones are opposites. It is a simple static problem.
Thus, we could wind up in each zone a number pair of bands applied to the pipe at diametric points opposing two by two, the tensile forces on the plate are re being equal.
But the same result is obtained by winding any number of bands subjected to equal efforts if the points of application are regularly distributed over the perip pipe A This is the case for example of three bands applying on the pipe at points angularly offset by ~ 120.
In the example shown in Figure 1, the chassis 3 lace compared to driving at a speed V so that you can achieve a helical winding with, between two adjacent strips, a clearance which depends on the pitch of the propeller and the width of the band, the pitch -being itself determined by the translation speed V and the vi ~
winding size.
It is obviously possible to move the winding machine - ~ -_ 5 _:: ' lemeIlt compared to the col ~ duite or vice versa, the dcpla ~ ementsétant relative.
~ ais we can also execute windings with zero pitch to constitute a scrie of bo ~ ines placed one beside the others with or without appreciable play between two successive obines.
We could for example wind a strip or a section wire æ flattened in ~ ourchc_ superimposed is possibly inside a chute surrounding the tube of ~ a ~ we maintain the coiled strips ~ es.
A machine for carrying out the process is shown s ~ ntée by way of example in Figures 2 and 3.
The machine essentially comprises a chario ~ which consists of two plates 30 interconnected by side members 31.
The assembly is mounted movable along the pipe 1, by means of rolling members 32 rotatably mounted on the side members 30 and oriented radially with respect to the pipe.
As seen in Figure 3, each tray has the shape of a C partially surrounding the pipe and the organs of bearing 32 are placed at least at the top of the chassis and on the sides so as to perfectly maintain and center the chassis in relation to driving.
Each plate 30 carries a revolving turret 33 on a circular raceway on the periphery of the plate 30 and centered on the axis 10 of the pipe.
Thus, the raceway can be made up of three 'pairs of rollers 34 ~ Figure 3) placed in the center and at the ends `of the plate 30 at points angularly offset by 120 so - 'to properly center the turret 33 relative to the axis 10. De prefe-rence, as shown in Figure 2, the axes of each pair of rollers 34 will form a V ensuring longitudi centering nal of the turret 33 relative to the plate.
Each plate also carries a pinion 35 which meshes on a teeth 36 m ~ swam along the inner wall of the tou-.,.
. ~.
'' lOS4S88 relle 33 correspel ~ dante so that the pinion 35 controls the rotation of the turret 33 around the axis 10.
The gables 35 places respectively on the two plates 30 spacers from each other are driven in reverse SellS
by a motor (M) by means of Cinnamic chains shown schematically in Figure 2.
The strips to be wound on the tube 1 are placed on coils 21, 22, 23, 24 mounted in pairs on lcs deu ~ tourel-the 33 separated from each other. The axis of each ~ obine is carried te by an arm 25 articulates around an axis 26 orthogonal to the axelongitudinal, inal 10 of the pipe on a yoke 27 fixed on the tou ~
the 33. The inclination of the arm 25 and consequently of the coil cor-corresponding to axis 10 can be adjusted for example to by means of a mechanical jack 28 bearing on the turret 33 and on the end of arm 25, according to the pitch of the propeller.
We see that by moving the carriage lonyitudinally by to driving and simultaneously controlling rotation turrets 33 in opposite directions, the winding is carried out ~
of two pairs of bands, according to a propeller whose pitch depends on the translation speed relative to the winding speed.
The inclination of the arms 25 supporting the coils allows a ~ onne ~ applying the tape to the pipe mainly when the ; strip has a relatively large width, as in the case of a feuillar ~ d. Thus, in the case of a winding with contiguous turns, the inclination i of the propeller with respect to a cross section of a tube will be such that: p = l / cosi p being the pitch of the propeller and 1 the strap width.
The relative displacement of the winding machine by driving can be done by one of the 320 wheels carriage support, driven by a mechanical transmission that 37 is shown diagrammatically in Figure 2. The rotation in opposite direction of the two turrets is obtained by an inverter .
,::
: ..:. ... . :. . .-38 ~ also driven by the motor M, and a dog clutch allows detach the motor from the turret drive. The guys-centering lets 32 are preferably rotatably mounted on the long gerons 31 around axes perpendicular to the longitudinal axis 10 so that a steering wheel 39 with its wheelhouse allows corri-manage a possible drift of the carriage.
This wheelhouse acts only on the central wheels, the lateral guide wheels, integral with the side rails preventing "roll".
The winding of strips according to the method and thanks to the machine which have just been described, is carried out in the following manner:
boasts in the case of four crossed bands: -- we first hook the start of the first layer forMee two contiguous strips of strip coming from the turret coils upstream and applied to the pipe at points diametrically opposites. The inclination of the coils is adjusted so that the bands are contiguous. ;
The machine is then started and moved ~ j ~ /o,15~.f l ~ n ~ rcur equal ~ the distance between the two front and rear turrets.
Jl. ~
After stopping the machine, hang the second layer strip of strip also formed of two contiguous bands wound lées on coils mounted on the downstream turret.
The machine is restarted and ordered in combination with time the longitudinal advancement and the rotation of the turrets has speeds which are adjusted relative to each other by such so that the strips are wound in a helix at a pitch which corresponds, in the example given, to the width of a strip, these being contiguous. The machine is thus advanced along of the pipe, until almost complete unwinding of the coils.
We then stop the machine and cut the strip after having fixed the ends of the bands constituting the first layer by a any means which need not be written in this application . - -- lOS ~ S88 of. We then advance by a length equal to the center distance of the turrets, and we cut the strips of the second layer after hanging their extremities in the same way as before.
As indicated above, the process which has been describedis applicable whatever the tension of the belts, in the extent to which the result of the tensile forces of the bands rolled in the same area is zero, the pipe being subjected ; in this area to a pure couple. When the traction effort is important, it is necessary to have a means of regulation tion of the tensions so that the winding conditions indi-previously observed. When the applied voltage on the tape only has the role of ensuring a good application tape on the pipe, it is possible to obtain it under braking j simply indicating the unwinding of the coils, the braking torque . ~ d,. .
preferably being controlled by the radius of the strip reel.
As an example, a braking system has been shown, schematically in FIG. 3. It includes a jaw 4 of t tightening of a disc 40 secured to the hub of the strip coil.
, The jaw 4 is hydraulically actuated under a ~ proportional pressure to the radius of the strip coil remaining wound.
To this end, a roller 41 mounted on a lever 42 is applied to the strip by means of a spring, the lever 42 acts on the oil pressure for example through a non-cam , i ~
figured whose profile allows to obtain proportionality ~
~ 3 rd.
.
Of course, the equivalent devices could ~ be imagined.
On the other hand, when the strip wound on the pipe 1 has a certain rigidity, especially when wrapping a ; ~ 30 strap, it is useful to have between the coil and the pipe ;, a pre-wiring device shown schematically ~ t on the ~ Figure 4.
:., _g_ 105458 ~
~ o ~ `C ~ G" 1 6r ~ if e ~ The ~ r6 ~ h ~ fbg ~ device is a small ~ bender with three rollers mounted on a support 5 fixed to the axis of the spool debtor 21 (and 22, 23, 24). It therefore has a fixed roller 50 freely rotating on an axis fixed to the support 5 and two rollers 51, 52, adjustable by sliding their axes in lights oblong; formed on suppoEt 5 and able to rotate freely on their axes.
~ the output of the supply reel, the strip between therefore in the cage formed by the rollers 50, 51, 52 and the support - 10 port 5 and spring to wind on the tube to be shrunk.
The adjustment of the rollers makes it possible to exceed the elastic limit.
, tick of the strip so as to give it a permanent deformation having a curvature a little less than the diameter of the ~ ube which guarantees excellent application on the pipe 1.
~ between the output of the pre-wiring device 5 and the point of application on the pipe, the strip is stretched, but this tension, taking into account the curvature, does not exceed the limit elastic band which is therefore not straightened, we permed.
-. . .
, ~ 20 Of course, the rollers 50, 51, 52 can be filled hard rubber or plastic to avoid deterioration the coating of the strip.
Note that this pre-wiring eliminates the risk of unwinding lement of the strap in case of rupture of it.
~, It is possible that braking due to the pre-cambering ensures sufficient tractive effort on the strip and that we can remove the braking and the coil, especially when only looking for a good application of the strip on driving.
~, 30 Although this has not been shown in the figure, ~ Each coil can be associated with a precambra- device;
, ~ ge, which could obviously be of another type than that which s has just been described.
The installation which has just been described makes it possible to wind up tapes with relatively low tension.
But when tensions must be high, it it is difficult to control them by simply braking the derou-reels, in particular due to the heating of the brakes and also because the braking torque must vary depending on the diameter of each coil, i.e. the quantity of wire remained ~ t wound on each.
However, when the turns are not subjected to tensions sions well equal, we risk, after the commissioning of the tube, that the tension tends to be distributed between the fibers, bringing ; disorders, such as, for example, overlapping threads.
It is therefore necessary to control the voltages of the ~ andes at during winding so as to keep them sensi ~ lement cons-aunts.
The installation shown in Figures 5 to 8 allows to wrap tapes on a pipe under fairly high tensions important, constantly monitored thanks to provisions which will now be described.
The machine, shown schematically in long section tudinal in Figure 5 and in trans ~ ersale section in Figure 6, comprises a movable frame 6, by means of rolling members Lement 61, on rails 62 parallel to the longitudinal axis of the conduct. The movement of the machine is controlled by the motor main M via a kinematic chain not presented which leads to a pignoll 63 engrcnall ~ on a rack 64 parallel to the rails 62.
- The chassis 6 is provided at its ends with two crowns 60 and 60 'coaxial with the pipe and surrounding it to a circle close distance. ~ each crown 60, (60 ') is fitted on its peri interior of a raceway formed by rollers 600 . ~ ~
.!
':
'-:' - ~ ''. ~ ::. . . , (600 ') supporting a turret 7 which can thus roll inside laughing crown 60 (60 '). On the turret 7 are fixed, in diametrically opposite points, the axes of two coils 21 and 22 of the strip reserve. On the other 7 'turret rolling itself even inside the crown 60 'placed at the other end of the carriage 6 are fixed the axes ~ e two other coils 23 and 24.
The turrets 7 and 7 'are each provided with a toothing 70, 70 'which meshes with a pinion 71, 71'.
The main motor M drives the pedons 71 and 71 'cn opposite directions through reducers 72, 72 '; the ~.
front and rear windings being in opposite directions and the tensions identical strapping sions, the resulting torque cEéé on the - machine seems to suck. We thus control the winding of ~ Andes on line 1 by rotation of the coils around the con-pick.
. ., When the tension of the strip wound on the pipe 1 does not need to be large, it can be obtained by a ~ braking simplemcnt the unwinding of the coils, as indicated than in the main patent application. However, ~ years before the feels added, the tension can be high and that's why it is obtained, according to the invention, by auxiliary motors and differentials.
For this purpose, the internal periphery of the turret 7 is provided with a path ~ e bearing composed of rollers 7 ~ 0 on which turns a turret of smaller diameter 8. ~ t on the periphery internal turret of the turret 8 is placed in the path Lement colnpose pebbles 800 on ~ uels rolls ull ~ tour ~
Thus, inside dl each fixed crown 60 is .,.
tro ~ v ~ nt three nested turrets rolling one on the other.
It is obvious that the machine has been shown very ~ schelllatically in FIG. 5, in particular the crowns ~ s /, ; ~ 8, ~
., :
-. . . .
1 (~ 54588 provided with drive teeth, so that the drawing is More legible. This is particularly the case for the entrainment gears;
differentials and auxiliary motors, but des-sins representing the actual machine would be unnecessarily complicated.
Figure 6, also schematic, includes three partial transverse weights according to different planes. The Figure 6a, in section along A (Figure 5) represents the arrangement crown 60 and turrets 7, 8, 9 nested one in the other ; Figure 6b, in section along B (Figure 5) shows the drive mechanism 92, 93 of the coil 22; Figure 6c, in section along C (figure 5) represents the drive mechanism-ment 90, 91 of the turret 9.
As we will see now, the rotation of each turret can be ordered separately.
Indeed, the turret 8 comprises on one side, generally towards the inside of the machine, a toothing 80 which meshes on a pinion 81. Similarly, the crown 9 is provided with a tooth-re 90 which meshes on a pinion 91.
Sprockets 81 and 91 (and sprockets ~ 1 ', 91' of all corresponding on the other side of the machine) are entrained each born respectively by trees 82, 92 by the intermediary-re differentials 65, 66 (65 ', 66'), differentials 65, 66 have their own satellites powered by auxiliary motors res 650, 660, Shafts 82 and 92 are driven by the main motor.
pal M via a kinematic chain 67.
Frictions ~ both ncgligca ~ them, we see ~ eu, thanks to the arrangement which has just been described, the motor ~ drives separately the turrets 7-8-9 (7'-8 '-9') around the long axis line tudinal, auxiliary motors 650 and 660 contrc-i lant respectively the rotational speeds of turrets 8 and 9 through 65 or 66 differentials.
: ~ 3 -13- ~
~ ', This ~ crown 8 or 9 requires rotation around its axis of one of the coils, respectively 21 and 22, the crowns nes ~ 'and 9' controlling the ro ~ ation of the coils, respectively 23 and 2 ~. For this purpose, the turrets 8 and 9 are provided, normally ~ u outside the machine, each ~ 'teeth ~ 2, 92 which meshes on a pinion, respectively 83 and 93, each onion being ::
wedged on the shaft of a coil, respectively 21 and 22.
It is clear that, by judiciously choosing the di-meters of teeth 80, 82, 90, 92, and gears 81, 83, 91, 93 as well as the characteristics of the differentials 65, 66, and of gear 67, we can, by solving a simple cinema problem matic, make sure that the coils 21 and 22 have a speed of unwinding corresponding to the winding speed on the . .
driving 1.
Consider for example the coil 21 whose axis is fixed ~ `~ on the turret 7 and is rotated on itself by the plynon 83 meshing on the turret 8 itself driven by the differential 65.
When the auxiliary motor 650 is stopped, the cage Differential 65 satellite carrier is blocked and the che of the main motor M ensures the rotation of the turret ~ and I
turret 7: the kinematic ratios are chosen in such a way so that the wire, or strip is unwound from the reel 21 for wind on the body l without tension if the tension on the coil , is 3 is zero at the start.
,, We then run the auxiliary motor 650 in a '~ sense which acts on the differential 65 so as to decrease the speed turns the turret 9 and consequently brakes the unwinding of the coil 21, the axis of which is always driven turn of the body 1 by the rotation of the turret 7. The wire winds then tightens and the turret 7 is driving while the coil -, 21 is mence.
~~ 4-: ...
-::.:. ~. : -- 1054S ~ 8 ~ at power Pl necessary to drive the turret 7 cst:
P - T x V
T being the tension of the thread and V the speed ~ 'winding.
The power P2 provides on the shaft of the ~ obine Inence 21 is:
P2 = T (V - V).
v being the reduction of the speed of the driven coil obtained by 1 ~ differential 5, by the rotation of the motor secondary 660.
The power p supplied by the motor M is "
p = P - P2 = Tv This power p corresponds to the work per unit of time required to elastically lengthen the wire:
The power supplied by the auxiliary motor 650 is equal to - Tv.
If there were no friction, there would ... .
no power to supply. We only provide power `necessary for tensioning, close to friction.
In practice, account must be taken of the increase in winding diameter on the cylindrical body 1 as and when sure of the increase in thickness, due to the superposition 'layers and vice versa, the decrease in diameter of the ~ o ~ i-do 21 as it empties of its wire ~ or strip).
'' The auxiliary motor 650 therefore compensates, via diaure of the differential 65, the elongation of the wire and the variations of diameter.
As the cylindrical body and the ~ obine generally have different diameters, to reduce the engine power 650, interposed between the mote ~ r M and the gear ~ 71, a reducer 72 ~ - 30 destiny ~ ~ compensate for the dlfférence of diameter between the bo ~ ine e ~ the - tell ~ cylindrical body so that the engine power G50 only corresponds to the theoretical powers necessary for the extension elastic of the wire and variations in the radii of the strip lOS4588 wrapped on the body and on the obine as and when rolling on the body and unwinding of the coil.
But the turret 7 also controls the winding on the body 1 of the strip unwinding from the reel 22, and the speed its progress can be controlled, as we have just to indicate it, thanks to the differential 66 and the auxiliary motor 660 which introduces a differential control determining the voltage some thread.
Thus the strips unwinding from the reels 21 and 22 can be wound under equal voltages controlled per-manence by means of the auxiliary motors 650 and 660 and the result thereof te on the body 1 a pure couple without bending.
But all that has just been described is applicable to the second rotating crew mounted in the 60 'crown and commanding officer the winding ~ es strips contained on the coils 23 and 24, whose voltages are controlled by auxiliary motors 650 ' and 660 'acting on the differentials 65' and 66 '.
The main motor M thus simultaneously controls the rolling of the four strips in two separate planes and the voltages are constantly monitored by the auxiliary motors 650, 660, 650 ', 660'.
This arrangement not only ensures tensioning straps but also allows to perform very ~
simple voltage regulation.
, `For example, the device for regulating the strap tension unwinding from coil 22 is shown sc} lematically in Figure 6, ~ t more ~ n detail on the figur ~ s 7 and 8.
It essentially comprises a detection device 43 of the strap tension which transmits these indications, by the brush intermediate 44 ~ running on a collector 45 fixed on the crown 60, to a regulator 46 which acts on the auxiliary motor ''''.
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lOS4588 660 to adjust the unwinding speed of the reel 22 so that to maintain the constant, the strap tension.
For clarity, we isolated in Figure 7 the box bin 22 whose axis is fixed to the turret 7 secured to the den-ture 70 whose rotation is controlled by the pinion 71, and the crown 9 for controlling the unwinding of the reel through the intermedi ~ -diary of the teeth 92 meshing on the pinion 93 caié on the axis of the coil 22. The device 43 for detecting the voltage of the strip is shown schematically, for example, on Figure 4, and may include a roller 431 mounted at the end of a sink articulated on the crown 7 and subjected by a spring 432 to press the strip unwinding from reel 22. The arm carrying the roller 431 controls the tension detector 43 which can be a potentiometer or, for example, a capacitive system. The `voltage detector 43 transmits its indications, via diary of the brushes ~ 4 rubbing on the collector 45 ~ a regulator ?
46 of the conventional type. The regulator 46 then corrects the speed ; unwinding of the coil 22 by action on the speed of the motor `auxiliary 660 controlling differential 66 to reduce error between the effective strap tension and the theoretical tension.
. '' Each auxiliary motor 650, 660, 650 ', 660' is com-similarly controlled by a speed control regulator of roll ~ reels 21, 22, 23, 24 so as to maintain cons-aunts the tensions on the straps.
The installation which has just been described, in a form simple, is started in the following way:
The ends of the strips having been fixed on the lc cylindrical body 1 and the latter blocked, the motors are switched on .
res en route to ensure initial tensions, turrets 7 and 7 'being blocked. The strips elastically elongate over a certain distance which corresponds to the center distance of the body 1 and ~ es coils to which is added a certain telldu arc on each coil.
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, The main motor M is then started slowly controlling the rotation of the turrets. Regulation circuits of tension control the direction and the speed of rotation of the motors auxiliary fa ~ we maintain the voltage at the chosen valcur.
Each 650, 660 motor provides only the corresponding power to the elastic deformation of the strip at the tension considered (braking power).
Thus the strips are wound under tension permanently controlled and the cylindrical body 1, subject in two planes separated from each other to equal pure couples in opposite directions, does not undergo any bending.
Thus, the machine according to the invention pe ~ puts to wind continuously several strips on a pipe, even under tension fairly strong, while also ensuring control of bank tensions during winding so that the pipe does not is subject to no twisting.
The number of rolled up strips is obviously not limited to four, each crown capable of supporting more than two coils regularly distributed around the axis. In this case, this-pendan ~, we would have to increase the number of nested turrets if we want to individually control the tension of each strip.
It’s true that in a simplified embodiment, the unwinding of all the coils mounted on the same This could be controlled by a single turret fitted with a gear ring on which the pinions wedged on the axes of each coil. This would require using coils having at the start exactly the same. a strip diameter rolled up. A single differential controlled by an auxiliary motor would then be sufficient to control the tensions in a plane winding. -Of course the invention is not limited to details - ~
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~ 054588 embodiments which have been described, but it enylobe on the contrary of other realizations which would differ from it only by variants or by the use of equivalent means ~
So, as indicated above, we can realize windings of variable pitch, with contiguous turns or not, and.
even at zero. If one wishes to carry out the hooping by means space rings each composed of several layers of strip superimposed.
On the other hand the advancement of the winding machinc along the pipe could be obtained ~ ar any means and moreover, the movements being relative, one could use a machine fixed and advance the tube.
Furthermore, the invention does not only apply to the hooping of pipes because it may be necessary to wind on a body of re ~ olution and in particular on a conduct of the bands . of an elongated product for another purpose than strengthening the wall, for example to cover it with a protective coating. ~:
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