CN102481724A - 用于管的可膨胀封闭塞 - Google Patents

Abstract

一种用于形成可膨胀封闭塞的设备，具有可围绕限定缠绕平面的路径旋转的缠绕头。所述缠绕头布置成用于通过引导装置(12，13)从线的供应源(5)分配一根或多根连续线(7)。预成型件(3)相对于所述缠绕平面(w)以小角度可旋转地支撑在轴上，以使所述缠绕平面与所述预成型件相交。通过提供散布装置来将所述线圈(16A，16B，16C)散布在所述预成型件上、且散布成具有垂直于所述缠绕平面(w)的宽度的带(18)，可获得更光滑的线圈分布。

Description

用于管的可膨胀封闭塞

技术领域

本发明涉及用于制造用于管的可膨胀封闭塞的方法，更具体地，所述塞包括弹性材料的囊状元件。本发明还涉及具有改进设计的可膨胀封闭塞，涉及使用所述封闭塞封闭管的方法，和用于制造可膨胀封闭塞的设备。

背景技术

已知用于封闭管例如气体管道的可膨胀封闭塞。使用中，所述封闭塞在塌缩状态下插入管中的开口中，之后将囊状元件使用加压流体填充，以使囊膨胀到变粗的状态，并且封闭所述管的通道。加压流体可压缩或不可压缩，例如压缩空气、氮气、液压用油或水。为了使囊能够在气体管道的内壁上施加足够的压力，所述囊具有有限的轴向延伸的自由度。为此，将单独的织物材料套管围绕所述囊布置。该单独的套管具有有限的延伸率，从而当囊膨胀时，套管减小或基本上防止囊沿所述管轴向延伸。囊的内压则紧贴所述管的内壁径向施加，从而可获得足够的封闭压力。所述套管也可用于限制径向膨胀。

具有围绕其自身的单独套管的囊的制造非常耗时。另外，这样的囊的工作直径有限，意味着其仅可用于封闭小范围的管径。这不利地意味着，必须使用和库存具有不同标称工作直径的大量的不同的囊。已知具有带单独套管的囊的可膨胀封闭塞的示例。WO2006/044483公开了一种可膨胀扩张的带，其以如下方式构造而成：提供具有不透气内衬和织物保护层的挠性材料；由所述材料形成袋；将套管设置在所述材料上；以及将所述套管压接到所述材料上。EP0664417公开了一种可膨胀密封元件，其包括设置有对抗囊膨胀的增强装置的囊；所述增强元件包括单独的针织材料套管。EP0583819讨论了一种用于封闭管中的通道的装置，其具有可膨胀弹性材料主体和封装可膨胀主体的较小弹性材料构成的套管。所述套管由圆柱状部件形成，在端部处通过倾斜褶进行了改动。

还已知其中囊状元件在其外表面中设置有增强线的塞。线可固定到端部部件，例如如WO2005/003617中讨论的，其中多根增强线段的同心层设置在囊壁的厚度中。在US2005/0229985中讨论的另一个示例中，可膨胀的挠性装置由设置有纤维或网增强结构的乳胶主体形成，所述增强结构以与预织网或随机应用的纤维丝的丝或线圈提供。制造这样的囊状元件的方式同样耗费时间，并且成本高。

在现有公布的专利US5477886中讨论了可用的制造用于管的可膨胀封闭塞的方法，其内容以引用的方式引入本文中。大体上，在所讨论的方法中，囊状元件被膨胀到预定压力，

具有低弹性的线或一组线从囊的一端布设到囊的另一端；和

所述一根或多根线使用例如乳胶附着到囊表面。

根据其中讨论的更具体的实施例，可以：a)同时将线与乳胶同时喷射表面上；b)在喷射之前由纤维纺成线，使用乳胶将其附着，并且随后将其布置在所述囊的表面上；c)从供应源抽出一根线，并且使用缠绕臂将其围绕所述囊端部缠绕，以使大量线圈可布置在所述囊表面上；或d)通过使用具有用于多根线的多个周向取向的引导孔的环形元件将多根增强线施加到囊状元件，将所述囊穿过所述环形元件，并且将多根轴向线布设在其表面上，并且通过位于每一末端处的环固定。

在这些方法中，实践中已经发现围绕所述囊缠绕单根线的方法最有效并且可用。但是使用该方法存在多个问题。为了充分增强囊，必须围绕所述囊设置足够数量的线圈。根据封闭塞将要经受的预期的外部和内部压力和囊的尺寸，线圈的数量通常可在100到几十万范围内，一些囊具有400,000个线圈；更通常地，囊的线圈在10,000到20,000个范围内。施加这么多的线圈很耗时，并且因而成本高。

另外，根据现有工艺，在任何一次仅可添加一种类型的线作为增强材料。这将囊限制为仅具有一种类型的线或具有不同线的不同层。提供不同的线类型需要停工以更改线，并且由于该工艺过程不能在单层线圈层中提供混合的线，因此提供不同的线类型也受到限制。特别地，在一些应用场合中，可能期望提供传导材料(包含金属或石墨)作为套管的一部分。这可能要求线使用特殊的材料，所述特殊的材料可能是昂贵的，并且由于包含传导材料而具有退化的性能。还可能或可替代地需要反复更改线。

已知的封闭塞还遭受使用大量用于将线附着到囊状元件表面的粘合剂之苦。优选的粘合剂材料是乳胶，并且过量材料的使用导致成本增加。还可导致塞具有不必要的厚且非柔性的壁，这使其难以被操纵进出管。由于干燥的要求，还增长制备时间。

过量的粘合剂的使用还导致不均匀或非常不均匀的粘合剂在囊状元件表面上的散布。这一点对于一些现有缠绕过程而言特别显著，对于大直径囊，这些现有的缠绕过程在囊竖直悬挂的情况下进行。使用的乳胶或其他粘合剂倾向于朝向囊的最低点流动，导致该区域中形成特别厚的壁。这同样使塞变得较不柔软，并且还可导致形状较差的塞，例如由于粘合剂在一端的积聚而形成的梨形塞。

与已知塞相关的又一个问题是，塞的成品表面通常粗糙，其中缠绕增强线被定位在囊表面上的槽和沟中，而不是均匀地散布布设。这可提高塞表面的摩擦系数，导致很难插入和取出。

还发现已知的塞由于制造工艺的原因导致在囊的端部或极部发生线的积聚，缠绕的线在此重叠。特别是在具有大量线圈的高压囊上，在极部处增大的厚度使塞挠性变小，并且很难塌缩到小直径。塌缩的塞可能难以操纵通过管入口、出口、管座等。

如上面所提到的，US5477886还讨论了同时将多根线施加到囊的方法。但是，可设置到囊表面上的线段的数量由可设置在环形构件上的孔眼的数量高度限制，从而不可获得足够的增强。

其中使用带或条的缠绕或包裹物体的方法也是公知的。通过缠绕带，与缠绕线时相比，可通过给定数量的缠绕圈来覆盖更大的面积。但是将扁平带缠绕到三维弯曲表面上存在问题，除非带可弹性变形。如果带基本上不可延伸，则其将不会平坦地布设在球形表面上，可能出现隆起和褶皱。在张力作用下，带中的力的分布不可能理想，这使得这样的过程不适于可膨胀塞的制造。

本发明的目的在于消除上述缺陷中的至少一些。

发明内容

根据本发明，提供一种制造呈由弹性材料构成的囊状元件形式的可膨胀塞的方法，所述方法包括以下步骤：提供限定了具有两极部的轴的预成型件；将至少一根低延伸率的线围绕所述预成型件缠绕，其中，缠绕平面与所述轴相交且从每一个极部的附近经过，并且在缠绕过程中，所述预成型件和缠绕平面相对于彼此旋转，以基本上由线圈覆盖整个预成型件；散布所述线圈，以减少在至少极部区域中的重叠；和将所述线固定在弹性基材中，以形成外周壁。线圈在极部区域中的散布导致线圈以带的形式而不是彼此重叠的各单独线圈的形式沉积。这可用于减小与极部相邻的外周壁的总厚度，使得囊外周上的厚度更均匀的分布。这样的厚度减小在可能施加了数十万个线圈的高压塞中特别重要——使每两个线圈与极部间隔附加的距离可导致所述极部附近的厚度减小二分之一。由于线圈在极部区域中的散布，还可获得其他优点。特别地，需要较少的例如乳胶的基材材料，导致成本和重量降低。而且，还可缩短干燥或固化时间。

线围绕预成型件以子午线形式(meridian fashion)缠绕。即，每一个线圈围绕所述轴在不同角度位置处环绕预成型件多次。本文中，单个线圈是从第一极部延伸、经过第二极部、并且返回到第一极部的环绕预成型件的线。应注意的是，仅从一极部延伸到另一极部的线并不是“环绕”预成型件，并且不应被认为是本发明所指的“线圈”。应注意的是，所提及的“子午线”模式实际上为“准子午线”路径，因为缠绕平面通常相对于所述轴略微倾斜。结果，该路径不需要直接与极部相交，而是相反地在与极部有一点距离的地方穿过。通常，极部自身是用于所述塞的连接和固定，但是不排除这些连接可提供在其他位置，并且线圈还覆盖所述极部。

可考虑多种可能来散布线圈。在第一实施例中，线圈可通过相对于彼此沿大体上垂直于缠绕平面的方向侧向移动预成型件或缠绕平面来散布。可提供用于移动轴或缠绕平面的机械装置。当使用一根线缠绕时，在预成型件不旋转的情况下，20mm的相对移动可导致在预成型件上给定角度位置处形成20mm宽的由线圈构成的带。如果在缠绕过程中预成型件旋转，则线圈以不同角度位置从所述极部沿侧向散布。然而，仍可获得相似的厚度减小。

在可替代实施例中，线圈通过朝向彼此或彼此远离地倾斜所述轴和缠绕平面来散布。这可同样通过所述轴或缠绕平面的适当的机械安装来实现。以该方式，可获得线圈在极部区域中的散布，而重叠发生在其他位置中——例如赤道附近。由于在外周壁的其余表面上的线圈密度比极部区域中的线圈密度低得多，因此这样的重叠较少产生干扰。然而，可采取措施来避免所有重叠线出现在塞上的特定区域处。

在又一个实施例中，线可通过散布边缘散布。在线包括能够轻易地展平或者散布开以形成带状幅材的多根单独的纤维、股或丝的情况下，可使用这样的装置。散布边缘可以是刀片边缘、辊或梳状物等的形式，并且根据需要可以是凸的、凹的或倾斜的。

根据本发明的一个重要方面，多根线可分开供应，并且同时围绕预成型件缠绕。所述线可从相应的线轴提供，但是也可设置在单个线轴上。通过增加同时缠绕的线的数量，可更快速地进行缠绕作业。这对于施加的线圈总数量非常高且线圈必须在整个外周壁上均匀间隔开的大直径塞而言非常重要。本文中，线的分开供应意味着每一根线可承受其自身的张力和放出速度。这使得线在不同的路径上散布在预成型件表面上，所述线可能长度不相同。

在特别有利的装置中，多根线从相应的供应源提供，并且在缠绕过程中保持彼此大体上平行。为了实现这点，允许各个供应源在缠绕过程中围绕彼此旋转，以防止线绞扭在一起。对于单圈缠绕预成型件的操作，如果供应源也旋转一次，则不存在所述线的相对绞扭，并且所述线可被引导以基本上彼此平行地散布在囊表面上。这可使用梳状结构等实现。在本文中，“梳状物”用于表示能够彼此平行地引导多根线的元件。不旨在对形状或尺寸方面进行限制，并且可包括孔眼、孔、环或可实现这样的引导功能的任何适当的装置。通过以该方式沉积多根线，可实现使用带进行包裹的优点而没有某些缺点。具体地，分开的供应源允许线与预成型件的弯曲表面相一致，从而在成品中，每一根线将基本上相等地被拉紧。

虽然已经分别描述了上述用于减少重叠的散布线圈的方法，但是应可理解，这些方法也可组合来获得进一步的优点。

本发明的线是一段可围绕预成型件缠绕的挠性材料。该术语包括由细绳、线股、丝、皮条、双股线、纱线或金属丝组成或构成的线。特别地，该术语包括由纺丝纤维构成的纱、由绞扭或纺织在一起的多个线股构成的细绳、以及非纤维的线例如金属丝。所述线为低延伸率线，每一根线都具有比基材材料更低的弹性系数。

用于本发明中的线优选包括纤维材料。例如，玻璃纤维或碳纤维。目前最优选的材料是超高分子量聚乙烯；例如Dynema^TM。芳纶纤维材料也是可用的，例如对位芳纶和间位芳纶，如Kevlar^TM或Twaron^TM。

在使用多根线的情况下，每一根线可包括相同的材料或由相同的材料构成，一根或多根线可包括与其他线不同的材料或由与其他线不同的材料构成。而且，每一根线可具有与其他线中的每一根线相同或不同的线尺寸、厚度、横截面和/或延伸性能。因此，有利的是，可以设置不同线的混合来精细调节由其形成的增强层的特性。

根据待要制备的产品，可采用多种线重。对于Dynema^TM，优选的重量范围为用于小密封塞的165dTex到用于较大囊的3×440dTex。这可对应于从0.05mm到2.0mm，更优选0.1mm到1.5mm，最优选0.2mm到0.8mm的线粗范围。

当线圈施加到预成型件时，相邻的线或线圈优选在至少极部区域中以0.1mm到20mm间隔开，更优选以1mm到10mm间隔开，甚至更优选以2mm到7mm间隔开。该间距当然通常将取决于囊的尺寸及其压力等级。线圈散布的总宽度可以称为“带”。带的宽度可定义为线圈可与相应极部相距的距离范围。因而，如果最靠近的线圈在距离极部15mm的距离处沿切线方向经过，并且最远的线圈在距离极部25mm的距离处经过，则带的宽度为10mm。优选地，对于小囊，线圈散布在大于10mm的带上，而对于大直径囊，线圈则可散布在高达50cm的带上。通常，带大于囊工作直径的2％，但是可大于该直径的5％或甚至10％。

预成型件可大体为球形，具有穿过两极部的轴。更优选地，预成型件具有卵状或甚至细长状，沿其长度的主要部分具有基本上连续的横截面。为了缠绕在这样的细长形状上，缠绕平面也可细长，并且缠绕头可被引导以沿着椭圆形路径移动。

预成型件最优选的形状是可由乳胶(latex)形成的膨胀囊。在缠绕和施加弹性基材之后，所述囊形成塞的一体部件。囊可具有横截面减小的塌缩形状，该形状可包括十字形状、星形形状、椭圆形、具有向里弯曲的褶皱的圆形和圆形形状。以该方式，形成的可膨胀塞也将具有类似的塌缩形状，其允许轻易地穿过窄通道插入。还应理解，也可考虑其他预成型件，特别是与不与成品塞一体的、可在制造过程过程中或在制造过程结束时去除的预成型件。

在本发明的优选实施例中，预成型件安装在轴上。当施加线圈时，预成型件围绕其轴沿轴向旋转，以使线围绕预成型件以轴的不同旋转角进行缠绕。以该方式，线可以子午线模式围绕预成型件的整个表面缠绕。轴向旋转可以是缠绕过程中的连续旋转，或可以是步进式旋转。例如，步进旋转可在每一个线圈带完成之后进行。

根据本发明的又一个方面，公开了呈由弹性材料构成的囊状元件的形式的可膨胀塞的制造方法，包括以下步骤：提供限定了具有两极部的轴的预成型件；将至少一根低延伸率线围绕所述预成型件在缠绕平面中缠绕，其中，所述缠绕平面与所述轴相交且从每一个极部附近经过，并且在缠绕过程中，围绕所述轴旋转所述预成型件，以基本上由线圈覆盖整个预成型件，其中，所述轴大体上水平，并且在所述缠绕平面的任一侧位置处被至少部分支撑。通过在所述缠绕平面的任一侧、在预成型件的轴处支撑预成型件，可在水平位置缠绕相对大的预成型件或囊。在过去，这样的大囊必须竖直缠绕，并且粘合剂基材材料的施加操作复杂并且劳动强度大。而且，存在基材材料流到塞的最低点的倾向，导致最下端处的壁增厚。通常，所述线将通过由旋转缠绕臂或引导件承载的缠绕头沉积。在该情况下，支撑件中的一个将设置在由缠绕平面和缠绕臂的路径限定的空间内。结合有这样的支撑件的、用于制造可膨胀塞的缠绕设备在本文中也独立地请求保护。

在将线圈布置在预成型件表面上的过程中或之后，一层基材材料例如乳胶、聚氨酯等被喷射或刷到预成型件上，以使一根或多根线彼此附着。当与由合成或天然乳胶构成的囊状预成型件一起使用时，线优选使用乳胶基粘合剂附着到囊状元件表面。在一些情况下，预成型件和基材可不必彼此附着。

在优选实施例中，3根或更多根、优选4根或更多根、最优选6根或更多的单独的线同时围绕囊状元件缠绕。这确保了可以以快速的过程布设所需数量的线圈，并且还允许不同类型的线的混合，例如结合有消除静电的电导线。当塞用于具有爆炸性材料的环境中是，这是非常有用的。在使用单独供应的线的情况下，优选20根或更少，更优选15根或更少，并且可能不超过10根的线同时围绕囊状元件缠绕。这可确保避免对用于进行该操作的过度复杂的设备的需求。

本发明的方法还包括将介质流入管道附接到外壁。通常，可在一个极部处进行该连接，但是并非一定要这样。介质流入管道可包括用于可释放地连接到介质源的机械接头。优选介质流入管道是高压软管，其能够承受大于1.5巴的内部压力。在一些应用中，其能够抵抗大于5巴，甚至高达25巴的压力。技术人员通常熟悉根据所需的用途来使用正确的软管等级。应可理解，介质流入管道也可作为预成型件的部件来提供。

根据本发明的另一方面，提供一种用于封闭管的可膨胀塞，其可通过上述方法获得。所述塞包括由弹性材料构成的囊状元件，囊状原件具有外周壁、轴和相对的极部，所述弹性材料基材由低延伸率线的多个线圈增强，所述线圈以子午线方式缠绕以在距离所述极部一定距离处相对于所述极部相切地经过所述极部。根据本发明，各个线圈距离所述极部的距离不同，形成在所述极部区域中具有减少了的线圈重叠的带。介质流入管道穿过所述外周壁设置。由于减少重叠，所述极部附近的壁的相对挠性可明显改善。以该方式制造的塞可塌缩到比根据传统缠绕方法制备的相同尺寸和压力等级的塞更小的直径。这使得所述塞更易于穿过较小的孔口插入，减少损坏或遭受损失的风险。另外，由于减少的线圈重叠，需要的基材材料相对较少。这降低了成本，并且缩短制备和干燥时间。还降低重量，并且进一步提高所得到的塞的挠性。

特别地，这些优点对于大直径和高压塞更加重要，因为缠绕到所述塞上的线的量更大。对于级别高于4巴的高压囊，在塌缩状态中，最厚壁部分和最薄壁部分之间的壁中的线圈厚度比可减小20％或更多，从大于6减小到小于5.

在一个实施例中，多个线圈由单根连续线形成。本文中，应可理解，在缠绕过程中，当供应线轴用完时，该单根线可再连接或结合。单根线的优点在于，可简化缠绕，并且限制了线缠结到一起的风险，因此。由于单根线的围绕囊的外周的张力可以相等，因此在囊上的所有部分保持基本上相等的张力也相对容易。

在另一个实施例中，多个线圈包括几根彼此平行缠绕并且散布在带中的单独的线。本文中，“单独的线”旨在表示线从单独的线轴或供应源供应，并且不绞扭或其他方式绞合在一起。在囊外周上，可以看到这些单独的线大体彼此平行地布设，且在外周壁的平面中形成扁平的带。在使用不同成分的线的情况下，多根线的缠绕比单根线缠绕的情况可更容易区分。

根据本发明的一方面，形成的带可具有塞的标称工作直径的至少2％的宽度。本发明的可膨胀塞可在尺寸方面显著变化。标称工作直径可从10cm变至达3米或更大。然而，虽然相同的构造原理仍可适用，但是对于非常大的囊，最大带宽可能受到其他实际考虑因素限制。应可理解，带的实际宽度还部分取决于预成型件的极部区域的形状。倾斜的极部将比相对扁平的区域更不易于使用宽的带缠绕。在一些情况下，可能优选利用宽度为标称工作直径的5％、10％或甚至20％的带。

可膨胀塞优选设置有轴向伸长装置，用于在塌缩时将塞偏置到伸长状态。该轴向伸长装置可采用设置在囊状元件内部中或外周壁内的弹簧的形式。更优选地，设置有轴向对齐的套叠式引导轴。这样的伸长装置可使得更易于将所述塞插入受限的空间中。

根据本发明另一方面，提供一种用于形成可膨胀封闭塞的设备，所述设备包括缠绕头，缠绕头可围绕限定缠绕平面的路径旋转，所述缠绕头布置成用于分配一根或多根连续线；支架，其用于支撑线供应源；引导装置，其用于将所述线供应到所述缠绕头；轴，其用于相对于所述缠绕平面以小角度可旋转地支撑所述预成型件，使得所述缠绕平面与预成型件相交；和散布装置，其布置成用于将所述线圈散布在所述预成型件上且散布成带，所述带至少在经过所述轴附近时具有垂直于所述缠绕平面的宽度。虽然参考了轴和缠绕头的旋转，但是应可理解，在这样的“缠绕”的表述中，所有运动都是相对的，并且这些运动的任何动力学改变也落在本发明范围内。

根据一个实施例，散布装置可包括用于使所述缠绕头和轴相对于彼此沿大体上垂直于所述缠绕平面的侧向方向移动的装置。这样的散布装置在囊的给定角度位置处的操作使具有垂直于所述缠绕平面的宽度的线圈带沉积。所述相对运动可通过在缠绕过程中使用任何适当的装置使所述缠绕头进给来实现。为此，缠绕头可安装在缠绕轴上，并且例如在滑道上沿所述缠绕轴的方向前后移动。或者，预成型件安装其上的预成型件轴可侧向移动。

根据可替代实施例，散布装置可包括用于朝向彼此和彼此远离地倾斜所述轴和缠绕平面的装置。以该方式，线圈可在极部处形成带，并且在外周上的中间位置处彼此相交。如在侧向移动的情况中那样，可在缠绕轴处或预成型件轴处进行倾斜运动。

在另一个实施例中，散布装置可包括散布边缘。如上所述的边缘可由缠绕头承载或形成缠绕头的一部分。

在一些实施例中，支座可包括多个线轴座，所述线轴座布置成用于支撑用来分别供应给缠绕头的单独的支撑线轴或线。本文中，提到“线轴”不旨在限制其形状或安装方式，而是旨在覆盖可能需要的任何线供应源，包括包、绕线筒、束和卷等。线轴座可包括销或类似物。特别期望的是，单独的线轴全部独立于彼此自由供线。以该方式，每一个线轴可以所需速率供线，一根线中的张力可不受另一根线的张力影响。提供三个或更多个，优选4个或更多个，最优选6个或更多个线轴座，引导装置适于同时将三根或更多根、优选四根或更多根、最优选6根或更多根线间隔开并且同时引导到所述缠绕头。

在一个特定实施例中，支座和线轴座可布置成随缠绕头一起旋转。引导装置也可安装成与所述线轴座一起旋转。以该方式，单独的线轴或绕线筒可独立地将线供到缠绕头而不使各个线相对绞扭。这样，散布装置可包括如上限定的梳状物，以单独地从缠绕头分配多根平行线并且将其以带的形式布设在预成型件上。

在最优选的结构中，缠绕头、引导装置和线轴座附接到传送装置，所述传送装置沿着使所述引导装置围绕所述物体移动的连续路径移动。所述传送装置可沿着任何期望路径例如圆、椭圆或卵形移动，并且可布置成大体上对应于正在缠绕的预成型件的形状。为了缠绕在细长囊上，细长的传送装置路径是期望的。传送装置可包括带，例如链带。

在传送装置实施例中，引导装置可包括引导臂，引导臂附接到连续的传送装置并且承载缠绕头。引导臂可从传送装置向外延伸，以使缠绕平面与传送装置的距离为所述预成型件的宽度(半径)的至少一半。

根据又一个实施例，所述轴大体上水平布置，并且在缠绕平面的每一侧上被支撑。优选用于所述轴的支撑件设置在限定在缠绕平面和引导臂的路径之间的区域中。如果引导臂由驱动装置驱动，则支撑件可紧固到驱动装置的非旋转部件。在传送装置的实施例中，支撑件可由传送装置的非旋转部分承载。

根据优选实施例，散布装置可调节来改变待施加的线所构成的带的宽度。这可通过调节缠绕头和轴的相对移动量来实现。可替代地或附加地，这可通过调节散布边缘从而使所述一根或多根线以更宽或更窄的带散布来实现。缠绕头的优选实施例包括可枢转以调节带宽度的散布头或梳状装置。

根据本发明的设备可还具有涂覆装置，用于将弹性基材材料涂敷到预成型件和/或线圈上。涂覆装置可以是刷子、喷头、辊或任何其他适于以适当方式分配所选材料的形式。

所述设备还可具有适于控制缠绕头、轴、引导装置、散布装置和/或涂覆装置的操作和运动的控制装置。所述控制装置可适于执行如上所述的任何方法，并且可以在处理器或类似物上以软件实施，或在硬件中以机械相互作用的形式实施。优选地，控制装置至少布置成使缠绕头的旋转与轴的旋转相匹配，以将线圈以期望的方式分布在预成型件上。

本发明的另一方面在于一种封闭管的方法，其包括将如上讨论的可膨胀塞插入管中，以及使用加压材料使所述塞膨胀。

附图说明

本发明的特征和优点将在参照以下附图时领会到，附图中：

图1是用于形成可膨胀封闭塞的设备的第一实施例的示意性立体视图；

图2A和2B是使用图1的设备缠绕的囊的端视图；

图3是使用图1的设备以另一种方式缠绕的囊的端视图；

图4是图1的设备的替代形式的示意性立体视图；

图5是正在由图4的设备缠绕的囊的俯视图；

图6是图1的设备的第二替代形式的示意性立体视图；

图7是根据本发明的散布边缘的第一实施例的立体视图；

图8是根据本发明的散布边缘的第二实施例的立体视图；

图9是根据本发明用于形成可膨胀封闭塞的设备的第二实施例的示意性立体视图；

图10是图9的引导臂的局部视图；

图11是在塞缠绕过程中的图9的设备的视图；

图12是显示可膨胀塞插入待封闭管中的视图；

图13是显示处于塌缩状态的插入的可膨胀塞的视图；和

图14是显示处于膨胀状态的图12和图13的塞的视图。

具体实施方式

图1中以附图标记1标示的是根据本发明第一实施例的用于形成可膨胀封闭塞的设备。根据图1，其中显示了囊状元件3，所述囊状元件3用作预成型件以在其上缠绕封闭塞。囊3具有由封闭件2封闭的第一极部N，并且在其另一极部S处连接到轴4。轴4用作进入囊3内的内部空间的入口管道，并且具有可设置在打开或闭合位置的关闭阀6。在图1的情况中，囊3部分膨胀到其标称工作直径，并且阀6关闭。在该状态中，囊3大体为细长状，并且横截面为圆形。

轴4可完全延伸穿过囊状元件1，进入所述囊状元件的窄端部2中，但是这不是严格必须的。轴4插入可旋转安装的托架8中，托架8可以借助马达9围绕预成型件的轴A-A以连续或步进方式沿箭头P1方向旋转。马达9也可沿与P1相反的方向旋转。

可动的引导臂12布置成围绕缠绕轴B-B旋转。引导臂12具有引导眼13，其在旋转过程中遵循由箭头P2标示的、限定缠绕平面W的路径。该路径的中心与缠绕轴B-B和预成型件轴A-A的交点重合。轴A-A和B-B相对于彼此设置成使缠绕平面W通过囊3，并且相对于预成型件轴A-A以小角度α倾斜。结果，引导眼13在囊3后侧将接近但不经过极部S，并且引导眼13在囊前侧将经过极部N。

引导臂12安装在缠绕轴10上，并且被缠绕马达11驱动旋转。线7可从线轴5退绕，并且被引导穿过缠绕轴10和引导臂12中的内部通道，到达引导眼13。线由165dTex等级的Dynema^TM纤维形成。缠绕马达11安装在机床14上，以沿缠绕轴B-B向后和向前往返移动。缠绕马达11沿机床14的移动可通过任何传统的装置进行，例如电磁线圈、线性马达、蜗杆等。马达9、缠绕马达11和机床14的控制由控制器20提供。喷胶装置15也与囊相邻设置，以如下面所述进行操作。

在使用时，线7的一端相对于囊3的外周固定。缠绕马达11运转来旋转引导臂12，使引导眼13沿着围绕缠绕平面W的路径移动。当引导臂12移动时，由于线7固定在囊上所产生的张力，线7从引导眼13被抽出。通过确保穿过缠绕轴10和引导臂12的通路不受限制，从线轴5抽出线7所需的张力可以相对低。结果，线7可以以相对松散的线圈16A施加到囊3上。当引导臂12围绕囊3旋转时，缠绕马达11还在机床14上缩回。这使连续的线圈16B，16C与线圈16A平行地施加而成为一条带18。

在引导臂12旋转三圈之后，缠绕马达11在机床14上完全缩回。马达9然后运行来使囊3围绕预成型件轴A-A向前旋转一步——对应于11度的角度旋转。同时，喷射装置15致动来将薄乳胶涂层喷射到囊3的表面上。引导臂12继续旋转，以随着缠绕马达11在机床14上向前滑动时施加三个另外的线圈。在马达9旋转17步之后，囊将旋转半圈，并且将完全由线圈16和乳胶覆盖。继续进行操作，以进一步旋转多圈，直到总线圈数对应于获得封闭塞期望压力级别所需的总线圈数。

在缠绕完成之后，将轴4从套管7取下，使囊3干燥来固化乳胶。之后，施加用于预期用途的适当的配件，例如高压介质入口软管。

图2A示出沿轴A-A观察囊3的极部N的端视图。如可看到的，封闭件2具有直径d。囊在进行缠绕时具有标称工作直径D。第一线圈16A设置在囊3上，以使其在距离Ra处经过极部N。线圈16B设置在距极部N的距离为Rb的位置处。线圈16C设置成使其在对应于d/2的距离Rc处与封闭件2相切。三个线圈16A，16B，16C因而形成宽度b为Ra-Rc的带。应可理解，宽度b对应于缠绕马达11在机床14上往返移动时该马达所移动的距离。

图2B是对应于图2A的、在马达9向前步进4步之后，并且在另外的12个线圈已经施加到囊3之后的视图。

在图1和2的实施例中，缠绕马达11在机床14上以马达9和轴4的给定角度位置往复移动。在图3中图示的可替代操作模式中，马达9被控制成用于每次使轴4旋转一步，而不在机床4上移动缠绕马达11。为了简明，图3中显示了其中每一步为90°并且每一步布置一个线圈16的情况。但是应可理解，实际上可采用许多的小步，并且可在每一层上布置更多的线圈。一开始，第一组四个线圈16A设置在距极部N的距离Ra处，以在囊表面上形成第一缠绕层。之后，缠绕马达11移动，并且在轴4旋转第二圈过程中，第二组线圈16B在距极部N的距离Rb处以位于第一层上方的第二层的形式设置。在第三圈旋转过程中，又一组线圈设置在距离Rc处，以形成又一层。虽然线圈16以不同的顺序设置，但是其仍形成带18，并且与全部设置在距离Ra处的相同数量的线圈相比较，具有减小极部N附近区域的总厚度的三分之一的效果。

本领域技术人员应可理解，可想到很多控制线圈缠绕的替代方式，这些替代方式仍能获得同样的减少在极部N，S附近叠置的线圈的效果。而且，虽然已经描述了缠绕马达11到三个不同位置的移动，但是本领域技术人员应可理解，其可移动到任意数量的中间位置。还应理解，缠绕马达11可甚至在引导臂12和马达9旋转时往复移动。

根据图4，显示了根据本发明替代实施例的设备1的变体。图4的设备与图1的设备的区别仅在于缠绕马达11可枢转地而非往复移动地安装到机床14上。这样的枢转的结果是，缠绕平面W和预成型件轴A-A之间的角度α可增大和减小。

图5是向下看到图4的囊3上的视图。缠绕马达11枢转的结果是，线圈16A，16B，16C以与第一实施例相同的方式在极部N，S附近相互间隔开。但是在该情况下，线圈彼此在囊3的大约中点或赤道E处相交。在该区域中，线圈密度低于所述极部处的密度，并且重叠的线可对壁厚具有更小的影响。通常，线在赤道处更宽地间隔开。而且，由于囊形状的自然改变，交点很少能全部完全位于彼此上方，且对最终产品的影响最小化。

图6中显示了设备1的第二变体，其中，一对斜对布置的引导臂12A和12B连接到缠绕轴10。每一个臂12A，12B具有引导眼13A，13B，线7A，7B从所述引导眼13A，13B分配。在图6的变体中，两个引导眼都排列在相同的缠绕平面W中。

线7A，7B从两个单独的线轴5A，5B分配。为了防止在缠绕轴旋转时线7A，7B绞扭在一起，线轴5A，5B安装在线轴支架22上。这样，线轴支架22和缠绕轴10可以以相同的速度一起旋转——例如被与缠绕马达11相连的机械连接装置驱动。

在操作中，缠绕马达11的每一圈旋转都使两个线圈16沉积在囊3上。缠绕马达11可因此在每半圈缠绕之后在机床14上缩回，同时仍保持相同的覆盖范围。如将明显的是，以给定缠绕速度沉积的线圈总数翻倍，使操作效率提高。在未示出的实施例中，引导眼13A，13B可垂直于缠绕平面W彼此偏移。缠绕马达11的整圈旋转因而导致两个完整的线圈彼此平行沉积，且由于引导眼的偏移而间隔开。本领域技术人员应可理解，可使用更多的线轴和更多的引导臂来进一步提高缠绕速率。引导臂可围绕缠绕轴10等距离间隔开，并且可彼此相邻布置。而且，可注意到，一个引导臂12也可承载到分别通向各个引导眼13A，13B...的多个单独的线7A，7B...。

根据图7，显示了可固定到设备1的引导臂12以用于在线7从引导眼13离开时引导线7的散布边缘23。散布边缘23用于在Dynema^TM线7施加到囊3时散布Dynema^TM线7的各个纤维丝。根据图7，引导臂12设置有连接到引导眼3的抹刀状附件24。抹刀状附件24可相对于引导臂12上下枢转，并且通过传统方式例如螺纹件或通过摩擦固定在期望位置处。抹刀状附件24根据旋转方向P2向后突出到弯曲的散布边缘23。提供从引导眼13延伸至散布边缘23的凹槽26和直立边缘28。

使用中，线7在引导臂12旋转过程中从引导眼13分配。线7被拉引到抹刀状附件24上，并且通过凹槽26和圆形散布边缘23散布。线7因而以加宽的带18分配在囊3上。根据抹刀状附件24固定的角度位置，对线7将会有较大或较小的散布效果。直立边缘28防止线7从抹刀状附件24的侧部掉落。当应用于图1中公开的变体时，散布边缘23和可往返移动地安装的缠绕马达11可组合工作，以在囊3的表面上提供线7的均匀分布。

可替代的散布边缘23以辊附件30的形式图示在图8中，辊附件30也可以与图8的抹刀状附件24相同的方式固定到引导臂12的端部。辊附件30包括叉状部32，其支撑自由旋转的辊34。辊34具有凸部36和直立边缘部38。凸部36设置有人字形凹槽40。根据图8，辊附件30在向下位置中朝向囊3枢转，由此线7在辊34下方延伸。应可理解，其也可如图7的抹刀状附件那样枢转到向上位置中。

使用中，线7被拉引穿过引导眼13，越过辊34，使辊34旋转。当辊34旋转时，凸部36和凹槽40的形状使线7向外散布成带18。直立边缘部38防止线从辊34滑落。

图9中显示了根据本发明第二实施例的用于围绕囊状元件同时缠绕多根线的设备100。设备100包括连续传送装置103，多个线轴座105附接到所述连续传送装置103。在示出的实施例中，显示了六个线轴座，但是可设置更多或更少的线轴座。线轴座105中的每一个上均设置线109的线轴107。

来自每一个线轴座105的线109从其线轴107传送到臂111。臂111在远端处设置有头部113，头部113包括多个孔眼115，如图10中所示。每一根线109延伸穿过一单独的孔眼115。用于线109的引导环116围绕传送装置103设置。在臂111上、于头部113前方还优选设置引导件117，以保持各根线109分开，因而避免缠结。

臂111附接到连续的传送装置103。当传送装置旋转时，如由图9中的箭头P2标示的，臂111、线轴座105和线轴107沿传送装置103的路径一起移动。头部113沿由传送装置103限定的缠绕路径119移动，并且限定如图11中所示的缠绕平面W。图9中还显示了附接到传送装置103的非旋转主体104的支撑件108。

参照图11，显示了用作封闭塞的部件的部分膨胀的囊状元件121。囊状元件121在其极部N处由封闭件123封闭，并且在其极部S处连接到轴端部127，轴端部127由阀129可释放地闭合。

轴端部127可释放地连接到用于沿箭头P1方向、围绕囊状元件的主轴A连续或步进地旋转囊状元件121的马达131。囊状元件121在其另一端处由搁置在支撑件108上的封闭件123支撑。

囊状元件121的主轴A相对于缠绕平面W以预定角度α布置，并且部分穿过所述平面以搁置在支撑件108上。囊状元件121因而设置成使得：当头部113沿路径119移动时，头部113在囊状元件第一侧的极部N附近经过，并且在囊状元件相对侧的极部S附近经过。头部113因而被引导进行围绕囊状元件的缠绕运动——从极部N移动到囊状元件第一侧的极部S，并且从极部S移动到相对侧的极部N。

为了实现线109围绕囊状元件121的缠绕，线109的穿过孔眼113的外端相对于囊状元件121的表面部分固定。头部113沿缠绕路径119移动，以使线围绕囊状元件相对于轴A成α角以类似子午线方式被拉引。以该方式，线109以相对宽的带118沉积。由于传送装置103采取的细长路径，在将线缠绕到细长囊状元件上的过程中，施加到线的张力更均匀，并且避免极部处的张力增大。

马达131用于以变化或固定rpm连续地旋转囊或以步进运动旋转囊。由此，囊的旋转运动可提供围绕囊状元件的整个圆周的子午线模式的线的线圈。旋转速率和旋转类型决定了每一组连续线圈的精确设置和间距。旋转运动优选是步进方式，因为这基本上与轴A一致地缠绕线。

也可通过调节孔眼115相对于囊状元件121的表面的相对间距来调节每一组同时缠绕的线中的线的间距。这方便地如图10中所示实现。头部113在枢轴141处结合到臂111。枢轴141允许头部的角度改变，并且由此使从囊状元件表面看到的孔眼115的间距改变。以该方式，带118可根据需要变宽或变窄。

如在前面的实施例中，例如乳胶等粘合剂可通过喷射装置喷射在沉积的线圈上和囊状元件121的表面上，以在线圈和囊状元件121之间形成紧密粘合。或者，粘合剂刷在线圈和囊表面上。粘合剂可优选在线109围绕囊状元件121缠绕过程中涂敷，优选在每一次缠绕之后涂敷粘合剂。

在公开的实施例中，囊状元件121通过将轴端部127连接到压力源、打开阀129、将囊状元件121膨胀到期望尺寸以及随后关闭阀129来膨胀到预定尺寸。囊状元件由此在线缠绕过程中获得一定程度的坚固性。预定尺寸通常表示封闭塞将要闭合的标称孔尺寸。当然可理解，不同结构的缠绕也是可能的。

图12，13和14中，结合传统的断流设备来进一步描述通过图11的步骤获得的可膨胀塞133的应用方式。封闭塞133在极部S处连接到压力管路135上，所述压力管路135通过阀137与压力源连通。首先可施加真空来尽可能使封闭塞133变平，以允许将其卷曲或压缩到小直径。然后将封闭塞133推入到引入管头136中，所述引入管头通过穿过壁形成的相对小的开口插入用于闭合的管139中。如图12和13中所示的方法使用鞍状座138，鞍状座138应用到管139上来避免切穿管的整个截面。替代性地，引入管头可通过现有的T型接头插入。在该方法中，具有带挠性并且可紧紧地折叠或卷曲到小直径的封闭塞非常有利。引入管头的尺寸越小，需要在管139中形成的孔就越小。为了确保管路的完整性，通常优选钻孔不大于管径的1/4。具有厚壁和粗糙外表面的封闭塞通常被证明很难以这样的方法插入。与具有类似工作尺寸和压力的之前的封闭塞相比，根据本发明的封闭塞133由于其极部区域减小的厚度可插入更窄的管头中。

当管头136就位时，封闭塞133可推进到管139中。封闭塞133可以任何方便的方式通过手动或使用齿条和齿轮式引入机构(未示出)前进。由于其提高的挠性和光滑的表面，本发明的封闭塞133也更容易前进通过管头136，并且可更容易地弯曲成与管139对准。

通过打开阀137，允许压缩空气或其它适当的膨胀介质进入封闭塞133中，由此其沿基本上径向方向张开。这显示在图14中。由于由具有很小延伸率的材料制成的线圈，封闭塞将呈现甜瓜状的形状，由此外周将变得更大，并且紧贴管139的内壁接触。极部N，S之间的轴向距离由于封闭塞133膨胀变得更接近球状而减小。由于封闭塞133受周围的管限制，因此其变成与管139的内壁相一致的细长的甜瓜状形状。

由于由增强线产生的对轴向延伸的限制，本身为非常有弹性的材料的囊状元件121将牢固地紧贴管139的内壁，并且能够抵靠着壁产生足够大的压力，以对抗沿所述管的可能的压力。由于本文所述的缠绕工艺，封闭塞133的外表面更光滑，导致压力保持性能提高。由于相同原因，还便于封闭塞133在使用之后从管139收回。

除了上面所述的那些修改形式，还可对本文所述的结构和技术进一步修改而不偏离本发明的精神和范围。因此，虽然已经描述了特定的实施例，但是这些实施例仅为示例，不限制本发明的范围。

Claims (29)

1.一种制造可膨胀塞的方法，包括：

i)提供限定了具有两极部的轴的预成型件；

ii)将至少一根低延伸率线围绕所述预成型件在缠绕平面中缠绕，其中，所述缠绕平面与所述轴相交且从每一个极部的附近经过，并且在缠绕过程中，所述预成型件和缠绕平面相对于彼此旋转，以基本上由线圈覆盖整个预成型件；

iii)散布所述线圈，以减少在至少极部区域中的重叠；和

iv)将所述线固定在弹性基材中，以形成外周壁。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使所述预成型件或缠绕平面沿大体上垂直于所述缠绕平面的方向相对于彼此移动来散布所述线圈。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过朝向彼此或彼此远离地倾斜所述轴和缠绕平面来散布所述线圈。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过散布边缘来散布所述线。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，分开地供应多根线并且使这些线同时围绕所述预成型件缠绕以形成带。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述多根线由相应的供应源供应并且彼此平行地缠绕，其中，所述相应的供应源在缠绕过程中围绕彼此旋转，以防止所述线绞扭在一起。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述线包括纤维材料，例如玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维，以及最优选的超高分子量聚乙烯。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述弹性基材包括例如乳胶、聚氨酯等聚合物粘合剂。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预成型件包括膨胀囊。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在缠绕过程中，所述预成型件安装成其轴大体上水平，并且所述轴在预成型件的每一侧上均被支撑。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括；

v)在所述极部中的一个极部处将介质流入管道附接到外周壁，所述介质流入管道包括用于可释放地连接到介质源的机械接头，优选地，所述介质流入管道为能够承受大于1.5巴，优选大于5巴，最优选大于16巴的内部压力的高压软管。

12.一种可通过根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的可膨胀塞。

13.一种可膨胀塞，包括：

由弹性材料构成的囊状元件，其具有外周壁、轴和相对的极部，所述外周壁包括弹性材料基材，所述弹性材料基材由低延伸率线的多个线圈增强，所述线圈以子午线方式缠绕，以在距离所述极部一定距离处相对于所述极部相切地经过所述极部，其中，各个线圈距离所述极部的距离不同，形成在所述极部区域中的线圈重叠减少的带；和

介质流入管道，其穿过所述外周壁设置。

14.根据权利要求13所述的可膨胀塞，其中，所述基材包括例如乳胶、聚氨酯等聚合物粘合剂。

15.根据权利要求13到权利要求14中任一项所述的可膨胀塞，其中，所述多个线圈由单根连续线形成。

16.根据权利要求13到权利要求15中任一项所述的可膨胀塞，其中，所述线包括纤维材料，例如玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维，优选超高分子量聚乙烯。

17.根据权利要求13到权利要求16中任一项所述的可膨胀塞，其中，所述多个线圈包括彼此平行缠绕、并且散布在所述带中的多根单独的线。

18.根据权利要求17所述的可膨胀塞，其中，所述单独的线中的至少一根在材料或成分方面与其他根不同。

19.根据权利要求13-18中任一项所述的可膨胀塞，其中，所述带的宽度为所述塞的标称工作直径的至少2％，优选至少5％，最优选至少10％。

20.一种用于形成可膨胀塞的设备，所述设备包括：

缠绕头，其可围绕限定缠绕平面的路径旋转，所述缠绕头布置成用于分配一根或多根连续线；

支架，其用于支撑线供应源；

引导装置，其用于将所述线供应到所述缠绕头；

轴，其用于相对于所述缠绕平面以小角度可旋转地支撑预成型件，使得所述缠绕平面与预成型件相交；和

散布装置，其布置成用于将所述线圈散布在所述预成型件上且散布成带，所述带至少在靠近所述轴的区域中具有垂直于所述缠绕平面的宽度。

21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述散布装置包括用于使所述缠绕头或轴沿大体上垂直于所述缠绕平面的方向相对于彼此移动的移动装置。

22.根据权利要求20或权利要求21所述的设备，其中，所述散布装置包括用于使所述轴和缠绕平面朝向彼此或彼此远离地倾斜的倾斜装置。

23.根据权利要求20到22中任一项所述的设备，其中，所述散布装置包括散布边缘。

24.根据权利要求20到23中任一项所述的设备，其中，所述支架包括多个线轴座，用于支撑分别向所述缠绕头供应线的多个线轴，。

25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述支架布置成用于与所述缠绕头一起旋转，并且所述散布装置包括用于从所述缠绕头分离地分配多根平行线的梳状部。

26.根据权利要求24或权利要求25所述的设备，其中，所述缠绕头、引导装置和线轴座附接到优选细长的传送装置上，所述传送装置沿着使所述引导装置围绕所述物体移动的连续路径移动。

27.根据权利要求26所述的设备，其中，所述引导装置包括臂，臂附接到该连续的传送装置并且承载所述缠绕头。

28.根据权利要求20-27中任一项所述的设备，其中，所述轴大体水平，并且在所述缠绕平面的任一侧位置被至少部分支撑。

29.一种包裹物体的方法，包括使用根据权利要求20到28中任一项所述的设备。

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