JP2009536303A - ホースに関する改良 - Google Patents

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Abstract

本発明は、漏出なく使用することができ、かつ以前達成可能であったものよりも長い長さ及び/又は直径を有する、複合ホースに関する。複合ホース(１０)は、内部及び外部の螺旋状に巻いたワイヤ(２２,２４)の間に配置される可撓性材料の管状本体(１２)を含む。ホース(１０)は、管状本体(１２)が軸力を受ける場合、管状本体(１２)の変形を減少するように構成される軸強化手段(２０)をさらに含む。軸強化手段が軸力を受ける場合、軸強化手段(２０)は、管状本体の少なくとも一部に半径方向内向きの力が与えられるように構成される。ホース(１０)は、３０mを超えた長さ及び４００mmを超えた直径を有することができる。また、非金属マンドレルの使用を含む、該ホース(１０)の製造方法及び製造装置を記載している。
【選択図】図１

Description

本発明はホースに関し、特に、長い長さのホース、並びにその製造方法及び製造装置に関する。本発明は、特に、極低温条件において使用することができるホースに関する。
ホースの典型的用途は、圧力下で液体リザーバから流体をポンプで汲み出すことを含む。例を挙げると、家庭内の灯油又はLPGをボイラーへの供給すること;固定又は浮体式採油プラットフォームから船の貨物室まで、或いは、船貨物室から地上貯蔵設備まで、生産された油田液体及び/又はガスを運搬すること;燃料をレーシングカーに供給すること、特にフォーミュラ１の燃料補給時に供給すること;及び、硫酸などの腐食性の流体を運搬することがある。
液化ガスなどの流体を低温で輸送するためにホースを使用することは周知である。この種のホースは、液化ガス(例えば液化天然ガス(LNG)及び液化プロパンガス(LPG))を輸送するために共通して使用される。
ホースの多くの用途には、ホースがその長手方向に沿って支持される必要がある。これは、特に前述の生産された液体及び/又はガスの輸送に適用される。付加支持体なしでは、従来のホースは多くの場合、それ自身の重量、又はそこに含まれる液体の重量を支持することができない。
高い圧力(例えば少なくとも2barg)で流体を移動するための大口径用途に使われる３種類の主要なホースが存在する。これらは、以下の通りである:
1.ゴム(ホース本体を形成するために加硫されたゴムラップ)。
2.ベローズ(回旋状鋼管)。
3.複合材料(２つの螺旋形のワイヤ間のフィルム及びファブリック)。
本発明は複合ホースに関する。
ゴムホースは、それらが内面上に鋼鉄成分を有しないという点で、複合材料及びベローズホースと異なる。
ゴムホースは、典型的に、リリース剤でコートされているマンドレルの周囲に、ゴム材料及び多少の鋼からなる複数の層、及びファブリック層を巻くことによって製造される。幾つかのゴムホースは、最奥の層としてのマンドレル上に押出しゴムインナーライナーを使用し、続いて巻き付けられる。圧壊耐性のために、他のゴムホースは、ライナー内部に連結されたカーカスを含む。その後、完全な構造体を加硫し、そして、全体的にゴムラップを結合する。またマンドレルに存在し且つホース本体構造に巻き付けられた、エンドフィッティング(end fitting)を含む完全なホース組立物は、引いて回転することによって、マンドレルから取り外される。ホース及びマンドレルは、この押出し工程の間に、一連のローラーによって支持される。ゴムホースは、典型的に、最高１２mの長さ及び最高少なくとも１．２mの口径で製造される。
本質的には、ベローズ及び複合ホースのための従来の製造方法は、ゴムホースのそれと同様である。ベローズホースは、鋼マンドレルで支持される部分に形成され、かつ絶縁層又は保護層が必要とされる場合、これらはベローズ管の周囲に巻き付けられる。複合ホースは、伝統的に、鋼マンドレル上に螺旋状に巻回されている鋼ワイヤ、続く、多くのフィルム及びファブリック層によって形成される。続いて、第２の螺旋形のワイヤを使用して、ホース本体を形成する。
ベローズ及び複合ホースは、最高２００mmの口径、及び最高約３０mの長さで広く利用可能である。しかし、従来の製造法を使用して、適切な長さ(１０mより大きい)のこれらのタイプのいずれかの大口径ホース(４００mmより大きい)を製造し、引き抜くことは困難である。これは、それらに内部鋼成分がないようなゴムホースに関する場合は、そうではない。
現在、ベローズホース及び複合ホースの双方は鋼マンドレル上に製造される。これは小直径に対して功を奏し、業界標準である。しかし、直径が増加するにつれて、摩擦の作用が劇的に増加する。
ホースとマンドレルとの間の接触表面積は、直径とともに直線的に増加するが、マンドレルの重量は、おおよそ直径の二乗で増加する。これらの２つの要因の積は、引き抜き中にマンドレルの重量がホースを通って取り出される時のホースとマンドレルとの間の摩擦となる。
引き抜きの容易性に影響を及ぼす他の要因には、以下のものがある:
・鋼マンドレルと鋼線との間で摩耗すること。
・２つの材料間の摩擦係数。
・ホースの重量。
・マンドレルの撓みを制御するために用いる支持ローラーの使用。
従来の技術を用いてホースを製造する試みは、要求される口径を有するホースを得るが、あまりに短いか、或いは要求される口径及び長さを有するが、引き抜き時に損傷を受ける結果となった。引き抜き時にマンドレルが損傷を受ける場合もあり、産業的な背景において、この工程は、非実用的及び非経済的である。
複合ホースは、例えば、EP-0076540A1及びWO01/96772などの多くの先行技術文書に記載されている。上記のように、この種のホースは、製造工程時にマンドレルから取り外すことが困難である内部金属性内部構造の特徴を有する。その結果、先行技術で作成することができ、同時に低温及び高温の条件などの不利な環境及び海洋用途において作動する能力を保持しているホースの寸法には、実用的制限がある。
GB2303574、DE2948416、JP08336845、JP08011138及びJP03075132は、ホース又はチューブの製造方法を開示しているが、それらはベローズホースの製造を開示していない。
ベローズホースは、もっぱら、金属性のマンドレル上での製造に限定される;マンドレルは、ステンレス鋼のみから構成されるか、又はステンレス鋼で覆われている。２００５年において、炭素鋼マンドレルは、概して約£２５，０００のコストがかかることがあり、その耐用年数において、それは、約２５〜３０個のホースの製造に用いることができるであろう。しかし、多くの場合、ホースの金属性内部部材はステンレス鋼でできているので、炭素鋼マンドレルに関連する問題が存在する。炭素鋼マンドレルを用いて前期ホースを製造するときに、炭素鋼の一部がステンレス鋼内部部材の表面へ移動することがある;これは内部部材に腐食部位を生じさせ、極限環境下で急速な破損に至る可能性がある。このために、ベローズホース及び複合ホースの製造において使用するマンドレルは、通常ステンレス鋼でできていなければならない。ステンレス鋼ホースは、炭素鋼マンドレルの３〜４倍ものコストがかかる。
本発明者らは、今回、ホースの改良された製造方法を見出した。それは以前に達成されなかった長さ及び直径の有用な複合ホースを製造することを可能にする。従って、本発明は、ホースを製造する方法、ホースを製造するための装置、及びホースそれ自体を包含する。
本発明の一態様に従って、２つのエンドフィッティングの間に連続的に伸びている管状ホース部を含むホースであって、該ホース部が、内部把持部材及び外部把持部材の間に配置された管状本体を含み、該管状本体が、少なくとも１つの密閉層及び少なくとも１つの補強層を含み、かつ該ホース部の内径が少なくとも２００mmであり、かつ該ホース部の長さが少なくとも３０mである、前記ホースを提供する。
ホース部が、エンドフィッティングの間に連続的に伸びていることが理解されるであろう。従って、本発明のホースは、先行技術のホース、すなわちエンドフィッティングを取り付けることによって順々に取り付けられる短い長さのホースで構成されているホースとは異なる。
好ましい実施態様において、ホース部の長さは、少なくとも３１m、より好ましくは、少なくとも３２mである。ホース部は、望ましくは少なくとも３５mの長さである。ホース部の長さは、必要に応じて、３０mを超えてもよい。従って、ホース部は、最高５０m又は最高６０mの長ささえ有していてもよい。ホース部の長さは、少なくとも最小３０mを条件として一般的に上記の範囲の内である。
ホース部の内径は、好ましくは少なくとも１００mm又は少なくとも１５０mm又は少なくとも２００mm又は少なくとも２５０mm、より好ましくは、少なくとも３００mm、及びさらにより好ましくは少なくとも３５０mm及び最も好ましくは少なくとも４００mmである。本発明の好ましい実施態様に従って、ホース部内径は、少なくとも４５０mm、少なくとも５００mm、少なくとも５５０mm又は少なくとも６００mmとすることができる。７５０mmを超えるホース部直径に関して、それは望ましくないようであり、典型的に、ホース部直径は６００mmを超えないであろう。
最も好ましくは、ホース部は、２００mm〜６００mm、好ましくは３００mm〜６００mm、最も好ましくは４００mm〜６００mmの内径とともに、３０m又は３５m、最高約５０mの長さを有する。
本発明の別の態様において、２つのエンドフィッティングの間に連続的に伸びている管状ホース部を含むホースであって、該ホース部が、内部把持部材及び外部把持部材の間に配置された管状本体を含み、該管状本体が、少なくとも１つの密閉層及び少なくとも１つの補強層を含み、かつ該ホース部の内径が少なくとも３００mmであり、かつ該ホース部の長さが少なくとも５mである、前記ホースを提供する。
好ましい実施態様において、ホース部の長さは、少なくとも８m、より好ましくは、少なくとも１０m、より好ましくは、少なくとも１５m、さらにより好ましくは少なくとも２０m又は少なくとも２５mである。特に好ましい実施態様において、ホース部は、少なくとも３０mの長さとすることができる。ホース部の長さは、必要に応じて、３０mを超えてもよい。従って、ホース部は、最高５０m又は最高６０mの長ささえ有することができる。
ホース部の内径は、好ましくは少なくとも３５０mm及び最も好ましくは少なくとも４００mmである。本発明の好ましい実施態様に従って、ホース部内径は、少なくとも４５０mm、少なくとも５００mm、少なくとも５５０mm又は少なくとも６００mmとすることができる。ホース部直径が７５０mmを超えることは望ましくないようであり、典型的に、ホース部直径は６００mmを超えないであろう。
最も好ましくは、ホース部は、４００mm〜６００mmの内径ととともに、８m又は１０m、最高約５０mの長さを有する。
本発明のホース部の内径は、それが形成された非金属マンドレルの外径に相当する。ホース部の長さは、ホースの製造直後の、エンドフィッティング間の距離に相当する。また、材料の性質及び製造工程のために、ホース寸法は通常約+/-３%の許容範囲を前提とすることに留意されたい。
本発明が、先行技術に従って可能であるものより大きい長さ及び/又は直径を有する作用複合ホースを提供することを理解することは重要である。上記の範囲内の直径及び/又は長さを有するホースの先行技術例が存在するかもしれないが、そのようなホースは作用ホースでない、すなわち、それらは、それらの通常の操作圧力の下で漏れることのなく操作することができないであろう。
本発明のホースは高い又は低い使用温度を有することができ、極低温の使用温度を含む。
例えば、ホースが高温での使用を目的とする場合、ホースの使用温度は少なくとも４０℃又は少なくとも６０℃、又は少なくとも８０℃又は少なくとも１００℃、最高２００℃又は３００℃とすることができる。
ホースが低温での使用を目的とする場合、ホースの使用温度は０℃〜−２００℃又は−２２０℃とすることができる。典型的に、使用温度は、−２０℃以下、−４０℃以下、−６０℃以下又は−８０℃以下である。極低温での用途に関して、使用温度は、概して、−１００℃〜−１７０℃、−２００℃又は−２２０℃である。−１００℃〜−２２０℃の使用温度範囲は、LNG、液体酸素(沸点−１８３℃)又は液体窒素(沸点−１９６℃)の輸送などの多くの極低温での用途に適している。
一般に、ホースの作動圧力は、約５００kPaゲージ又は１，０００kPaゲージ、最高約２，０００kPaゲージ又は最高約２，５００kPaゲージの範囲である。これらの圧力は、ホースの作業圧力に関連し、破裂圧力でない(それは、数倍大きいはずである)。
作用体積流量は、流体媒体、圧力及び内径に依存する。標準的には、１,０００m３/h〜最高１２,０００m３/hの作用流量である。
好ましい使用温度及び圧力は、−１００℃〜−２００℃で、５００kPaゲージ、好ましくは１、０００kPaゲージ、最高２、０００kPaゲージ又は２５００kPaゲージの圧力である。
本発明のホースは、強酸などの腐食性物質の使用のために提供され得る。
本発明の別の態様では、上記の使用温度、作動圧力及び/又は作用流量において、ホースからの液体の漏出なくホースを通して液体を輸送するために、上記のホースの使用を提供する。
本発明の複合ホースにおいて、内部把持部材は、好ましくは螺旋形の把持部材であり、最も好ましくはワイヤである。同様に、外部把持部材は、好ましくは螺旋形の把持部材であり、最も好ましくはワイヤである。典型的に、内部把持部材及び/又は外部把持部材は、金属、好ましくはステンレス鋼である。
管状本体は、好ましくは、内部補強層及び外部補強層にはさまれる密閉層を含む。
ホース部は、有利には、軸強化手段を含む。軸強化手段が軸力を受ける場合、管状本体の少なくとも一部に半径方向内向きの力が与えられるように構成される。特に有利な実施態様において、軸強化手段は、一般に管状ブレードの形態で提供される。本明細書において、「ブレード」という用語は、細長い構造物を形成するように絡み合っている２本以上の繊維又は糸で形成されている材料をいう。ブレードの特徴は、軸力を受ける場合、伸張することができることである。ブレードの更なる特徴は、管状形態において提供される場合、ブレードが軸力を受ける場合にその直径が減少することである。従って、管状本体の周囲に又は管状本体の構造内に管状ブレードを提供することにより、ブレードは、軸力を受ける場合、管状本体の少なくとも一部に半径方向内向きの力を与える。ブレードは、好ましくは、既にマンドレルに配置されたホースの構成要素にそれを引っ張り被せることによってホース構造に適用される管状のシース（sheath）の形態である。
補強層及び密閉層は、好ましくは、内部把持部材の周囲に巻かれる。
また、ホースは、一つ以上の絶縁材層とともに一つ以上の付加的な補強層、及びホースの浮力を向上させるための一つ以上の層を含んでもよい。ホースは、一つ以上の保護層を含んでもよい。好ましくは、外部把持部材上に横たわる少なくとも１つの保護層がある。
本出願で使用するのに最も好ましい複合ホースはWO01/96772、WO2004/044472及びWO2004/079248に記載されている。それらの内容は引用により取り込まれている。ホースの構造は、これらの刊行物に記載されているホースと、実質的に同一でもよい、ただし、本発明は、本発明の製造工程の改良のために、より長くかつ/又はより大きい直径の作用ホースを製造することが可能である。また、上記の３つの刊行物に記載されているように、ホース用のエンドフィッティングがあってもよい。
上記のホースは、更に後述する方法及び装置によって製造することができ、以前可能であったものよりもより長い長さ及び長い直径のホースを製造することが可能になる。
本発明の別の態様において、２つのエンドフィッティングの間に連続的に伸びている管状ホース部を含むホースの製造方法であって、該ホース部が、内部把持部材及び外部把持部材の間に配置されている管状本体を含み、該管状本体が、少なくとも２つの層を含み、かつ少なくとも１つの密閉層及び少なくとも１つの補強層を含み、非金属マンドレルの周囲に内部把持部材を巻き付けること、内部把持部材の周囲に管状本体の第１の層を巻くこと、管状本体の第1の層の周囲に管状本体の第２の層を巻くこと、第２の補強層の周囲に外部把持部材を巻き付けること、ホース部の各端に各々一つのエンドフィッティングを取り付けること、及びマンドレルからホースを取り外すことを含む、前記方法を提供する。
エンドフィッティングは好ましくは、マンドレルからホースを取り外す前に取り付けられるが、それらは幾つかの状況において、マンドレルからホースを取り外した後に取り付けられてもよい。好ましくは、マンドレルは、紙系材料、木材系材料又はプラスチックポリマー系材料(例えば高密度ポリエチレン)、又はそれらの混合物で形成される。１つの特に有利な実施態様において、マンドレルは、ボール紙、すなわち製紙用パルプ製のボードである。
複合ホースの製造において、ホース部の形成の間に印加される大きい圧壊力に耐えるために、マンドレルが十分なラジアル剛性を有することを確実にすることは、特に重要である。従って、マンドレルの断面形状に実質的な変化を引き起こすことなく、ホース部がマンドレル上に形成可能であるように、マンドレルが十分なラジアル剛性を有することが有利である。
これを達成するために１つの有利な実施態様において、マンドレルは、範囲０．１〜１０ GPa.m3/Mg(すなわちギガパスカル×メートル３/メガグラム)のヤング率(E)対密度(ρ)の比を有する材料で形成される。好ましくは、E/ρの比は、０．３GPa.m3/Mgより大きく、より好ましくは、０．５GPa.m3/Mgより大きく、最も好ましくは０．８GPa.m3/Mgより大きい。好ましくは、E/ρの比率は、１０GPa.m3/Mg未満、より好ましくは、５GPa.m3/Mg未満及び最も好ましくは３GPa.m3/Mg未満である。従って、E/ρの最も好ましい範囲が０．８から３GPa.m3/Mgあることが理解されるであろう。
マンドレルにとって特に好ましい２つの材料であるボール紙及び高密度ポリエチレンのE/ρ値は、それぞれ約１．２及び１．０GPa.m3/Mgである。先行技術のマンドレル材料であるステンレス鋼のE/ρの値は、約２０GPa.m3/Mgである。
幾つかの状況において、マンドレルとして複合材料、すなわち基材内に配置される繊維を使用することが望ましい場合がある。複合材料は、ステンレス鋼に近いE/ρ比を有するが、密度は非常に小さい。従って、別の実施態様において、マンドレルの材料は、範囲２０〜２２GPa.m3/MgのE/ρ及び範囲１．０〜３．０mg/m3の密度を有する。通常、複合材料は、適切なポリマー基材内に配置される炭素、ガラス、又はポリマー繊維を含む。
もちろん、マンドレルが非金属材料で作られる一方で、マンドレルが金属性又はセラミック充填材を含むことが完全に可能であることが理解されるであろう。従って、本発明は、金属性又はセラミック充填材を有するボール紙マンドレルの使用を含む。しかし、マンドレルの大部分は、非金属である。
マンドレルを、１つの連続的な長さで提供してもよく、或いは、完成されたマンドレルを形成するために現場で組立てられるより短い長さの複数のマンドレル部分で提供してもよい。この目的は、マンドレルの輸送を容易にすることである。
概して、マンドレルは、実質的に円筒状形である。
マンドレルの長さは、典型的に、マンドレル上に作ることが求められるホース部の長さより約１０００〜２０００mm長いであろう。マンドレルの外径は、典型的に、マンドレル上に作ることが求められるホース部の内径と実質的に同一であろう。従って、マンドレルは、典型的に２００mm又は３００mm〜６００mmの外径を有するであろう。
好都合には、マンドレルは中空である。その結果、駆動軸をマンドレル内に長手方向に配置することができる。さらに、プラグが、好ましくはマンドレルの少なくとも一端に配置され、その配置は、プラグがマンドレルに定着して固定されるように存在し、それによって、プラグの回転によりマンドレルの回転が生じる。好ましくは、１つの前記プラグが、マンドレルの各端に配置される。マンドレルが中空の場合、マンドレルの厚み(すなわちその内径と外径との差)は、典型的に約１０mm〜２５mmである。
上記のように、非金属マンドレルは、マンドレルがその組立時にホースを適切に支持することができるように十分に強い材料でできていなければならない。さらに、マンドレルの内面又は外面に提供することができる任意のコーティングを除いて、全てのマンドレルは、好ましくは同じ非金属材で作られる。
駆動軸は、好ましくは該プラグ又は各プラグに固定され、望ましくは駆動モータに接続することができる突出端を有し、それによって、駆動軸の回転により該プラグ又は各プラグが回転し、その結果、マンドレルの回転が生じる。本発明の好ましい特徴は、内部及び/又は外部構造の一部又は全体がマンドレル上の適所に配置されるとともに、マンドレルが回転することである。好ましくは、駆動モータは、ギアボックスとともに提供される。
変形例において、駆動軸は存在しなくてもよく、駆動モータを用いて１つのプラグ又は両方のプラグ(存在する場合)を回転させることによってマンドレルの回転が駆動されてもよい。
１つの好ましい実施態様において、マンドレルは、マンドレルからのホースの取外しを補助するための犠牲マンドレルである。この実施態様において、ホースは、マンドレルを犠牲にすること、及びホース内からそれを取り外すことによってマンドレルから取り外される;任意のプラグ及び駆動軸は、マンドレルを犠牲にする前に取り外すことができる。マンドレルは例えば、マンドレルの犠牲をもたらすために応力を加えることができる予め弱められた領域をマンドレルに設けること;又はマンドレルにミシン目を設けること（それに沿ってマンドレルを引裂くことができる）;又はジッパー構造をマンドレルに設けること（それによって、マンドレルの長さに沿ってジッパーを引くことによりマンドレルの犠牲を生じる）によって犠牲にされてもよい。マンドレルを犠牲マンドレルにするために用いられる的確な手段は従来通りであり、かつ上述されていない他の従来技術を代わりに用いることができる。マンドレルの犠牲によってそれが破壊されることが留意されるであろう。それは再利用することができないことを意味する。これは、本発明のマンドレルが安価なリサイクル可能な材料で作ることができるので、それでも非常に経済的である。
マンドレルが、適切に選択された流体との接触によって弱められ得る材料から作られている場合、マンドレルを取り外すための他の技術は、マンドレルを弱めるために流体でマンドレルを濡らし、その弱められたマンドレルを取り外すことである。マンドレルを濡らすための１つの手段は、流体のタンクの中にホース及びマンドレル構造全体を浸漬することである。流体は水であることが好ましいが、他の流体、例えば弱い酢酸又はアルコール溶液を代わりに用いてもよい。
別の好ましい実施態様において、マンドレルは、ホースからそれを回して外すことによって取り除かれる。それは望ましくは、トルクを駆動軸に印加し、同時に回転に対してホースを保持することによって成し遂げられる。この技術は、特にホース内部構造が螺旋形部材を含む場合に適切である。螺旋形部材は、マンドレルにわずかなくぼみを作ることができ、それはホースからマンドレルを回して外すことを補助する。
ある実施態様において、マンドレルは、マンドレルからの完成ホースの取外しを援助するために、ホースの組立前にプレコートされてもよい。プレコートは、マンドレルと完成ホースとの間に摩擦を減らすのに役立つことができる。
本発明の別の態様に従って、２つのエンドフィッティングの間に連続的に伸びている管状ホース部を含むタイプのホースを製造するための装置を提供し、前記ホース部は、内部把持部材及び外部把持部材の間に配置された管状本体を含み、該管状本体が少なくとも２つの層を含み、かつ少なくとも１つの密閉層及び少なくとも１つの補強層を含み、前記装置は、中空の実質的に円筒状の非金属マンドレル（その周囲に該ホースを配置することができる）、該マンドレルの各端に配置されたプラグ（該プラグは該マンドレルに固定され、それによって、該プラグに印加されるトルクが該マンドレルに伝えられ、該マンドレルがその長手方向軸の周りを回転する）、及び該マンドレルの内側に沿って長手方向に伸びている駆動軸（該駆動軸は該プラグに接続され、それによって、該駆動軸に印加されるトルクが該プラグに伝えられ、該プラグが回転する。該駆動軸は、該マンドレルの少なくとも一端で、該プラグ及びマンドレルから外側に突出している）を含む。
マンドレルは好ましくは、本発明の方法に関して上記のマンドレルと同じ構造を有する。
好ましくは、駆動軸は、マンドレルの各端で、プラグ及びマンドレルから外側に突出している。
好ましい実施態様において、装置は、駆動軸を回転させるように配置される駆動モータを更に含む。
先行技術において、複合ホースの製造は、もっぱら、炭素鋼又はより一般的にはステンレス鋼マンドレルを用いて行われることに限定され、任意の他の材料が適切であることは予期されなかった。本発明者らは意外にも、他の材料が適切であり、かつそれらが先行技術に勝る多くの利点を有することを見出した。従って、２００５年において、適切なボール紙マンドレルは、少なくとも£２５，０００の炭素鋼マンドレル及び少なくとも£７５，０００のステンレス鋼マンドレルと比較して、約£１５０のコストで得ることができる。本発明のマンドレルが通常二回以上使われないことがあるにもかかわらず、それでも相当節約できる。
さらに、本発明の非金属マンドレルは、先行技術の鋼マンドレルより容易に、完成されたホースから取り外すことができる。
本発明の非金属マンドレルは、先行技術で使用される鋼マンドレルより軽い。これは、操作及び運搬が容易であることを意味する。また、非金属マンドレルが、鋼マンドレルに要求される支持体と同じ水準を必要としないことも意味している。このことは、ホースの製造工程を容易にする。
本発明のマンドレルの特に重要な利点の１つは、マンドレルを先行技術の鋼マンドレルよりも長く、かつ/又は大きな直径にするのに実用的であるということである。上記したように、以前には、約２５m〜３０mを超える長さ、又は約２００mm〜３００mmを超える直径の作用複合ホースを製造することが可能ではなかった。作用ホースとは、通常の操作条件において、漏れることなく使用することができるものである。
以前には、２５m〜３０mを超える長さで、任意の有意な直径を有している作用複合ホースを作ることは可能でなかった。
ここで、添付の図面を参照する
図１は、本発明の複合ホースの概略的横断面図である; 図２A、２B、２C及び２Dは、本発明のホースの４つの用途を示す; 図３は、本発明による、ホースを製造するのに用いられる装置の斜視図である;及び、 図４は、図３に示される装置の横断面図である。
図１において、本発明の複合ホースを概して１０と称する。明瞭性を向上させるために、図１の各種層の巻き付けは示さなかった。
ホース１０は、内部補強層１４、外部補強層１６、及び層１４と１６との間にはさまれた密閉層１８を含む管状本体１２を含む。一般に、軸の強化を提供する管状シース２０は、外部補強層１６の外部表面の周囲に配置される。
管状本体１２及び管状シース２０は、内部螺旋状コイルワイヤ２２と外部螺旋状ワイヤ２４との間に配置される。内部ワイヤ及び外部ワイヤ、２２及び２４は、コイルの螺旋の半分のピッチ長に相当する距離だけ互いに並置されるように配置される。
絶縁材層２６は、外部ワイヤ２４の周囲に配置される。絶縁材層は、プラスチックフォームなどの従来の絶縁材とすることができ、又はWO01/96772の図７に関して記載されている材料であってもよい。
補強層１４及び１６は、UHMWPE又はアラミド繊維などの合成材料の織物を含む。適切な補強層の構造は、WO01/96772の図３に詳細に記載されている。
密閉層１８は、内部補強層１４の外部表面の周囲に巻き付けられる複数のプラスチックフィルムの層を含み、内部補強層及び外部補強層、１４と１６との間で流体密閉を提供する。
ホース１０は、シース２０と外部ワイヤ２４との間に配置される更なる補強層(図示せず)を含むことができる。更なる補強層は、シース２０及び管状本体１２と類似の特徴を有することができる。
管状シース２０は、管状ブレードを形成するために編まれる繊維20a及び20bの２セットで形成される。これは、WO01/96772の図４A及び4Bに示されている。
密閉層１８は、WO01/96772の図６に詳細に示されている。密閉層１８は、第１のポリマー(例えば高度に配向されたUHMWPE)で作られた複数のフィルム層を含み、第２のポリマー(例えばPFTE又はFEP)で作られた複数のフィルム層と交互に配置されており、２つのポリマーは異なる剛性を有する。該層は、内部補強層１４の外部表面の周囲に巻き付けられ、内部補強層及び外部補強層、１４と１６との間に流体密閉を提供する。必要に応じて、密閉層１８は、単一種類のポリマーで作られていてもよい、すなわち、それは２種類以上の異なるポリマーを含む必要はないことが理解されるであろう。
ホース１０の端は、WO01/96772の図８に示されたエンドフィッティング２００、及び/又はWO 2004/079248に記載されているエンドフィッティング２００を用いて密閉されてもよい。エンドフィッティングは、概略的に図１に図示され、参照番号２８と称される。
図２A〜２Dは、ホース１０の３つの用途を示す。図２A〜２Cの各々において、浮体式生産貯蔵積出設備(FPSO)１０２は、本発明のホース１０によって、LNG運搬船１０４に連結される。ホース１０は、LNGを、FPSO１０２の貯蔵タンクからLNG運搬船１０４の貯蔵タンクに運搬する。図２Aにおいて、ホース１０は、海面１０６より上にある。図２Bにおいて、ホース１０は、海面１０６の下で水中に入れられる。図２Cにおいて、ホース１０は、海の表面の近くで浮く。いずれの場合においても、ホース１０は、任意の中間支点なくLNGを運搬する。図２Dにおいて、LNG運搬船は、ホース１０を介して地上貯蔵施設１０８に連結される。
ホース１０は、図２A〜２Dに示される用途だけでなく、多くの他の用途に用いることができる。
ホースは、極低温及び非極低温の条件下で用いることができる。
図３及び４は、本発明によって装置３００を示す。装置３００は、本発明のホースを製造するための本発明の方法に使用することができる。
装置３００は、ホース１０及び２００の所望の長さ及び直径に相当する長さ及び直径を有するマンドレル３０２を含む。マンドレル３０２の外径は、ホース１０又は２００の内径に相当する。マンドレル３０２の長さは、典型的に、ホース１０又は２００の長さより約１〜２m長い。マンドレル３００は、実質的に円形の横断面形状を有するが、幾つかの状況では、他の形状が望ましい。
トルクを伝えるプラグ３０４はマンドレル３００の各端に固定され、駆動軸３０６はマンドレルの長手方向に沿ってプラグ３０４の間に延在し、かつマンドレル３０２の末端に存在するように外向きに伸びている。駆動モータ３０８は、電気モータであってもよく、駆動軸３０６の回転を駆動するために設けられる。駆動軸３０６がトルクをプラグ３０４に伝達可能であることが理解されるであろう。これは、トルクを順々にマンドレル３０２に伝え、マンドレル３０２を回転させることができる。典型的に、マンドレルは、１０〜６０rpmの速度で回転するであろう。
マンドレル３００にホース１０を適用することによって、大きい半径方向力がマンドレルに対して直接生じる。例えば、内部ワイヤ２２は、典型的に、機械を用いてマンドレルの周囲に巻き付ける必要がある非可撓性の硬質鋼鉄材料である。従って、マンドレルの断面形状に実質的な変化を引き起こすことなく、ホース部をマンドレル上に形成できるように、マンドレルが十分なラジアル剛性を有することが重要である。これは、マンドレルが内向きに変形する場合、ホースが変形し、使用時に破損する可能性があるために重要である。適切なラジアル剛性を有するマンドレルを選択する１つの手段は、上述した適切なヤング率(E)対密度(ρ)の比を有するマンドレルを選択することであるが、他の技術は当業者に明らかであろう。
これから、装置３００を使用するホースの製造を複合ホース１０に関して記載する。最初に、装置３００を所定位置にセットし、駆動モータ３０８を作動して、マンドレル３０２を必要速度で回転させる。第1のステップとして、所望のピッチを有している螺旋配置を提供するために、内部ワイヤ２２をマンドレル３０２の周囲に巻き付ける。上記したように、マンドレル３０２の外径は、ホース１０の所望の内径に相当する。続いて、縦方向Wが望ましい角度αにセットされるように、内部補強層１４を内部ワイヤ２２及び支持マンドレルの周囲に巻く。
密閉層１８を構成している複数のプラスチックフィルム１８a、１８bの層を、内部補強層１４の外部表面の周囲に巻き付ける。通常、フィルム１８は実質的にホース１０の長さより短い長さを有するであろう。その結果、複数の異なる長さのフィルム１８を内部層１４に巻き付ける必要がある。
次に、外部補強層１６を、縦方向Wが所望の角度(それはαであってもよく、又はαに近い他の角度であってもよい)にセットされるように密閉層１８の周囲に巻き付ける。管状の軸強化シース２０を、外側の外部補強層１６上に引っ張って被せる。必要に応じて、続いて更なる補強層２１をシース２０上に引っ張って被せる。
次に、所望のピッチを有する螺旋配置を提供するために、外部ワイヤ２４を更なる補強層２１の周囲に巻き付ける。外部ワイヤ２４のピッチは、標準的には、内部ワイヤ２２のピッチと同じであろう。ワイヤ２４の位置は、標準的には、ワイヤ２４のコイルが、半分のピッチ長に相当する距離だけワイヤ２２のコイルから並置される位置であろう;これは図１に図示される（ピッチ長はpと称される）。
続いて、シース２０及び外部ワイヤ２４上に樹脂被膜を形成するために、ポリウレタン樹脂をシース２０の外部表面に噴霧してもよい。続いて、層26aを形成するために、この樹脂を放置して硬化させてもよい。さらに代わりに、WO2004/044472に記載されているように、形材ラップ(profiled wrap)を、シース２０の外部表面の周囲に提供してもよい。
上記の巻き付け時に、マンドレル３０２が回転し、単に、所望位置のマンドレル３０２の上にマンドレル３０２の長手方向軸に対して所望の角度で各層を設けることが必要とされることを理解するであろう。シース(例えば層２０及び更なる補強層)を含む任意の層は、マンドレル及び基礎をなすホース上に被せられ、正しい位置に長手方向に引っ張られる;マンドレル３０２の回転は、任意のシース層が適用されると同時に中断されてもよい。
ホース１０の端は、ホース１０内部の挿入物上にスリーブを圧接することにより密閉してもよい。この終端は、通常、マンドレルから取り外されるホース１０の後で適用される。
ホース１０の端は、エンドフィッティング２８を用いて密閉される。エンドフィッティング２８が所定位置にある場合、ホース１０を、任意の望ましい手段によりマンドレル３０２から取り外すことができる。一実施態様において、マンドレル３０２は、例えば引き裂くことにより容易に破壊することができる。別の実施態様において、駆動モータ３０８を作動させて、ホース１０が適用された場合の方向と反対方向にマンドレル３０２を駆動する。これによって、マンドレル３０２がホース１０から回して外される。
ホース１０がマンドレル３０２から取り外された後、マンドレル３０２を処分してもよい。プラグ３０４、駆動軸３０６、及び駆動モータ３０８を、別のマンドレル３０２で使用するために保持しておいてもよい。
上記の本発明は、請求項の範囲内で、修正されてもよいことが理解されるであろう。

Claims (54)

  1. ２つのエンドフィッティングの間に連続的に伸びている管状ホース部を含むホースであって、該ホース部が内部把持部材及び外部把持部材の間に配置された管状本体を含み、該管状本体が少なくとも１つの密閉層及び少なくとも１つの補強層を含み、該ホース部の内径が少なくとも２００mmであり、かつ該ホース部の長さが少なくとも３０mである、前記ホース。
  2. 前記ホース部の長さが、少なくとも３５mである、請求項１記載のホース。
  3. 前記ホース部の長さが、３０〜５０mである、請求項１記載のホース。
  4. 前記ホース部の内径が、少なくとも３００mmである、請求項１、２又は３記載のホース。
  5. 前記ホース部の内径が、少なくとも４００mmである、請求項１、２又は３記載のホース。
  6. 前記ホース部の内径が、４００mm〜６００mmである、請求項１、２又は３記載のホース。
  7. 前記ホース部の長さが３０〜５０mであり、かつ前記ホース部の内径が４００mm〜６００mmである、請求項１、２又は３記載のホース。
  8. ２つのエンドフィッティングの間に連続的に伸びている管状ホース部を含むホースであって、該ホース部が内部把持部材及び外部把持部材の間に配置された管状本体を含み、該管状本体が少なくとも１つの密閉層及び少なくとも１つの補強層を含み、該ホース部の内径が少なくとも３００mmであり、かつ該ホース部の長さが少なくとも５mである、前記ホース。
  9. 前記ホース部の長さが、少なくとも１０mである、請求項８記載のホース。
  10. 前記ホース部の長さが、少なくとも３０mである、請求項８記載のホース。
  11. 前記ホース部の内径が、少なくとも４００mmである、請求項８、９又は１０記載のホース。
  12. 前記ホース部の内径が、４００mm〜６００mmである、請求項８、９又は１０記載のホース。
  13. 前記ホース部の長さが１０m〜５０mであり、かつ前記ホース部の内径が４００mm〜６００mmである、請求項８記載のホース。
  14. 軸強化手段が軸力を受ける場合、管状本体の少なくとも一部に半径方向内向きの力が与えられるように構成される軸強化手段を含む、請求項１〜１３のいずれか１項記載のホース。
  15. 前記軸強化手段が管状シースの形態のブレードを含む、請求項１４に記載のホース。
  16. 前記管状本体が２つの補強層にはさまれる密閉層を含む、請求項１４又は１５に記載のホース。
  17. 漏れることなく５００kPaを上回る圧力で操作することができる、請求項１〜１６のいずれか１項記載のホース。
  18. 漏れることなく１０００kPaを上回る圧力で操作することができる、請求項１〜１７のいずれか１項記載のホース。
  19. 漏れることなく−１００℃〜−２２０℃の温度で操作することができる、請求項１７又は１８ 記載のホース。
  20. ホースからの漏出のない、５００kPa〜２，５００kPaの圧力での請求項１〜１９のいずれか１項記載のホースの使用。
  21. ホースからの漏出のない、１,０００kPa〜２,０００kPaの圧力の請求項１〜１９のいずれか１項記載のホースの使用。
  22. −１００℃〜−２２０℃の温度での、請求項２０又は２１記載の使用。
  23. −１００℃〜−２００℃の温度での、請求項２０又は２１記載の使用。
  24. ２つのエンドフィッティングの間に連続的に伸びている管状ホース部を含むホースの製造方法であって、該ホース部が内部把持部材及び外部把持部材の間に配置された管状本体を含み、該管状本体が少なくとも２つの層を含み、かつ少なくとも１つの密閉層及び少なくとも１つの補強層を含み、
    非金属マンドレルの周囲に内部把持部材を巻き付けること、
    内部把持部材の周囲に管状本体の第１の層を巻くこと、
    管状本体の第1の層の周囲に管状本体の第２の層を巻くこと、
    第２の補強層の周囲に外部把持部材を巻き付けること、
    ホース部の各端に各々一つのエンドフィッティングを取り付けること、及び
    マンドレルからホースを取り外すことを含む、前記方法。
  25. 前記マンドレルの断面形状に実質的な変化を引き起こすことなくホース部をマンドレル上に形成できるように、前記マンドレルが十分なラジアル剛性を有する、請求項２４記載の方法。
  26. 前記マンドレルが、紙系材料、木材系材料、又はプラスチックポリマー系材料、或いはそれらの混合物で形成される、請求項２４又は２５記載の方法。
  27. 前記マンドレルが、ボール紙である、請求項２４、２５又は２６に記載の方法。
  28. 前記マンドレルが、範囲０．３〜１０GPa.m3/Mg(すなわちギガパスカル×メートル３/メガグラム)のヤング率(E)対密度(ρ)の比を有する材料で形成される、請求項２４〜２７のいずれか１項記載の方法。
  29. 前記マンドレルが０．８〜３GPa.m3/Mgを有する材料で形成される、請求項２４〜２７のいずれか１項記載の方法。
  30. 前記マンドレルが、範囲２０〜２２ ２０GPa.m3/Mgのヤング率(E)対密度(ρ)の比、及び範囲１．０〜３．０ ２０Mg/m3の密度を有する複合材料で作られる、請求項２４又は２５記載の方法。
  31. 前記マンドレルが、実質的に円筒状形である、請求項２４〜３０のいずれか１項記載の方法。
  32. 前記マンドレルが中空であり、その結果、駆動軸をマンドレル内の長手方向に配置することができる、請求項２４〜３１のいずれか１項記載の方法。
  33. プラグが前記マンドレルの少なくとも一端に配置され、その配置は、プラグがマンドレルに定着して固定されるように存在し、それによって、プラグの回転によりマンドレルの回転が生じる、請求項２４〜３２のいずれか１項記載の方法。
  34. 請求項３２に依存する場合、前記駆動軸が好ましくは該プラグ又は各プラグに固定され、かつ駆動モータに接続することができる突出端を有し、それによって、駆動軸の回転により該プラグ又は各プラグの回転が生じ、その結果、マンドレルが回転する、請求項３３記載の方法。
  35. 前記マンドレルからのホースの取外しを補助するために、前記マンドレルが犠牲マンドレルである、請求項２４〜３４のいずれか１項記載の方法。
  36. 前記マンドレルからの完成されたホースの取外しを援助するために、ホースの組立の前に前記マンドレルをプレコートする、請求項２４〜３５のいずれか１項記載の方法。
  37. 前記マンドレルが少なくとも２００mmの外径を有する、請求項２４〜３６のいずれか１項記載の方法。
  38. 前記マンドレルが少なくとも３００mmの外径を有する、請求項２４〜３７のいずれか１項記載の方法。
  39. 前記マンドレルが少なくとも５mの長さを有する、請求項２４〜３８のいずれか１項記載の方法。
  40. 前記マンドレルが少なくとも３０mの長さを有する、請求項２４〜３９のいずれか１項記載の方法。
  41. ２つのエンドフィッティングの間に連続的に伸びている管状ホース部を含むタイプのホースを製造するための装置であって、該ホース部が内部把持部材及び外部把持部材の間に配置された管状本体を含み、該管状本体が少なくとも２つの層を含み、かつ少なくとも１つの密閉層及び少なくとも１つの補強層を含み、
    中空の実質的に円筒状の非金属マンドレル（その周囲に該ホースを配置することができる）、該マンドレルの各端に配置されたプラグ（該プラグは該マンドレルに固定され、それによって、該プラグに印加されるトルクが該マンドレルに伝えられ、該マンドレルがその長手方向軸の周りを回転する）、及び該マンドレルの内側に沿って長手方向に伸びている駆動軸（該駆動軸は該プラグに接続され、それによって、該駆動軸に印加されるトルクが該プラグに伝えられ、該プラグが回転する。該駆動軸は、該マンドレルの少なくとも一端で、該プラグ及びマンドレルから外側に突出している）を含む、前記装置。
  42. 前記マンドレルの断面形状に実質的な変化を引き起こすことなくホース部をマンドレル上に形成できるように、前記マンドレルが十分なラジアル剛性を有する、請求項４１記載の方法。
  43. 波形部分を共に固定する前に、ホース部の隣接する波形部分が実質的にその端の全円周囲に実質的に配置され得るように、前記マンドレルが、十分な直線を保持するための十分な曲げ剛性を有する、請求項４１記載の装置方法。
  44. 前記マンドレルが、紙系材料、木材系材料、又はプラスチックポリマー系材料、或いはそれらの混合物で形成されている、請求項４１、４２、又は４３記載の装置。
  45. 前記マンドレルが、ボール紙である、請求項４４記載の装置。
  46. 前記マンドレルが、範囲０．３〜１０GPa.m3/Mg(すなわちギガパスカル×メートル３/メガグラム)のヤング率(E)対密度(ρ)の比を有する材料で形成されている、請求項４１〜４５のいずれか１項記載の装置。
  47. 前記マンドレルが、０．８〜３GPa.m3/Mgを有する材料で形成されている、請求項４１〜４５のいずれか１項記載の装置。
  48. 前記マンドレルが、範囲２０〜２２ ２０GPa.m3/Mgのヤング率(E)対密度(ρ)の比、及び範囲１．０〜３．０ ２０Mg/m3の密度を有する複合材料で作られている、請求項４１、４２、又は４３記載の装置。
  49. 前記マンドレルが、少なくとも２００mmの外径を有する、請求項４１〜４８のいずれか１項記載の装置。
  50. 前記マンドレルが、少なくとも３００mmの外径を有する、請求項４１〜４９のいずれか１項記載の装置。
  51. 前記マンドレルが、少なくとも５mの長さを有する、請求項４１〜５０のいずれか１項記載の装置。
  52. 前記マンドレルが、少なくとも３０mの長さを有する、請求項４１〜５１のいずれか１項記載の装置。
  53. 前記マンドレルが、マンドレルの各端でプラグ及びマンドレルから外側に突出している、請求項４１〜５２のいずれか１項記載の装置。
  54. 前記駆動軸を回転させるように配置される駆動モータを更に含む、請求項４１〜５３のいずれか１項記載の装置。
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