CN104995352B - 用于生产换位线缆的机器 - Google Patents

Abstract

一种用于由多个蛇形子导线缠绕成换位线缆(诸如，特别是将这种2GHTS带材缠绕成Roebel线缆)而不通过沿边缘弯曲损伤带材的线缆缠绕机器，所述线缆缠绕机器包括：导线供应级，其运载子导线供应线轴，以使得在子导线从机器解开并在机器方向上移动通过机器时供应线轴围绕机器轴线移动并将供应卷轴维持在共同取向；和在机器方向上处于导线供应级之后的线缆形成级，其被布置为将子导线集合在一起，子导线在此交错以形成换位线缆。

Description

用于生产换位线缆的机器

技术领域

本发明涉及用于形成换位线缆(诸如罗贝尔(Roebel)线缆)的机器，导线元件的弯曲最小。

背景技术

高温T_c超导体(HTS)的应用(例如，电力变压器和高电流磁体)常常需要高电流容量。

能够通过形成多个子导线构成的线缆获得增大的电流容量，其中，各个导线或子导线连续换位以使得每个子导线电磁等效，以使得平均共享电流并将AC损失最小化。Roebel线棒和Rutherford线缆是具有矩形横截面的由子导线构成的换位导线线缆构造。

美国专利7788893和7980051公开用于通过2G HTS带材缠绕出特别是Roebel线缆而不发生沿边缘弯曲(这会损坏HTS带材)(“第二代”或2G HTS导线被生产为基金属带材基底上的HTS薄膜诸如YBa₂Cu₃O₇)的机器和方法。

发明内容

本发明提供一种用于由2G HTS带材缠绕成特别是Roebel线缆的改进的或至少可替代的机器，而没有通过沿边缘弯曲损坏带材。

广义来说在一个方面，本发明包括一种用于由多个蛇形子导线缠绕成换位线缆的线缆缠绕机器，其包括：

导线供应级，其运载用于每个子导线的子导线供应线轴，并被布置为在多个蛇形子导线从供应线轴解开并沿机器方向移动通过机器时，使得供应线轴围绕机器轴线移动以及将供应线轴维持在共同取向上，和

线缆形成级，其在机器方向上处于导线供应级之后，所述线缆形成级被布置为将子导线集合在一起并且子导线在此交错以形成换位线缆。

在一个优选的形式中，导线供应级被布置为在子导线在机器方向上移动通过机器时并且在以预定的共同取向保持子导线的同时，使得子导线围绕机器轴线以非圆形路径移动。

在一个优选的形式中，导线供应级的每个子导线供应线轴包括关联的回绕机构，所述关联的回绕机构被布置为在导线供应级的操作期间，以基本恒定张力放出子导线并且还在需要时将过量的子导线长度重新缠绕回线轴上。

在一个优选的形式中，导线供应级包括循环输送机，诸如，柔性输送机诸如链式输送机或带式输送机。输送机(线轴输送机)可以运载用于每个子导线的子导线供应线轴。

子导线以在子导线之间的L/n的纵向位移移动通过机器，其中L为子导线换位长度并且n为缠绕在所述线缆中的子导线的总数目。在一个优选形式中，线轴输送机运载用于每个子导线的子导线供应线轴，并且每个子导线以相对于从线轴输送机上紧接的先前线轴解开的子导线的L/n的正方向位移和以相对于从线轴输送机上紧接的后续线轴解开的子导线的-L/n的正方向位移从其供应线轴解开。供应线轴在线轴输送机上等距地间隔。对于抽出通过机器的每个子导线长度L，每个供应线轴完成机器轴线的一个完整轨道。供应线轴在线轴输送机移动时被相对于地面并相对于彼此保持在固定取向，以使得在子导线从供应线轴解开并移动通过机器时，所述子导线都被围绕其纵向轴线、相对于彼此保持在预定取向，即，以便不围绕所述子导线的纵向轴线旋转或扭转。该机器包括与将要生产的线缆中的子导线一样多的子导线供应线轴。

各个子导线可以是带材子导线，即，每个子导线的横跨纵向轴线的宽度尺寸大于垂直于宽度方向穿过纵向轴线的深度尺寸，并且将子导线保持在预定取向可以包括在子导线移动通过机器时，保持子导线使得所有子导线的宽度尺寸平行。子导线可以包括HTS子导线并且可以包括金属基底上的HTS层，即，包括2G HTS导线。

在一个优选形式中，线缆形成级包括位于机器轴线的任一侧上的引导件，在引导件之间，所有子导线被连续地集合在一起。线缆形成级还可以在所述引导件之后包括、或替代所述引导件包括：围绕横跨并且位于机器轴线的任一侧上的间隔轴线的相对辊，随后，围绕间隔的再次位于机器轴线的任一侧上的相反取向的轴线的相对辊。

广义来说在另一个方面，本发明包括一种用于由多个蛇形子导线缠绕成换位线缆的线缆缠绕机器，其包括：

导线供应级，其包括循环柔性输送机，所述循环柔性输送机运载用于每个子导线的子导线供应线轴并被布置为在多个蛇形子导线从供应线轴解开并在机器方向上移动通过机器时使得供应线轴围绕机器轴线移动并将供应线轴维持在预定的共同取向，和

线缆形成级，其在机器方向上处于导线供应级之后，所述线缆形成级被布置为将子导线集合在一起，子导线在此交错以形成换位线缆。

线轴输送机可以遵循非圆形路径。线轴输送机可以是柔性输送机，诸如链式或带式输送机。

在本说明书中，对于子导线中涉及的“蛇形”，是指子导线包括具有大致共同的纵向轴线的第一系列元件部分和具有大致相同的纵向轴线的第二系列元件部分，后一纵向轴线在基底平面中与所述第一系列元件部分的纵向轴线间隔开，两个系列元件部分之间具有连接部分。

对于本说明书中涉及的“包括(comprising)”是指“至少部分地由…构成”。当解释包括术语“包括”的本说明书和权利要求书中的每个表达时，还可以存在除该术语引出的那个或那些之外的特征。相关术语，如“包括(comprise)”和“包括(comprises)”以相同的方式解释。

如本文使用的术语“和/或”表示“和”或者“或”，或者两者。

如本文使用的，名词后面跟着“(s)”，表示该名词的复数和/或单数形式。

附图说明

现在进一步参考附图描述本发明，其中：

图1示出一段蛇形带材子导线；

图2A示出由十个带材子导线形成的一段Roebel线缆，并且图2B示出由三个带材子导线形成的一段Roebel线缆，其中每种情况下都是在图1中示出的类型；

图3是本发明的线缆缠绕方法和机器的示意图；

图4A-4D示意性示出在线缆缠绕方法中从4A至4D的递增步骤；

图5是本发明的线缆缠绕机器与机器方向背离的透视图；

图6是本发明的线缆缠绕机器在机器方向上的透视图；

图7是图5和图6的机器的侧视图；

图8是图5和图6的机器的俯视图；

图9是机器的导线供应级的特写透视图；

图10是机器的线缆形成级的侧视图；

图11是在机器方向上看进机器的线缆形成级的透视图；

图12是到机器的线缆形成级的入口的俯视图。

具体实施方式

图1示出一段蛇形子导线。子导线包括由较短、成角度的过渡部分或过渡段或者连接部分或连接段(以下称为跨接段11)连接的交替、相对长的平行直线部分或直线段9和10。直线段和过渡段的相对尺寸和形状可以根据将要生产的线缆的设计而变化。跨接段11可以具有弯曲形状(例如，边缘遵循正弦路径)而不是所示的直边缘过渡。然而，对于相同长度的跨接，更弯曲的形状将具有更收缩的横截面并且考虑到减少的局部电流运载容量，这是不赞成的。期望设计子导线的形状以使得成品线缆中的子导线之间形成有横向和纵向间隔，如图2所示。所示长度L为子导线的换位长度。

图2A和图2B每个都示出一短段Roebel线缆，分别由十个和三个图1中所示类型的缠绕的带材子导线构成。在图2B中，在20、21和22处指示三个子导线。在每种情况中，子导线沿着所述子导线的整个长度绕彼此缠绕。本发明的机器用于由图1所示类型的子导线形成这种类型的换位线缆，并且其中，子导线在制造期间被换位或者围绕彼此缠绕，在子导线上具有最小应力。通常情况下，子导线是如图所示的带材状子导线，所述子导线包括金属基底上的HTS薄膜。

图3示意性示出本发明的线缆缠绕机器和用于利用十五个子导线形成线缆的方法的一个实施例。导线供应级CSS具有十五个供应线轴31-45，子导线31a-45a中的每个从十五个供应线轴中的每个解开进入线缆形成级CFS，并且十五个供应线轴都通过移动循环线轴输送机46而运载，其中，在线轴输送机46循环时将线轴31-45相对于地面并相对于彼此维持在固定取向上的同时，循环线轴输送机46围绕箭头A指示的机器方向(纵向)移动。子导线31a-45a从供应线轴31-45解开并以相同速度向前移动通过机器。所有的子导线31a-45a在机器方向上移动通过机器并朝向中心轴线(本文也将其称为机器轴线)移动，所有子导线在中心轴线处基本同时集合在一起并交错以在线缆形成级CFS处形成线缆。线缆形成级CFS位于机器轴线上并且导线供应级CSS被定位以使得线轴输送机46的几何中心在机器轴线上。所形成的线缆随后被以一定速率接收到线轴66上，这保证对于围绕供应线轴31-45的机器轴线的每个完整轨道，长度L(换位长度，如图1所示)的形成线缆从CFS中抽出。

图1所示类型的蛇形子导线以在子导线31a-45a之间的L/n的纵向位移从线轴31-45解开，其中L是子导线换位长度并且n为缠绕在线缆中的子导线的总数。每个子导线从其供应线轴解开并随后与从线轴输送机46上紧接的先前线轴以-L/n的正方向位移解开的子导线交错并且与从线轴输送机上紧接的后续线轴以L/n的正方向位移解开的子导线交错。图4示出时间顺序4A-4D，其示出缠绕点处线的交错。由于在线轴输送机46旋转时，线轴31-45相对于地面并相对于彼此保持在固定取向，因此所有子导线31a-45a在移动通过机器时被相对于彼此、围绕所述子导线的纵向轴线保持在预定取向上，即，以相对于地面围绕所述子导线的纵向轴线最小程度地不旋转或扭转。如所述的，子导线可以为带材形式，并且线轴31-45可以解开带材子导线，其中子导线的宽度尺寸在子导线移动通过机器时被保持平行。其中子导线包括蛇形基底上的HTS层，这将避免在子导线缠绕成复合线缆时弯曲和潜在地损伤HTS层。

能够通过增加线轴输送机上的子导线供应线轴的数目并因此增加在缠绕级处缠绕在一起的子导线来缠绕由所需那么多的子导线形成的线缆。在优选实施例中，供应线轴等距设置在输送机上。

图5-图12详细示出线缆缠绕机器的一种优选实施例，该机器类似于上面参考图3描述的机器。图5-10中的许多附图标记指示图3中相似的元件。首先参考图5-8，该机器包括导线供应级CSS和线缆形成级(通常指示为CFS)，该线缆形成级被布置为将子导线集合在一起并交错子导线以形成换位线缆。线轴输送机包括循环链式输送机，所述循环链式输送机运载用于每个子导线的子导线解开线轴(即，子导线解开线轴31-45)。线轴输送机链条50在导线供应级CSS的框架53的顶部和底部处围绕上部链轮51和下部链轮52延伸，其中上部链轮和下部链轮每个都被安装以围绕与机器轴线平行的轴线旋转。导线供应级CSS还包括电动马达驱动***54以驱动链轮51和链轮52中的一个或二者。对线轴输送机的驱动以及因此链条50和供应线轴的移动是连续的，并且在操作中，所有子导线连续不断地抽出通过机器到达线缆形成级CFS。

特别参考图9，每个供应线轴31-45由线轴链条50经由固定到链条50的托架55运载。所有托架55在链条50上彼此等距相隔。供应线轴之间的间距使得一次仅有一个线轴在顶部链轮和底部链轮之间过渡。每个线轴31-45安装在其托架55上以围绕横向于机器轴线的轴线旋转，以使得子导线31a-45a在机器方向上从供应线轴抽出(并且朝向机器轴线会聚)。每个供应线轴31-45还安装到其托架55上以使得供应线轴能够围绕平行于机器轴线的轴线枢转。在所示实施例中，用于每个供应线轴31-45的安装件包括在其托架55中的轴颈或轴承56。每个线轴被布置以在线轴在导线供应级CSS的一侧上升以及在另一侧下降时被定位为线轴的旋转轴线水平，并且在每个线轴绕过输送机线路顶部处的链轮51并绕过输送机线路底部处的链轮52时，使得在线轴输送机改变方向时，线轴相对于链条平滑并连续地枢转过180度，以使得随着线轴在线轴输送机上移动，从那个线轴解开的子导线的取向保持恒定(相对于其他子导线和成品线缆)。在所示实施例中，供应线轴从位于线轴的质心正上方的枢转点悬挂，以使得线轴总是悬挂在枢转点下方。具体地，输送机线路的图9右手边上的在下次绕过顶部链轮51时的每个供应线轴在这样做时相对于链条枢转过180度，以使得线轴的取向与线轴的接着在图1的左侧上的输送机线路上下降的取向相同，然后在供应线轴绕过底部链轮52时在相反方向上枢转回180度(在一个可替代实施例中，线轴输送机可以以相反方向操作)。因此，子导线31a-45a的取向在所述子导线解开时被维持以使得所述子导线在线缆形成期间围绕所述子导线的长度最小地扭转，并且以使得每个子导线的取向相对于彼此恒定。因此，随着子导线向前移动通过机器，所述子导线在自身围绕子导线的纵向轴线最小地旋转或扭转的同时围绕机器轴线旋转或沿轨道行进。在用于线缆生产线路的机器设置时，线轴输送机和每个供应线轴被索引以使得如先前描述的每个子导线相对于相邻子导线被正确地解开。

在每个供应线轴在线轴输送机上移动时，供应线轴和线缆形成级CFS之间的距离变化，并且特别地，当供应线轴处于输送机线路的顶部或底部时，该距离处于最大值并且在供应线轴在任一侧处于输送机线路的中间时处于最小值。不管线轴在线轴输送机上的什么位置，在每个线轴和线缆形成级之间的子导线长度或跨度中维持基本恒定和类似的张力是重要的，因此提供回绕机构，其通过在子导线从输送机线路的顶部或底部朝向任一侧上的输送机线路的中心移动时，将过量子导线长度重新缠绕回供应线轴上来维持张力，并且在子导线从任一侧上的输送机线路的中心朝向输送机线路的顶部或底部移动时，增加或允许增加供应线轴的解开速度。在每个供应线轴31-45处，回绕机构可以包括具有张紧离合器的弹簧，其施加抵抗供应线轴解开的扭矩以收紧子导线中的松弛并在子导线中设置恒定的去缠绕张力，或可替代地，包括耦接到张紧离合器的电驱动回绕运动机构。

图10从一侧示出线缆形成级CFS，图11是在机器方向上看进线缆形成级的视图，并且图12是到线缆形成级的入口的俯视图。线缆形成级包括间隔的引导件70，所述引导件位于机器轴线的两侧上，然后第一两个相对辊61和62围绕横跨机器轴线并在机器轴线的两侧上的间隔的水平轴线安装，随后，两个相对辊63和64围绕在机器轴线的两侧上的间隔的垂直轴线安装，如图所示。子导线31a-45a从供应线轴31-45抽出并且在入口引导件70之间被连续地集合到一起成为如下文进一步所描述的图2A所示类型的堆叠，然后穿过辊61和62以及辊63和64之间。在机器操作期间，供应线轴围绕线轴输送机如所描述的运动保证子导线在子导线进入引导件70之前和进入引导件70时都围绕机器轴线沿轨道行进，这使得在子导线交错在一起以在引导件70之间形成线缆时并且在子导线进入辊61和62时，子导线围绕机器轴线并相对于彼此同时和连续不断地换位。图11和图12示出穿过引导件70之间的子导线。引导件70限定宽度减小的渐细通道，这逐渐将子导线集合在一起。如所描述的，由于随着子导线的解开，子导线相对于彼此纵向调整相位，当子导线在线缆形成级中被集合在一起时，子导线正确地交错以形成换位线缆。在图12中，通过示例的方式，在31a-31d处指示子导线。由于子导线在子导线穿过引导件70之间时围绕机器轴线沿轨道行进，子导线将相对于并抵靠引导件70的内表面，在一侧向上移动，并在另一侧向下移动。

在优选形式中，退出线缆形成级的换位线缆穿过辊68和69之间，其中辊68和69被电子地监测以测量从供应线轴抽出并通过线缆形成级CFS的子导线的长度。形成的线缆然后从引导件辊71上的轧辊穿过并且到达收紧线轴66，收紧线轴66由电动马达驱动，电动马达由电子微处理器控制以保证线缆以与保持在如先前描述的导线供应级CSS上的供应线轴的轨道速率匹配的速率从机器中抽出。

收紧线轴66和线缆形成级CFS安装在框架75上，该框架75特别地将线缆形成级CFS定位在先前提到的机器轴线上。

基于微处理器的机器控制器控制对导线供应级CSS的电动马达的驱动并且测量轧辊68和69的旋转，从而提供对旋转收紧线轴66的电动马达的反馈控制。

在所示优选形式中，线轴输送机46是链式输送机，但可替代地，所述线轴输送机46可以包括，例如，工业级带式输送机，其运载用于供应线轴的合适安装件。线轴输送机遵循两个竖直间隔的链轮51和链轮52之间的路径，但可替代地，所述线轴输送机可以遵循两个水平间隔的链轮之间的路径，或类似的路径。

本发明的机器的一个优点是形成线缆的子导线的数目能够通过改变线轴输送机运载的供应线轴的数目而相对容易地变化以形成不同尺寸或容量的线缆。例如，链轮51和链轮52中的一者或两者可以被安装以竖直可移动，以使得线轴输送机线路的长度能够增加或减少，并且每个都运载托架55或等同物和供应线轴的一个或更多个单位长度的链条可以增加到线轴输送机链条50或从线轴输送机链条移除，从而增加或减少缠绕在线缆中的子导线的数目。

所述机器的优选形式被设计为用于将具有蛇形形状的子导线缠绕成Roebel线缆，并且其中，为HTS子导线的每个子导线包括在其上的HTS化合物层，但是，在可替代实施例中，所述机器可以被布置为用蛇形非HTS导线(诸如，如蛇形铜导线)缠绕线缆。

上述内容描述了包括优选形式的本发明。对于本领域技术人员明显的各种替代和修改旨在包括在所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种用于由多个蛇形子导线缠绕成换位线缆的线缆缠绕机器，其包括：

导线供应级，所述导线供应级包括循环柔性输送机，所述循环柔性输送机运载用于每个子导线的子导线解开线轴并被布置为在所述多个蛇形子导线从所述线轴解开并在机器方向上移动通过所述机器时，使得所述解开线轴围绕机器轴线移动并以预定取向和基本恒定的张力维持所述解开线轴，和

缠绕级，所述缠绕级在所述机器方向上处于所述导线供应级之后，所述缠绕级被布置为将所述子导线集合在一起，所述子导线在所述缠绕级处交错以形成所述换位线缆。

2.根据权利要求1所述的机器，其中所述导线供应级被布置为使得所述子导线围绕所述机器轴线以非圆形路径移动。

3.根据权利要求1所述的机器，其中所述循环柔性输送机为链式输送机。

4.根据权利要求1所述的机器，其中所述输送机运载用于每个子导线的子导线供应线轴。

5.根据权利要求1所述的机器，其中每个子导线供应线轴包括相关联的回绕机构，所述回绕机构被布置为在所述导线供应级的操作期间以基本恒定的张力放出所述子导线并且还在需要时将过量的子导线长度重新缠绕回所述线轴上。

6.根据权利要求1所述的机器，其中所述子导线以L/n的子导线之间的纵向位移移动通过所述机器，其中L为子导线换位长度并且n为缠绕在所述线缆中的子导线的总数目。

7.根据权利要求1所述的机器，其中所述缠绕级包括位于所述机器轴线的两侧上的引导件，在所述引导件之间，所有的所述子导线被连续不断地集合在一起。

8.根据权利要求7所述的机器，其中所述缠绕级包括在所述引导件之后、围绕横跨所述机器轴线并位于所述机器轴线的两侧上的间隔的水平轴线的第一相对辊，随后是围绕同样间隔位于所述机器轴线的两侧上的竖直轴线的第二相对辊。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的机器，其中所述子导线每个都具有横跨纵向轴线的宽度尺寸，所述宽度尺寸大于垂直于宽度方向穿过所述纵向轴线的深度尺寸，并且所述机器被布置为在所述子导线移动通过所述机器时以所述子导线的宽度尺寸平行的状态保持所述子导线。

10.根据权利要求9所述的机器，其中所述子导线是HTS子导线。

11.根据权利要求10所述的机器，其中所述子导线包括含有HTS层的扁平带材。