BR102021019828A2 - Conexão de cabo umbilical com robô para intervenção em dutos remotamente controlado - Google Patents
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Abstract
A presente invenção propõe uma estrutura de conexão de um robô que opera dentro de dutos, visto que seu tamanho reduzido permite altas trações em espaços restritos. Pode ser aplicada para compor a estrutura de conexão de sistemas robóticos de intervenção que operam sobre tração podendo ser usada também para ligar dois umbilicais sem que seja usado um conector de grande volume. Sendo assim, solução encontrada pelo presente pedido resolve os problemas de conexão entre dois sistemas, o robô e o cabo umbilical e resolve o problema do estado da técnica, usando uma caixa de emendas (1) que contém internamente uma coifa de emendas (5).
Description
[0001] A presente invenção está baseada no desenvolvimento de uma solução para uma estrutura de conexão de equipamentos que operam dentro de dutos.
[0002] Para o funcionamento de um sistema robótico remotamente controlado é necessária sua comunicação com a superfície, hoje comumente realizada através de um cabo umbilical. Para isto, é necessário conectar este robô com seu cabo umbilical, de maneira permanente ou não.
[0003] Devido á alta tração do sistema robótico para puxar o cabo umbilical, é necessário que as estruturas consumam excessivo espaço para resistir às solicitações mecânicas, o que dificulta a aplicação em dutos de diâmetro restrito, visto que é necessário espaço interno para a realização de conexões e/ou passagem de cabos.
[0004] Em dutos flexíveis é necessária a realização de curvas por parte do robô, podendo essas curvas ter raios de dobra tão pequenos quanto cinco vezes 0 diâmetro do duto (5D), logo a solução deve ser pequena e aceitar curvaturas deste tipo.
[0005] A operação do robô pode se dar em ambiente contendo petróleo e fluidos corrosivos, portanto se faz necessária a proteção dos cabos vindos do interior do umbilical quando o revestimento dos mesmos acaba e ocorre a terminação do mesmo.
[0006] O documento CN209241285U revela um modelo de utilidade que tem por objetivo formar uma estrutura para travamento e controle de umbilicais em um robô submarino. A estrutura apresenta vantagens de ser simples, prever um pequeno espaço para o umbilical, fixar e proteger o umbilical de danos. Apesar de apresentar meios de conexão para umbilicais, o documento, porém não é capaz de realizar curvas de raios tão pequenos quanto cinco vezes o diâmetro do duto (5D).
[0007] O documento CN108177743A revela um dispositivo do tipo bullet para conexão entre um umbilical e um ROV. Permite uma maior flexibilidade no giro do ROV debaixo da água, reduzindo a necessidade de isolamento elétrico, evitando fissuras ocasionadas por torção. Apesar de apresentar meios de conexão para umbilicais, o documento, porém não é capaz de realizar curvas de raios tão pequenos quanto cinco vezes o diâmetro do duto (5D).
[0008] O documento US7906727B2 revela um conector do tipo bullet para umbilicais, e para um método de desligar um umbilical de um conector do tipo bullet. O conector bullet aqui descrito compreende um cone de nariz cônico, um corpo que compreende uma caixa cilíndrica, um cilindro montado de forma removível na caixa cilíndrica, e uma placa de bloqueio fixada de forma removível na região inferior do cilindro. Apesar de apresentar meios de conexão para umbilicais, o documento, porém não é capaz de realizar curvas de raios tão pequenos quanto cinco vezes o diâmetro do duto (5D).
[0009] Diante das dificuldades presentes no estado da técnica citado acima, e para soluções de conexão de cabo umbilical com robô em dutos com curvas de raios tão pequenos quanto cinco vezes o diâmetro do duto (5D), surge a necessidade de desenvolver uma tecnologia capaz de performar de maneira eficaz e que esteja em acordo com as diretrizes ambientais vigentes. O estado da técnica citado acima não possui as características únicas que serão apresentadas detalhadamente a seguir.
[0010] É um objetivo da invenção obter um equipamento capaz de viabilizar e simplificar a conexão de cabos umbilicais com robôs em ambientes confinados com dimensão reduzida e necessidade de realizar curvas com raios de cinco vezes o diâmetro.
[0011] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção propõe estrutura de conexão de um robô que opera dentro de dutos, visto que seu tamanho reduzido permite altas trações em espaços restritos. Pode ser aplicada para compor a estrutura de conexão de sistemas robóticos de intervenção que operam sobre tração. Podendo ser usada também para ligar dois umbilicais sem que seja usado um conector de grande volume.
[0012] Conexão de cabo umbilical com robô caracterizado por fazer a conexão entre dois sistemas, pelo menos uma caixa de emendas (1) e pelo menos uma coifa de emendas (5).
[0013] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de realização da mesma. Nos desenhos, têm-se:
- - A Figura 1 ilustra uma seção da solução da caixa de emendas;
- - A Figura 2 ilustra uma vista em seção da solução da coifa de emendas dentro da caixa de emendas;
- - A Figura 3 ilustra a conexão com o umbilical na esquerda e conexão com o robô na direita;
- - A Figura 4 ilustra a montagem do sistema de agarre, imagens sem a ancoragem da manga de aramida do umbilical;
- - A Figura 5 ilustra a coifa de emendas montada;
- - A Figura 6 ilustra a montagem da solução de conexão.
[0014] Abaixo segue descrição detalhada de uma concretização preferida da presente invenção, de cunho exemplificativo e de forma nenhuma limitativo. Não obstante, ficará claro para um técnico no assunto, a partir da leitura desta descrição, possíveis concretizações adicionais da presente invenção ainda compreendidas pelas características essenciais e opcionais abaixo.
[0015] Antes da presente invenção, as soluções tinham uma carcaça metálica e por isso eram demasiadamente grandes, não podendo ser aplicadas no interior de dutos. Nos conectores do estado da técnica não é possível conectar de topo linhas hidráulicas ou de alta corrente, além das dimensões em relação aos poucos conectores disponíveis, acaba inviabilizando seu uso dentro dos dutos flexíveis.
[0016] Ao consumir espaço na direção longitudinal, a presente invenção não necessita de espaço no diâmetro da seção para que os conectores entre o umbilical e o robô sejam emendados. As molas recobertas pela manga de fibras protegem fisicamente os componentes e transmitem a tração mecânica entre o robô e o cabo umbilical. A coifa de borracha dentro da mola cria um compartimento estanque protegendo os conectores do meio agressivo, dessa forma podemos conectar diversos itens ao longo da coifa de emendas e ainda realizar as curvas 5D (raio de curvatura igual à 5x o diâmetro do riser) encontradas em dutos flexíveis.
[0017] A solução encontrada pelo presente pedido resolve os problemas de conexão entre dois sistemas, o robô e o cabo umbilical. Ele resolve o problema do estado da técnica, usando uma caixa de emendas (1) que contém uma coifa de emendas (5). A caixa de emendas, como mostra a Figura 1, composta por duas ancoragens invertidas (2), sendo elas a montagem aparafusada dos componentes 21 e 22 e as montagens aparafusadas de 23 e 24, em que cada conjunto faz parte da ancoragem da manga de aramida, separadas por uma mola (4), interconecta mecanicamente o umbilical com o robô, transmitindo a tração através da manga de aramida (3), o que permite uma alta flexibilidade para realizar curvas. As ancoragens são caracterizadas por terem um alojamento para um anel de ancoragem (9) por onde o tecido é laçado. Suas conexões são fixadas através de parafusos. No caso do robô protótipo, unida com o robô por parafusos sob cisalhamento e no umbilical por parafusos sob tração, como mostra a Figura 4.
[0018] A coifa de emendas (5), vista em corte na Figura 2, protege os cabos expostos do umbilical (pig-tails), ancorando-se ao polímero exposto do cabo umbilical (13) através do sistema de agarre (12) (Figura 4d). Em uma concretização preferencial da invenção, a coifa de emendas (5) possui duas coifas corrugadas (15) em sua concepção (podendo ser tantas quanto necessário), unidas por um flange de transição (8), Figura 5. Por fim, a tampa da coifa de emendas serve de interface para os conectores que serão crimpados nos cabos expostos. O item 25, na Figura 2, é um conector tradicional do umbilical, que recebe o conjunto de ancoragem invertida (2), diretamente conectada mecanicamente no componente (21) e (22), também por aparafusamento. Os cabos do umbilical (26) podem ser mangueiras hidráulicas, cabos elétricos ou conduíte de fibra ótica. A tampa (7) da coifa de emendas (5) é onde se localizam os conectores que levam as ligações dos cabos do umbilical (26) para fora deste ambiente de proteção.
[0019] A Figura 3a ilustra uma etapa da montagem onde a manga de aramida está ancorada na peça 21 apenas, permitindo acesso aos parafusos que prendem esta ancoragem ao conector (25) do cabo umbilical onde estes parafusos encontram-se sob tração. A Figura 3b ilustra a última etapa da montagem, quando a caixa de emenda é conectada a célula de carga do robô (14) por parafusos sob cisalhamento. Na Figura 4a e Figura 4b são apresentadas etapas da montagem do sistema de agarre, inserindo respectivamente primeiro a tampa de interface (6) com o umbilical (13), logo em seguida o agarre (10) e, por fim, o batente de fechamento (11) (Figura 4c), aparafusando todo o sistema. O agarre (10) é uma cunha que produz uma força de fixar o cabo umbilical (13), para evitar escorregamento.
[0020] A coifa de emendas (5) montada pode ser vista na Figura 5 e a solução completa com a caixa de emendas (1), na Figura 6. Na figura 6a, esta montada a coifa de emendas (5). Na figura 6b vemos a mola (4) introduzida sobre a coifa de emendas. Na figura 6c, vemos a manga de aramida (3) revestindo a mola (4). A montagem evidencia que é possível realizar as conexões elétricas, hidráulicas e mecânicas em um espaço reduzido em relação às soluções anteriores a tecnologia.
Claims (6)
- CONEXÃO DE CABO UMBILICAL COM ROBÔ, caracterizado por fazer a conexão entre dois sistemas, pelo menos uma caixa de emendas (1) e pelo menos uma coifa de emendas (5).
- CONEXÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela caixa de emendas (1) compreender pelo menos duas ancoragens invertidas (2) separadas por uma mola (4), revestida por uma manga de aramida (3), o qual o conjunto interconecta mecanicamente o umbilical (13) com o robô.
- CONEXÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela coifa de emendas (5) compreender pelo menos uma tampa da coifa de emendas (7), pelo menos sistema de agarre (12) com o umbilical (13) e pelo menos uma coifa corrugada (15).
- CONEXÃO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela fixação da caixa de emendas (1) ser feita por parafusos sob cisalhamento com o robô e parafusos sob tração no umbilical.
- CONEXÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela coifa corrugada (15) ancorar-se ao polímero exposto do cabo umbilical (13) através do sistema de agarre (12) usando a cunha (10).
- CONEXÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela coifa de emendas (5) compreender, alternativamente, duas coifas corrugadas (15) unidas por um flange de transição (8).
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