BR112013013675B1 - equipamento de arrebentamento de tubulação - Google Patents
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Abstract
EQUIPAMENTO DE ARREBENTAMENTO DE TUBULAÇÃO É descrito um equipamento para substituição de tubulação subterrânea, o qual inclui uma placa de resistência a partir da qual um par de cilindros hidráulicos se estende perpendicularmente paralelos entre si. Os cilindros funcionam ciclicamente com uma ponte de tração tendo um fixador de cabos para propiciar uma sequência de cursos de tração a um cabo que puxa uma perfuratriz por percussão. A perfuratriz por percussão puxa uma tubulação substituta atrás dela através da tubulação antiga, a qual foi arrebentada, cortada ou expandida pela perfuratriz por percussão. A placa de resistência é munida de uma fenda e os cilindros estão posicionados para permitir que a perfuratriz por percussão seja puxada de modo substancialmente completo para dentro do equipamento. Uma ponte de retenção é montada de modo removível abarcando a fenda na placa de reação para posicionar um segundo fixador de cabos para reter o cabo no curso de retorno da ponte de tração. A ponte de retenção pode ser removida no final da operação de tração para acomodar a perfuratriz por percussão. É descrita uma construção robusta e leve.
Description
[001] Este pedido de patente reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório US No. 61/458.981 depositado em 03 de dezembro de 2010, cuja totalidade está aqui incorporada por referência.
[002] A invenção refere-se à substituição de tubulação subterrânea pela utilização do denominado arrebentamento de tubulação. Mais especificamente, a invenção refere-se a um equipamento aperfeiçoado para substituição de tubulação subterrânea pelo arrebentamento ou corte da tubulação in loco enquanto puxando uma tubulação substituta substancialmente para dentro da mesma posição.
[003] Arrebentamento de tubulação é uma técnica conhecida para substituição de tubulação subterrânea, tal como canos de esgoto, água e gás, sem a necessidade de cavar uma vala para remover a tubulação antiga e posicionar uma nova. No arrebentamento de tubulação, uma cabeça de arrebentamento ou perfuratriz por percussão é empurrada ou puxada através da tubulação antiga para arrebentar ou cortar a tubulação antiga enquanto, de modo geral concorrentemente, alimentando uma tubulação substituta para dentro da posição. A tubulação substituta é tipicamente flexível e é preferivelmente polietileno de alta densidade (HDPE).
[004] Inicialmente, a maioria dos equipamentos de arrebentamento de tubulação utilizava guinchos, roldanas e outros componentes relativamente grandes com a finalidade de desenvolver as necessárias forças. Tal equipamento também tipicamente exigia escavações relativamente grandes em ambas as extremidades da seção de tubulação a ser substituída com a finalidade de posicionar adequadamente o equipamento.
[005] Mais tarde, contudo, avanços em projeto, um exemplo do qual é mostrado e descrito na Patente US No. 6.305.880, resultaram em equipamento menor e menos pesado. Menores escavações eram necessárias em ambas as extremidades do segmento de tubulação a ser substituído, e o equipamento poderia ser posicionado manualmente para uso. Isto abriu caminho para a utilização do arrebentamento de tubulação em menores aplicações, tais como a substituição de canos laterais residenciais de esgoto e água.
[006] Entretanto, o equipamento para arrebentamento de tubulação em aplicações menores permanece relativamente grande, pesado e complexo. Como consequência, existem dificuldades físicas no manuseio de tal equipamento, e custos significativos em materiais e fabricação. Também, devido às elevadas forças necessárias no processo de tração, eram tipicamente utilizadas elevadas pressões hidráulicas, aumentando ainda mais o custo de fabricação.
[007] Consequentemente, existe a necessidade de um equipamento de arrebentamento de tubulação que tenha custo e complexidade baixos, seja fácil de manusear e montar, e capaz de funcionar com baixas pressões hidráulicas.
[008] As necessidades acima mencionadas são satisfeitas pelo equipamento da invenção. São utilizados diversos recursos que agem em uma nova combinação para propiciar um equipamento robusto de peso relativamente baixo e baixo custo, o qual é fácil de usar e é capaz de funcionar com pressões hidráulicas relativamente baixas. Em particular, o equipamento da invenção compreende um par de cilindros hidráulicos, cada um tendo uma haste de cilindro que se projeta a partir das extremidades opostas do cilindro. Os cilindros são montados substancialmente paralelos entre si para se estenderem de modo substancialmente perpendicular a uma placa de reação, com as extremidades salientes adjacentes das hastes dos cilindros sendo fixadas, respectivamente, em recessos conjugados na placa de reação. Nas suas extremidades opostas, as hastes dos cilindros são fixadas de modo similar, cada uma em um respectivo recesso conjugado em uma ponte de tração. A ponte de tração é equipada com um fixador de cabos que segura o cabo durante um curso de tração e que permite que o cabo deslize através dele durante o curso de recuperação. A placa de reação é formada com uma fenda larga na mesma através da qual o cabo passa durante o processo de tração e através da qual o cabo pode ser passado lateralmente durante montagem. Os cilindros estão posicionados assimetricamente em relação à fenda de modo a maximizar a distância lateral entre eles. Uma ponte de retenção é também propiciada abarcando a fenda na placa de reação, e é fixada de modo removível à placa de reação. A ponte de retenção suporta um segundo fixador de cabos alinhado com o cabo para reter o cabo em posição durante o curso de recuperação. No final do processo de tração, a ponte de retenção pode ser removida para permitir que a perfuratriz por percussão seja puxada através da fenda na placa de resistência suficientemente afastada para expor a tubulação substituta. Isto elimina a necessidade de escavação adicional para expor a tubulação substituta.
[009] A Figura 1 é uma vista em perspectiva do equipamento da invenção, mostrando o cabo de tração em posição e não mostrando a ponte de retenção.
[010] A Figura 1A é uma vista em seção transversal de uma porção do equipamento da invenção.
[011] A Figura 2 é uma vista em perspectiva do equipamento da invenção, mostrando o cabo de tração e a ponte de retenção em posição.
[012] As Figuras 3 a 5 são vistas explodidas do equipamento da invenção mostrando a sequência da perfuratriz por percussão emergindo e atravessando a fenda na placa de resistência.
[013] Com referência às Figuras 1 e 2, é representada uma forma preferida do equipamento da invenção. É mostrada uma placa de reação 10, também denominada placa de resistência, de preferência com 46 a 61 cm de largura, aproximadamente a mesma altura, e 2,5 a 5,0 cm de espessura. É também preferível que a placa de reação 10 seja de aço ou material comparável. A placa de reação está posicionada em um buraco em uma extremidade do segmento da tubulação a ser substituída para se apoiar contra a parede do buraco do qual o segmento tipicamente emerge. Tábuas ou materiais equivalentes podem ser colocados entre a placa de reação e a parede do buraco conforme desejado para distribuir a carga. Em qualquer caso, a placa de reação suporta os outros componentes do equipamento como será descrito. Como mostrado, a placa de reação pode ser munida de aberturas, não numeradas, para facilidade de manuseio e redução de peso.
[014] A placa de reação 10 é também munida de uma abertura ou fenda adicional 21 de modo a permitir que um cabo de tração 19 atravesse a placa de reação. Uma vez que a fenda 21 se abre através de um lado da placa de reação 10, a placa de reação pode ser colocada em posição sem a necessidade de enfiar o cabo 19 através da fenda 21. A fenda 21 é também formada com largura suficiente de modo a permitir que uma cabeça de arrebentamento, também denominada perfuratriz por percussão, seja puxada para dentro ou mesmo através da placa de reação.
[015] Para propiciar a força para puxar o cabo, um par de cilindros hidráulicos 11 e 12 é montado sobre a placa de reação em relação substancialmente paralela entre si. De preferência, os cilindros são os denominados cilindros de baixa pressão, tendo tipicamente uma pressão máxima de projeto de 35,5 MPa ou menos. Cada um dos cilindros tem uma haste de cilindro, 11b e 12b, respectivamente, que se projeta a partir de uma extremidade do cilindro. Não visível nas Figuras 1 e 2, é mostrada na Figura 1A uma haste de montagem, descrita abaixo, que se projeta a partir de cada um dos cilindros em alinhamento axial com as hastes dos cilindros. Com a finalidade de montar os cilindros na placa de resistência, é formado um recesso na placa para se unir com e receber a extremidade proximal de cada uma das hastes de montagem. Isto é mostrado na Figura 1A onde as hastes de montagem 12d estão soldadas a um cone 12e montado sobre as extremidades dos cilindros.
[016] Uma abertura axial rosqueada é propiciada nas extremidades das hastes dos cilindros 11b e 12b e nas hastes de montagem 12d para fixação da extremidade em posição no recesso 12f com um parafuso. Arruelas, 11a e 12a, podem também ser usadas para auxiliar a fixar os cilindros 11 e 12 à placa de reação. Uma vista em seção transversal da montagem da haste de montagem 11b na placa de reação é representada na Figura 1A. Deve ser entendido que as conexões das hastes de montagem e dos cilindros em todas as extremidades são substancialmente como representadas ali.
[017] As extremidades das hastes dos cilindros distais da placa de reação são fixadas a uma ponte de tração 13. A ponte de tração 13 é preferivelmente de aço ou de material similar e é projetada para transmitir a força gerada pelos cilindros hidráulicos 11 e 12 ao cabo 19. Como no caso da placa de reação, a ponte de tração 13 é munida de um par de recessos para união com e recepção de uma extremidade de uma das hastes dos cilindros 11b e 12b. Também como no caso da placa de reação, as hastes dos cilindros são fixadas em posição por um parafuso 11c que atravessa a ponte de tração 13 para dentro de uma abertura axial rosqueada na haste.
[018] Com a finalidade de fixação do cabo, a ponte de tração é munida de um mecanismo de fixação 14. O mecanismo de fixação 14 pode ser de qual projeto adequado para fixar firmemente o cabo 19 durante o curso de tração, e liberar o cabo durante o curso de recuperação. Os mecanismos para este fim podem ser ativos ou passivos, e são bem conhecidos por aqueles versados na técnica. Um exemplo de tal mecanismo é mostrado e descrito na Patente US No. 6.305.880. Na modalidade mostrada aqui, o mecanismo de fixação ilustrado inclui um par de retentores ou engastes de mandril alongados 15 mantidos em posição com placas de cobertura 17. Dentes voltados para dentro sobre os retentores são propendidos por molas por meio de um carregador de molas 16 de modo que o cabo seja preso durante o curso de tração, mas liberado durante o curso de retorno quando a ponte de tração se desloca no sentido oposto.
[019] As conexões hidráulicas para a modalidade ilustrada são mostradas nos desenhos. Durante o curso de tração, é fornecida pressão aos cilindros por meio da mangueira de alimentação 23 ao pistão interno (não mostrado) dos cilindros 11 e 12 para mover o pistão e, portanto, a ponte de tração para longe da placa de resistência 10. Isto puxa o cabo e, portanto, a perfuratriz por percussão através da tubulação antiga, arrebentando-a e/ou cortando-a e puxando a nova tubulação para posição. É também propiciado um indicador de pressão, mostrado em 25. Com a finalidade de retornar a ponte de tração e o cilindro para uma posição para início do curso de tração seguinte, é fornecida uma mangueira de alimentação 27. No final do curso de tração, a pressão é liberada por meio da mangueira de alimentação 23 e aumentada por meio da mangueira de alimentação 27. Os conectores 28 e 29 são propiciados para conexão a uma bomba ou fonte similar de pressão hidráulica. Como alternativa, o curso de retorno poderia ser realizado por um mecanismo de mola ou similar.
[020] Uma ponte de retenção 33, não mostrada na Figura 1, é também propiciada na modalidade preferida. Como mostrado, a ponte de retenção é composta de uma placa inferior 34, a qual é aparafusada de modo removível à placa de resistência 10 de modo que a ponte de retenção 33 abarque a fenda 21. A ponte de retenção 33 também inclui um bloco de guia de cabo 35 que se estende a partir da placa inferior e é formada com duas cantoneiras 37. O bloco de guia de cabo tem uma fenda de guia de cabo nele com extremidades chanfradas para fora para auxiliar a manter o cabo alinhado, como é sabido na técnica. Uma instalação fixadora de retenção de cabo 39 é também suportada na fenda de guia. A instalação fixadora 39 pode, assim como no caso do mecanismo de fixação 14, ser de qualquer projeto adequado para reter o cabo em posição durante o curso de retorno, isto é, quando o fixador 14 tiver liberado o cabo e a ponte de tração 13 estiver retornando para posição para outro curso de tração.
[021] Deverá ser observado neste momento que a ponte de tração 13 e a ponte de retenção 33 são formadas preferivelmente para serem simétricas quanto aos seus formato e posição. Deste modo, a orientação de qualquer das pontes pode ser invertida de modo a acomodar as preferências do usuário. Também, uma vez que a ponte de retenção pode ser completamente removida da instalação, a perfuratriz por percussão pode ser completamente retirada a partir da abertura da tubulação e colocada dentro da instalação. Isto facilita a desconexão da perfuratriz por percussão e elimina a necessidade de escavação adicional com a finalidade de ter acesso à extremidade da nova tubulação.
[022] Logo que a perfuratriz por percussão for puxada através da tubulação antiga, com a tubulação substituta puxada para posição atrás daquela, torna-se necessário extrair a perfuratriz por percussão e ter acesso à tubulação substituta para completar as conexões da tubulação. Em sistemas do estado da técnica, isto frequentemente exigia a desconexão do cabo da perfuratriz por percussão, remoção do equipamento de tração e da perfuratriz por percussão de dentro da escavação, e escavação adicional para expor a extremidade da tubulação substituta.
[023] Com o equipamento da presente invenção, tais etapas tornaram-se desnecessárias. A sequência no final da tração é ilustrada nas Figuras 3 a 5. Uma perfuratriz por percussão 41 é ilustrada na Figura 3 imediatamente a seguir a ser puxada para fora da tubulação antiga (não mostrada) e para dentro do equipamento da invenção. Deve ser entendido que o equipamento está posicionado em um buraco escavado na extremidade do segmento da tubulação a ser substituída. A perfuratriz por percussão pode ter qualquer configuração conhecida na indústria de substituição de tubulações, desde que a sua dimensão permita que seja retirada através da fenda 21 da placa de resistência 10. Tipicamente, a perfuratriz por percussão tem uma superfície frustocônica 43 para arrebentamento ou expansão da tubulação antiga e pode ter lâminas talhadeiras 46 para auxiliar no processo de arrebentamento ou corte, como é conhecido na técnica. Um flange de conector 45 conecta-se ao cabo de tração, não mostrado. Um conector rosqueado ou equivalente 47 estendese a partir da parte posterior da perfuratriz por percussão para conectar-se à tubulação substituta, também não mostrada.
[024] Na Figura 4, a perfuratriz por percussão é puxada ainda mais para dentro do equipamento. Deverá ser observado que a ponte de retenção é removida durante estas sequências finais para permitir a passagem da perfuratriz por percussão para dentro do equipamento. Na posição final mostrada na Figura 5, a perfuratriz por percussão foi completamente retirada da tubulação antiga e está dentro do equipamento. A extremidade da tubulação substituta é por este meio exposta para acesso fácil, e o equipamento e a perfuratriz por percussão podem ser facilmente removidos do buraco.
[025] Diversas vantagens resultam do equipamento descrito acima. Uma vez que a ponte de tração e a placa de resistência estão conectadas às hastes dos pistões dos cilindros, é obtida rigidez considerável com peso mínimo. Ao utilizar uma ponte de retenção removível, através da montagem à placa de resistência combinada com um percurso de cabo que pode ser aberto na instalação de fixação, a perfuratriz por percussão pode ser retirada completamente para dentro do equipamento, simplificando os procedimentos no término do processo de tração. O espaçamento assimétrico dos cilindros maximiza o espaço utilizável dos cilindros. Isto permite o uso de cilindros de maior área superficial dos pistões de modo que forças de tração adequadas podem ser alcançadas com menores pressões hidráulicas. Finalmente, o uso de pontes simétricas permite que as posições das pontes sejam "invertidas" para maior versatilidade e conveniência para o operador.
[026] Diversas modificações da invenção tornar-se-ão evidentes para aqueles versados na técnica a partir da descrição precedente e desenhos anexos. Tais modificações destinam-se a cair dentro do âmbito das reivindicações anexas.
Claims (4)
- Equipamento para substituição de tubulação subterrânea com uma tubulação de reposição compreendendo:
uma placa de resistência (10) para posicionamento contra uma parede através da qual um cabo (19) se projeta, a extremidade oposta do cabo (19) estando conectada a uma perfuratriz (41) tendo a tubulação de reposição conectada a mesma, a referida placa de resistência (10) tendo uma fenda (21) nela de uma dimensão suficiente para permitir que a perfuratriz (41) a atravesse;
um par de cilindros hidráulicos (11, 12) posicionados em lados opostos da referida fenda (21), que se estendem substancialmente paralelos entre si e substancialmente perpendiculares à referida placa de resistência (10) para definir um espaço no qual a perfuratriz possa ser retirada pelo referido cabo;
uma ponte de tração (13) fixada a cada um dos referidos cilindros (11, 12) na extremidade oposta da referida placa de resistência (10), a referida ponte de tração (13) sendo reciprocamente móvel pela operação dos referidos cilindros (11, 12) em curso de tração e em curso de recuperação, a referida ponte de tração (13) tendo uma instalação fixadora de cabos (14) na mesma para fixar o cabo (19) durante o curso de tração e liberar o cabo durante o curso de recuperação; e
uma ponte de retenção (33) montada de modo removível na referida placa de resistência (10) abrangendo a referida fenda (21), a referida ponte de retenção (33) tendo uma instalação fixadora (39) na mesma para liberar o cabo (19) durante o curso de tração e fixar o cabo durante o curso de recuperação,
caracterizado pelo fato de que os cilindros hidráulicos compreendem, cada um, extremidades e uma haste de cilindro (11b, 12b) que se projeta a partir de uma extremidade do cilindro, e as extremidades dos cilindro são montadas na placa de resistência (10), e a ponte de tração (13) é presa a cada uma das hastes de cilindro (11b, 12b), uma ponte de retenção (33) é separada dos cilindros hidráulicos (11, 12) e montada de modo removível da placa de resistência (10), e na referida fenda (21) na placa de resistência (10), em que a ponte de retenção (33) pode ser removida para permitir que a referida perfuratriz (41) por percussão seja retirada através da placa de resistência (10) do espaço definido pelos referidos cilindros (11, 12) a fim de facilitar o desacoplamento da perfuratriz (41) de percussão de tubulação de reposição sendo puxada pela perfuratriz de percussão. - Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida ponte de tração (13) e a referida ponte de retenção (33) são montadas com as suas respectivas instalações fixadoras (14, 39) alinhadas para definir um eixo de tração do cabo, perpendicular a referida placa (10), a referida ponte de tração (13) sendo configurada para que a referida ponte de tração (13) pudesse ser invertida com relação ao referido eixo de tração do cabo com a referida instalação fixadora (14, 39) permanecendo alinhada.
- Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos referidos cilindros (11, 12) tem uma haste do cilindro (11b, 12b) e uma haste de montagem (12d) projetadas de forma alinhada ao eixo do referido cilindro (11, 12) das extremidades opostas do referido cilindro (11, 12), a referida placa de resistência (10) e a referida ponte de tração (13) possuindo reentrâncias nas mesmas alinhadas com os eixos dos referidos cilindros (11, 12) para receber as referidas hastes de montagem (12d) e as referidas hastes do cilindro (11b, 12b), respectivamente.
- Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os referidos cilindros (11, 12) são posicionados em lados opostos a referida fenda (21) em relação assimétrica à mesma.
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