ES2226442T3 - Metodo y aparato para arrollar un conducto helicoidal desde su interior. - Google Patents

Metodo y aparato para arrollar un conducto helicoidal desde su interior.

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ES2226442T3 ES99948606T ES99948606T ES2226442T3 ES 2226442 T3 ES2226442 T3 ES 2226442T3 ES 99948606 T ES99948606 T ES 99948606T ES 99948606 T ES99948606 T ES 99948606T ES 2226442 T3 ES2226442 T3 ES 2226442T3
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Abstract

Método de arrollamiento de una tubería (6) helicoidalmente arrollada a partir de una banda (13) que tiene formaciones de conexión separadas transversalmente en la banda y adaptadas para enclavarse cuando la banda (12) está arrollada en una trayectoria helicoidal y partes de borde adyacentes de la banda (12) se superponen entre sí, comprendiendo dicho método las etapas de: alimentar la banda (12) entre al menos un par de rodillos (27, 28) de accionamiento situados dentro de dicha trayectoria helicoidal; accionar la banda (12) alrededor del exterior de una pluralidad de rodillos (17a, 40a, 19a, 20a, 29) guía circunferencialmente separados para formar una guía para permitir que la banda (12) siga la trayectoria helicoidal; y efectuar el enclavamiento de las partes de borde adyacentes de la banda (12) que depende únicamente de las fuerzas que actúan sobre la banda accionada y de la fuerza reactiva suministrada por la tensión en espiras adyacentes de la banda.

Description

Método y aparato para arrollar un conducto helicoidal desde su interior.
Esta invención se refiere a un método mejorado de un aparato para arrollar conductos a partir de una banda alargada.
Ahora, es bien conocida la reparación de conductos mediante la inserción de un tubo arrollado helicoidalmente de diámetro más pequeño que la parte corroída o dañada. El espacio anular entre la nueva tubería y el antiguo conducto se rellena con lechada, normalmente de naturaleza cementosa. Uno de los problemas de una práctica de este tipo es que la tubería encamisada de nuevo terminada es de un diámetro más pequeño que el conducto original. Además, un conducto que va a encamisarse de nuevo normalmente no está alineado y tiene ondulaciones y curvas, lo que significa que la tubería de encamisado que se forma debe ser incluso más pequeña en diámetro para sortear tales ondulaciones y desalineaciones.
Asimismo, cuando un agujero se forma directamente en la tierra, el encamisado de tales agujeros requiere una tubería de encamisado de un diámetro considerablemente más pequeño que el diámetro del agujero debido al rozamiento generado entre la tierra y la tubería de encamisado que está siendo insertada.
Es bien conocida la formación de tuberías por arrollamiento de una banda estriada de material plástico y la unión de los bordes de espiras de la banda para formar progresivamente un tubo helicoidalmente arrollado de la longitud necesaria. Las patentes anteriores del mismo inventor se refieren a la forma de la banda, el tipo real de la banda, los medios particulares de unión para bordes contiguos, el refuerzo de la banda mediante elementos de refuerzo co-arrollados o similares, y el diseño de una máquina para arrollar una banda de este tipo en una estructura tubular.
Un tubo de este tipo tiene que arrollarse en posición en un conducto. Uno de los usos y ventajas especiales de un tubo de este tipo es que puede arrollarse en un conducto mediante la colocación de la máquina en una posición en el extremo del conducto, que puede ser bajo tierra, y formar continuamente el tubo y hacerlo avanzar dentro del conducto una distancia deseada. Un sistema de este tipo se ha utilizado para el encamisado de nuevo de tuberías de alcantarillado y otros conductos y en general el tubo fue rellenado en posición porque no fue posible arrollar el tubo de un diámetro para ajustar estrechamente la pared interior del conducto.
El mismo inventor ideó un sistema conocido como el sistema "expanda pipe" en el que, tras la formación del tubo por arrollamiento de forma normal, y el avance del mismo dentro el conducto, el tubo se expandió hasta un diámetro más grande para acoplarse a la pared del conducto. Un sistema de este tipo constituía el asunto de la Solicitud de Patente Internacional nº PCT/AU87/00069 (WO-A-87/05677), que forma la base para el preámbulo de la reivindicación 6.
Aunque el sistema "expanda pipe" es extremadamente útil en muchas aplicaciones, tiene algunas limitaciones. Una limitación es la longitud de la tubería que puede producirse entre las juntas. Esta limitación surge debido al rozamiento que trabaja contra la rotación de la tubería que, tras un arrollamiento de una longitud determinada de tubería, se vuelve demasiado elevado. Las limitaciones de "expanda pipe" se vuelven más problemáticas a medida que aumenta el diámetro del tubo y prácticamente no puede acomodarse por encima de diámetros de aproximadamente 1 metro. Una limitación adicional del sistema "expanda pipe" es que requiere un tipo específico de perfil de estría de enclavamiento que aumenta el coste de fabricación.
Métodos convencionales de encamisado de nuevo de conductos, incluido el sistema "expanda pipe", requieren que el conducto a encamisar de nuevo esté fuera de uso, derivado o "sobre bombeado". El conducto debe estar drenado de líquidos mientras el proceso de encamisado de nuevo está en funcionamiento. En muchas aplicaciones, esta interrupción puede producir dificultades para los operarios de un sistema de alcantarillado o de aguas pluviales.
Es un objeto de la presente invención, proporcionar un método y aparato que supere al menos algunos de los problemas de la técnica anterior. Según un primer aspecto de la invención, está previsto un método de arrollamiento de una tubería helicoidalmente arrollada a partir de una banda que tiene formaciones de conexión separadas transversalmente en la banda y adaptadas para acoplarse cuando la banda está arrollada en una trayectoria helicoidal y partes de borde adyacentes de la banda se superponen entre sí, comprendiendo dicho método las etapas de:
alimentar la banda entre al menos un par de rodillos de accionamiento situados dentro de dicha trayectoria helicoidal;
accionar la banda alrededor de la zona exterior de una pluralidad de rodillos guía circunferencialmente separados dispuestos para formar una guía para permitir que la banda siga la trayectoria helicoidal; y
efectuar el enclavamiento de las partes de borde adyacentes de la banda que depende únicamente de las fuerzas que actúan sobre la banda accionada y de la fuerza reactiva suministrada por la tensión en espira(s) adyacente(s) de la banda.
Preferiblemente, las posiciones radiales de los rodillos guía están ajustadas durante el arrollamiento de la banda para variar de este modo la longitud circunferencial de la tubería helicoidal que está siendo arrollada.
Preferiblemente, las posiciones radiales de los rodillos guía se ajustan al unísono.
En un aspecto adicional de la invención, se proporciona una máquina para arrollar una tubería helicoidalmente arrollada a partir de una banda que tiene formaciones de conexión complementarias que se extienden a lo largo de partes de borde opuestas de las mismas y que están adaptadas para enclavarse cuando la banda está helicoidalmente arrollado, que comprende:
un bastidor que tiene al menos tres rodillos guía circunferencialmente separados adaptados para apoyarse contra la periferia interior de la tubería que está siendo arrollada, formando los rodillos una guía para permitir que la banda siga una trayectoria helicoidal a lo largo de la que la banda se dirige cuando la máquina está en uso;
medios de rodillo de accionamiento de la banda montados al bastidor para accionar la banda alrededor de la zona exterior de los rodillos para que siga la trayectoria helicoidal y para provocar el enclavamiento de las partes de borde adyacentes de espiras adyacentes de la banda; y
medios de accionamiento montados al bastidor para accionar los medios de rodillo de accionamiento de la banda,
caracterizada porque los medios de rodillo de accionamiento de la banda están situados completamente dentro de la trayectoria helicoidal y porque no existe ningún medio de soporte dispuesto para apoyarse contra la periferia exterior de la tubería que está siendo arrollada para ocasionar el enclavamiento.
Preferiblemente, los medios de ajuste están previstos para ajustar las posiciones radiales de los rodillos guía.
Preferiblemente, están previstos medios de ajuste adicionales para ajustar los ángulos de los ejes de los rodillos guía con respecto al eje longitudinal de la máquina.
La máquina de arrollamiento de tuberías es giratoriamente móvil contra la tubería helicoidal fija recientemente formada de manera que avance axialmente según se arrolla la tubería.
Ahora se describirán realizaciones específicas de la invención en ciertos detalles adicionales con referencia a y tal como se ilustra en las figuras adjuntas. Estas realizaciones son ilustrativas, y no pretenden ser restrictivas del alcance de la invención.
En los dibujos adjuntos:
La figura 1 muestra una primera realización de una máquina de arrollamiento de tuberías según la invención, en vista en perspectiva;
La figura 2 muestra la máquina de arrollamiento de tuberías de la figura 1 en vista frontal;
La figura 3 es una vista esquemática en corte transversal de un conducto subterráneo con la máquina de arrollamiento de tuberías de la figura 1 en funcionamiento encamisando el conducto;
La figura 4 es una vista esquemática que muestra la dispensación de banda desde un carrete, a través de rodillos de plegado previo, hasta la máquina de arrollamiento de tuberías de la invención;
La figura 5 muestra una segunda realización de una máquina de arrollamiento de tuberías según la invención en vista en perspectiva (desde la parte frontal);
La figura 6 es una vista frontal desde un extremo de la máquina de la figura 5;
La figura 7 es una vista posterior desde un extremo de la máquina de la figura 5;
La figura 8 muestra una tercera realización de una máquina de arrollamiento de tuberías según la invención en una vista en perspectiva (desde la parte frontal);
La figura 9 es la misma vista en perspectiva que la de la figura 8 excepto en que muestra la máquina en funcionamiento con la banda 112 introduciéndose en la máquina;
La figura 10 es una vista posterior en perspectiva de la máquina de la figura 8;
La figura 11 muestra una vista parcial frontal en perspectiva de la máquina de la figura 8 junto con un material 112 de banda parcialmente arrollado;
La figura 12 muestra una vista posterior desde un extremo de la máquina de la figura 8;
La figura 13 muestra una vista en perspectiva de una banda parcialmente arrollada que tiene formaciones de ranura y estría complementarias que se extienden a lo largo de sus bordes opuestos;
La figura 14 muestra un subconjunto parcial de la máquina de la figura 8, que incluye su bastidor y un rodillo único desde una vista posterior en perspectiva;
La figura 15 muestra el subconjunto de la figura 14 en vista lateral;
La figura 16 muestra el subconjunto de la figura 14 en vista desde un extremo;
La figura 17 muestra un segundo subconjunto de la máquina de la figura 8 en una vista desde un extremo;
La figura 18 muestra un subconjunto adicional de la máquina de la figura 8;
La figura 19 muestra una vista en perspectiva del subconjunto de la figura 8; y
Las figuras 20 y 21 muestran una vista esquemática de la máquina de la figura 8 en vista desde un extremo colocada dentro de un conducto a encamisar.
En la figura 1 se muestra una máquina 10 de arrollamiento de tuberías según la primera realización. La máquina 10 de arrollamiento de tuberías, mostrada en las figuras 1 y 2 es capaz de crear una tubería helicoidal mediante el accionamiento de una banda previamente enrollada de material plástico estriado a lo largo de una trayectoria helicoidal y el enclavamiento de partes de borde adyacentes de espiras adyacentes de la banda 12, sin la necesidad de una superficie de soporte o un rodillo de unión situado en el exterior, tal como se observa más claramente en la figura 2.
En funcionamiento, la máquina 10 de arrollamiento de tuberías es giratoriamente móvil contra la nueva tubería helicoidal recientemente formada y avanza axialmente según se arrolla la tubería.
La máquina 10 de arrollamiento de tuberías está situada dentro de un conducto a encamisar y realiza la función de tomar una larga longitud de banda y colocarla forzosamente sobre la pared interior del conducto para formar un tubo o tubería helicoidal, encamisando de este modo el conducto. Esta operación está ilustrada en una vista en corte transversal en la figura 3.
La figura 3 muestra un conducto 5 bajo tierra al que se accede a través de agujeros 3 y 4 de acceso. La máquina 10 de arrollamiento de tuberías se muestra en funcionamiento dentro del conducto 5. La banda 12 se alimenta desde un dispensador 60 de bandas sobre el suelo hacia abajo a través del agujero 3 de acceso a la máquina 10 de arrollamiento. Motorizadas por la fuente 50 de energía hidráulica a través de la manguera 51 de fluido hidráulico, las unidades de accionamiento del interior de la máquina 10 de arrollamiento de tuberías suministran la energía motriz para arrollar continuamente la banda 12 directamente sobre la pared interior del conducto 5 para crear un tubo 6 helicoidal. En este procedimiento, es la máquina 10 de arrollamiento de tubería la que gira alrededor del eje longitudinal del conducto 5 y el tubo 6 helicoidal no gira con respecto al conducto 5. Pueden utilizarse unidades de accionamiento eléctrico en lugar de unidades de accionamiento hidráulico.
La máquina 10 de arrollamiento de tuberías de las figuras 1 y 2 tiene un bastidor con cinco soportes separados en forma de rodillos 17a, 40a, 19a, 20a y 29 guía. Las superficies exteriores de estos cinco rodillos proporcionan una trayectoria helicoidal para la banda 12. Un par de rodillos 27 y 28 de presión están montados sobre un brazo 16 radial. Un motor 26 primario hidráulico acciona un árbol al que están enchavetados el rodillo 27 de presión y el engranaje 30 transmisor. El engranaje 30 transmisor acciona el engranaje 31 transmitido que está montado sobre un árbol que acciona el rodillo 28 de presión. Sobre el mismo árbol se encuentra el rodillo 29 loco que, en funcionamiento, se apoya contra la pared interior del conducto. La unidad 25 de accionamiento primaria se orienta (en un ángulo á tal como se muestra en la figura 12) desde el brazo 16 radial. Esto provoca que la banda 12 que es empujada hacia fuera entre el rodillo 27 y 28 de presión, acople el arrollamiento anterior de banda 12 y la pared interior del conducto 5 en un ángulo más agudo de lo que hubiese sido de otro modo y ayuda a comprimir la banda contra la pared interior del conducto 5. Este efecto puede observarse en la figura 2.
Una segunda unidad 40 de accionamiento está montada sobre un brazo 18 radial. Esta unidad 40 de accionamiento secundaria es opcional. Es útil en aplicaciones en las que se requieren grandes fuerzas para encamisar un conducto. La posición de la unidad 40 de accionamiento secundaria puede variar. Por ejemplo, puede situarse en los extremos de brazos 17, 19 ó 20 radiales tal como se muestra en la figura 1, en lugar de en el extremo del brazo 18 radial.
Los brazos 16, 17, 18, 19 y 20 radiales están montados de forma deslizable sobre el buje 15. Son empujados radialmente hacia fuera por muelles o actuadores hidráulicos (no mostrados). Las juntas de deslizamiento permiten que los rodillos 19a, 40a, 17a, 20a y 29 de soporte se muevan radialmente hacia dentro o hacia fuera. Esto permite que la máquina 10 de arrollamiento de tuberías atraviese partes de conductos que tienen muescas. También permite utilizar una única máquina 10 de encamisado en conductos de distintos diámetros.
Los puntos 16J, 17J, 18J, 19J y 20J rebordeados (mostradas en la figura 1) permiten variar el ángulo de los ejes de los rodillos 29, 17a, 40a, 19a y 20a respectivamente con respecto al eje alrededor del cual orbita la máquina 10 de encamisado. La ajustabilidad suministrada por estas juntas rebordeadas permite ajustar los ejes de los rodillos para corresponder con el ángulo helicoidal del tubo helicoidal de encamisado que se está produciendo. En otras palabras, esto permite que el eje de cada rodillo esté ajustado para ser ortogonal a los bordes de la banda sobre la que, o adyacente a la que, gira. El efecto de esto es que la máquina 10 avanzará helicoidalmente a lo largo del conducto que está siendo encamisado según los rodillos orbitan alrededor del eje longitudinal del conducto. Cuando se utiliza un medio de unión integral, pequeñas desviaciones de la máquina 10 de encamisado del ángulo helicoidal correcto que corresponde con el del tubo helicoidal recientemente encamisado, son corregidas por las fuerzas generadas según la banda se coloca forzosamente sobre la pared interior del conducto 5.
En una variante de esta realización de la invención, los rodillos 19a, 40a, 17a, 20a y 29 de soporte están soportados en brazos traseros que van tras brazos radiales (que podrían ser de construcción similar a la de los brazos 16, 17, 18, 19 y 20 radiales).
En funcionamiento, una banda 12 alargada es alimentada desde un dispensador 60, a través de los rodillos 70 de plegado previo, hacia abajo por un agujero 3 de acceso hasta una máquina 10 de arrollamiento de tuberías tal como se muestra en las figuras 3 y 5. La máquina 10 de arrollamiento de tuberías es suministrada con un fluido hidráulico desde una bomba 50 hidráulica de suministro montada sobre el suelo a través de una manguera 51 hidráulica. La banda 12 alargada se alimenta en los rodillos 27 y 28 de presión de la máquina 10 tal como se muestra en la figura 4. Los dos rodillos de presión accionan la banda hacia la pared interior del conducto 5 en una dirección ligeramente desviada desde el eje ortogonal al longitudinal del conducto, de manera que la banda acople el borde del arrollamiento anterior de la banda 12 y se coloque helicoidal y forzosamente contra la pared interior para formar un tubo que sea sustancialmente contiguo con la pared interior del conducto 5. Durante este procedimiento, los dos rodillos 27 y 28 de presión están orbitando en sí mismos alrededor del eje longitudinal del conducto 5 de manera que la distancia entre el punto de presión y el punto 14 de contacto de la banda sobre la pared interior del conducto permanezca sustancialmente constante cuando el tubo se arrolla continuamente (véase figura 2).
Para comenzar el arrollamiento de la tubería, la banda 12 debe alimentarse manualmente en la zona de unión de los rodillos 27 y 28 de presión y la primera espira de la banda debe ser guiada hacia fuera de los rodillos 17a, 40a, 19a, 20a y 29 tal como se muestra en la figura 2. Una vez que la banda 12 entrante se ha enclavado con su espira adyacente tal como se muestra en la figura 2, la máquina 10 puede funcionar automática y continuamente.
Una unidad 40 de accionamiento secundaria (accionada por el motor 41 hidráulico) montada sobre el brazo 18 radial proporciona un accionamiento adicional que reduce el trabajo necesario de la unidad 26 de accionamiento primaria. El accionamiento proporcionado por la unidad 26 de accionamiento primaria es mayor que el proporcionado por la unidad 40 de accionamiento secundaria para producir una compresión de la banda 12 entre su punto de presión entre los rodillos 27 y 28 y entre su compresión contra la pared interior del conducto 5 por el rodillo 40a. Esta compresión de la banda 12 ayuda a provocar que el tubo 6 helicoidal terminado sea contiguo o prácticamente contiguo a la pared interior del conducto 5. Este efecto de compresión puede variar tanto variando las fuerzas relativas producidas por las unidades de accionamiento primaria y secundaria como variando el ángulo en el que está montada la unidad 25 de accionamiento. Distintos tamaños de tubería y distintos perfiles de banda necesitarán distintos grados de compresión de banda.
El dispensador 60 de bandas con rodillos 70 integrales de plegado previo, tal como se muestra en la figura 5, efectúa dos funciones importantes. En primer lugar, desenrolla la banda 12 de tal manera que los carretes helicoidales alimentados en el conducto 5 están configurados de forma óptima para ser recibidos por la máquina 10 en un proceso continuo. En segundo lugar, garantiza que la banda sea plegada previamente de manera que las unidades 25 y 40 de accionamiento no se sobrecarguen. Esto es particularmente importante en aplicaciones en las que se requiere una banda de elevada rigidez.
En funcionamiento, tanto el carrete 61 como el brazo 62 giran para alimentar la banda 12 a la máquina 10. La velocidad giratoria relativa del carrete 61 y del brazo 62 varía para alcanzar la descarga óptima de la banda helicoidal a la máquina 10 de encamisado.
La máquina 10 de arrollamiento de tuberías y el método de encamisar un conducto ofrecen muchas ventajas sobre los procedimientos y máquinas existentes de encamisado de tuberías. La máquina 10 de arrollamiento de tuberías, mostrada en las figuras 1 y 2, puede encamisar continuamente conductos sobre longitudes muy largas sin la necesidad de detener y crear juntas de tubos. La máquina también es capaz de continuar a través de zonas parcialmente colapsadas o dañadas del conducto. Esto es posible porque los rodillos 40a, 19a, 20a, 29 y 17a de soporte están todos montados sobre brazos radiales que son capaces de replegarse radialmente. Cuando existen grandes agujeros dentro de un conducto a encamisar, generalmente no será necesario insertar una banda sobre el agujero para que la máquina pueda continuar, ya que la máquina es capaz de arrollar una camisa autoestable.
La máquina 10 de arrollamiento de tuberías puede tener actuadores hidráulicos montados sobre brazos 16, 17, 18, 19 y 20 radiales que son capaces de aplicar presión de forma controlada a zonas específicas de la pared interior del conducto que está siendo encamisado. El efecto de esto es que mediante esta máquina unos conductos parcialmente colapsados pueden expandirse. Entonces, la máquina es capaz de encamisar el conducto en su forma expandida con la banda 12 para formar un tubo interior de un diámetro más grande de lo que hubiera sido posible de otro modo. Ya que ésta es una operación de una única etapa, el conducto expandido es inmediatamente soportado contra el colapso por el tubo helicoidal recientemente arrollado. Los mismos actuadores hidráulicos junto con los motores 26 y 41 hidráulicos también pueden controlarse para evitar que el diámetro de la tubería 6 helicoidal crezca cuando pasa por los agujeros hacia el interior del conducto que está siendo encamisado de nuevo.
Las máquinas y el método anteriormente descritos pueden utilizarse con una amplia variedad de distintos perfiles de banda. Cuando se utiliza una banda de unión independiente para enclavar los bordes adyacentes de la banda, la máquina 10 de encamisado colinda con los bordes contiguos para una unión posterior mediante la banda de unión. Ventajosamente, puede utilizarse una banda con un gran tramo de enclavamiento. La fuerza generada por los rodillos 27 y 28 de presión que funcionan contra la unidad 40 de accionamiento secundaria puede ser suficiente para provocar el bloqueo de una banda de este tipo en sus bordes tan pronto como la banda contacte con la pared interior del conducto. En casos en los que esta fuerza es insuficiente, el rodillo 17a desarrolla la función de bloqueo.
En aplicaciones en las que se requiere un tubo 6 helicoidal muy resistente, por ejemplo para encamisar conductos de gran diámetro o para conductos que requieran refuerzo, puede utilizarse una banda de plástico reforzado con acero. Generalmente, una banda de este tipo necesitará arrollarse inicialmente hasta un diámetro ligeramente inferior al diámetro del tubo 6 helicoidal deseado. El dispensador 60 de bandas (tal como se muestra en la figura 5) ejecuta esta función antes de que la banda sea alimentada hacia abajo en el conducto 5. A continuación, la máquina 10 de encamisado de conductos arrolla el diámetro según fuerza la banda contra la pared interior del conducto 5, tal como se ha descrito anteriormente.
Pueden utilizarse varios fluidos hidráulicos, incluida el agua. Si se utiliza agua, puede utilizarse un sistema contra pérdida total, en el que el fluido hidráulico gastado (agua) puede utilizarse para propósitos de limpieza continua.
En las figuras 5 a 7 se muestra una segunda realización de la invención.
La máquina 100 de arrollamiento de tuberías, mostrada en la figura 5, es capaz de crear una tubería helicoidal mediante el accionamiento de una banda de material, desde una posición dentro de la periferia interior de la tubería a formar, hasta una posición adyacente al arrollamiento anterior de la banda. Por motivos de claridad, la banda no se muestra en las figuras 5 a 7, sin embargo, sigue una trayectoria similar a la banda 12 y 212 mostrada en la figura 2 de la primera realización, y las figuras 9, 11 y 12 de la segunda realización, respectivamente.
La máquina 100 de arrollamiento de tuberías puede ser fija, con la tubería helicoidal producida saliendo desde la máquina en un proceso continuo, o puede ser móvil contra la tubería helicoidal fija recientemente formada. La siguiente descripción de la máquina y su funcionamiento están basados en la última (una máquina móvil) que funciona dentro de un conducto (por ejemplo, un conducto degradado de alcantarilla).
Con referencia a la figura 5, la máquina 100 de arrollamiento de tuberías tiene un bastidor 120 que soporta ocho rodillos 166, 168, 176, 178, 186, 188, 196 y 198 guía circunferencialmente separados. Las superficies exteriores de estos ocho rodillos proporcionan una trayectoria helicoidal para la banda. Una vista frontal desde un extremo de la máquina 100, presentada en la figura 6, muestra la colocación espacial de estos rodillos. Dos pares de rodillos de accionamiento están montados dentro de una caja 124 de presión que está montada en el interior de la circunferencia de la tubería helicoidal que se está formando. La caja 124 de presión está montada al bastidor 120 y tiene dos pares de rodillos giratorios en sentido contrario accionados por el motor 126 hidráulico que accionan la banda a una posición adyacente al arrollamiento previo de la banda contra una fuerza reactiva producida por la tensión en la espira adyacente o las espiras adyacentes de la banda que hacen que los bordes adyacentes de la banda se enclaven. Dado que éste es un proceso continuo, produce que la banda se enrolle en una tubería helicoidal continua alrededor de la máquina 100 de arrollamiento.
La caja 124 de presión está montada al bastidor 120 de una manera para permitir el ajuste de su ángulo con respecto al bastidor 120.
Para proporcionar un ajuste radial a los rodillos 166, 176, 178, 186, 188, 196 y 198 y por tanto, para permitir que la máquina 100 funcione para diferir los diámetros arrollados de las tuberías, se interponen entre el bastidor 120 y los rodillos anteriormente mencionados pares de brazos 116F y 116C, 117F y 117C, 118F y 118C, y 119F y 119C radiales (sólo los brazos 117F, 117C y 117R están identificados en la figura 5 - las figuras 6 y 7 muestran los brazos 116F y 116R, 117F y 117R, 118F y 118R y 119F y 119R). La disposición de estos brazos con respecto al bastidor 120 se muestra con mayor claridad en la figura 5. El bastidor 120 soporta cuatro conjuntos de brazos 116F, C y R, 117F, C y R, 118F, C y R y 119F, C y R.
Con referencia a la figura 5, conectados a los extremos distales de los brazos 119F y 119C radiales están los brazos 190F y 190C de giro respectivamente. Los extremos distales de estos brazos de giro soportan el rodillo 198. En una disposición similar, conectados a los extremos distales de los brazos 119F y 119C radiales están los brazos 192F y 192C de giro que proporcionan soporte al rodillo 196. El movimiento de giro de los pares 190F y 190C y 192F y 192C de brazos está controlado respectivamente por actuadores 194 y 195. Estos actuadores permiten controlar las posiciones radiales de los rodillos 196 y 198. Una disposición similar de los brazos de giro y los actuadores están conectados a los extremos distales de cada uno de los otro tres pares 116F y 116C, 117F y 117C y 118F y 118C de brazos radiales tal como se muestra en la figura 5.
Al extender los actuadores 194 y 195 y al estar conectados los actuadores correspondientes a los otros brazos de giro anteriormente mencionados, puede variarse la longitud circunferencial de la tubería helicoidal que se está arrollando. Cada uno de estos actuadores es actuado hidráulicamente y está conectado a la misma fuente de presión hidráulica. Por tanto, aplican una fuerza constante a sus rodillos respectivos. Al aumentar la presión hidráulica mientras la tubería está siendo arrollada, puede aumentar el diámetro de la tubería. A la inversa, el diámetro de la tubería puede disminuir reduciendo la presión hidráulica.
En una variación de esta realización, la presión para cada actuador es independientemente variable para permitir controlar las posiciones radiales de cada uno de los ocho rodillos 166, 168, 176, 178, 186, 188, 196 y 198.
Detrás de los rodillos 168, 178, 188 y 198 se encuentran los rodillos 169, 179, 189 y 199 de soporte de la máquina respectivamente. Cada uno de estos cuatro rodillos está montado al bastidor 120 de una manera similar a los rodillos 168, 178, 188 y 198 correspondientes. Por ejemplo, los brazos 117C (mostrados en la figura 5) y 117F (mostrados en la figura 7) radiales soportan los brazos 170C' y 170R' de giro (ambos mostrados en la figura 5) que, a su vez, soportan el rodillo 179 de soporte de la máquina.
Los rodillos 179 y 199 de soporte de la máquina están accionados por las unidades 140 y 145 de accionamiento auxiliares respectivamente (los rodillos 169 y 189 de soporte de la máquina no están accionados). El accionamiento se transmite por rueda dentada y cadenas (las ruedas 146 y 141 dentadas se muestran en la figura 7). Estas unidades de accionamiento auxiliares ayudan a la rotación de la máquina alrededor del interior de la tubería helicoidal que se está formando y reducen la carga en los rodillos de presión dentro de la caja 124 de presión. Estas unidades de accionamiento auxiliares son opcionales ya que la máquina girará y seguirá una trayectoria helicoidal únicamente por la fuerza generada por los rodillos de presión en la caja 124 de presión, siempre que se utilice un motor 126 hidráulico adecuadamente dimensionado.
La posición radial de los rodillos 169, 179, 189 y 199 de soporte de la máquina puede variar mediante actuadores (por ejemplo el 197 mostrado en la figura 7) para adecuarse al diámetro de la tubería helicoidal que está siendo arrollada.
Además, para ajustar las posiciones radiales de los rodillos 166, 168, 169, 176, 178, 179, 186, 188, 189, 196, 198 y 199, el ángulo de sus ejes con respecto al eje longitudinal de la máquina 100 también es variable. Estos ángulos son ajustables en cuatro grupos:
- 166, 168 y 169
- 176, 178 y 179
- 186, 188 y 189
- 196, 198 y 199
en virtud de sus respectivos montajes a las placas: 156, 157, 158 y 159 tal como se muestra en la figura 6. Cada una de estas placas gira en un extremo y se conecta con el otro extremo al anillo 150 de ajuste tal como se muestra en la figura 7. Con la rotación del árbol 149, el anillo 150 de ajuste puede girar. Mediante esta conexión a cada una de las cuatro placas 156, 157, 158 y 159 de montaje, la rotación del anillo 150 provoca un ajuste simultáneo de la totalidad de los cuatro grupos anteriores de rodillos. De esta manera, la máquina 100 puede ajustarse para el ángulo helicoidal apropiado para la tubería que está siendo arrollada.
Tal como se ha expuesto anteriormente, la máquina 100 de arrollamiento de tuberías también puede utilizarse para crear una tubería autoestable sobre el suelo o en una zanja. Cuando se utiliza de este modo, la banda debe incluir un tramo de enclavamiento tal como la mostrada en la figura 13. El perfil de enclavamiento del arrollamiento helicoidal anterior proporciona una superficie contra la que puede presionarse la banda mediante los rodillos de presión contra la fuerza reactiva suministrada por la tensión en las espiras adyacentes de la banda.
En las figuras 8 a 12 y 14 a 21 se muestra una tercera realización de la invención. La figura 13 muestra un perfil 212 de banda para su uso en esta realización.
La máquina 200 de arrollamiento de tuberías, mostrada en la figura 8, es capaz de crear una tubería helicoidal alimentando una banda de material desde una posición dentro de la tubería helicoidal que va a formarse, hasta una posición adyacente al arrollamiento anterior de la banda 212, tal como se muestra con mayor claridad en la figura 11 (véase también la figura 9).
La máquina 200 de arrollamiento de tuberías puede ser fija, con la tubería helicoidal producida saliendo desde la máquina en un proceso continuo, o puede ser móvil contra la tubería helicoidal fija recientemente formada. La siguiente descripción de la máquina y su funcionamiento están basados en la última (una máquina móvil) que funciona dentro de un conducto (por ejemplo, un conducto degradado de alcantarilla).
Con referencia a la figura 8, la máquina 200 de arrollamiento de tuberías tiene un bastidor 220 que soporta siete rodillos 266, 276, 278, 286, 288, 296 y 298 guía circunferencialmente separados. Las superficies exteriores de estos cinco rodillos proporcionan una trayectoria helicoidal para la banda 212. Una vista trasera desde un extremo de la máquina 200, presentada en la figura 12, muestra la colocación espacial de estos rodillos. Un par de rodillos de accionamiento están montados dentro de una caja 224 de presión que está montada en el interior de la circunferencia de la tubería helicoidal que se está formando (con referencia a la figura 9). La caja 224 de presión está montada al bastidor 220 y tiene dos rodillos giratorios en sentido contrario que accionan la banda 212 a una posición adyacente al arrollamiento previo de la banda 212 que hacen que los bordes adyacentes de la banda 212 se enclaven. Dado que éste es un proceso continuo, produce que la banda 212 se enrolle en una tubería helicoidal continua alrededor de la máquina 200 de arrollamiento, tal como se muestra en la figura 9. Los rodillos 266, 276, 278, 286, 288, 296 y 298 circunferencialmente separados soportan la máquina 200 contra el interior de la tubería helicoidal recientemente formada, tal como se muestra en la figura 9.
Cuatro rodillos 301, 302, 303 y 304 guía delanteros están dispuestos en la parte frontal de la máquina 200 principalmente para la estabilización de la máquina cuando se inserta en un conducto a encamisar. Cuando va a utilizarse la máquina 200 autoestable o en una zanja, los rodillos 301, 302, 303 y 304 guía no son necesarios.
Tal como se muestra en la figura 8, se suministra energía hidráulica a la máquina 200 de arrollamiento de tuberías a través de la manguera 251 de fluido hidráulico. La manguera 251 de fluido hidráulico está acoplada a la máquina 200 utilizando una pieza 252 de acoplamiento giratoria hidráulica. El motor 226 hidráulico acciona la caja 255 de engranajes que, a su vez, acciona los árboles 230 y 231 de accionamiento giratorios en sentido contrario. Estos árboles de accionamiento están conectados a los rodillos dentro de la caja 224 de presión para accionar el rodillo 227 de presión interior y el rodillo 228 de presión exterior.
La caja 224 de presión está montada al bastidor 220 de una manera para permitir el ajuste de su ángulo con respecto al bastidor 220. Los árboles 230 y 231 de accionamiento son telescópicos y tienen juntas cardánicas montadas a cada uno de los extremos para permitir el ajuste anteriormente mencionado de la caja 224 de presión.
Para proporcionar el ajuste radial a los rodillos 266, 276, 278, 286, 288, 296 y 298 y por tanto para permitir que la máquina 200 funcione para diferir los diámetros de la tubería arrollada, se interponen entre el bastidor 220 y los rodillos anteriormente mencionados pares de brazos 216F y 216R, 217F y 217R, 218F y 218R, y 219F y 219R radiales. La disposición de estos brazos con respecto al bastidor 220 se muestra con mayor claridad en la figura 14. El bastidor 220 consiste en un buje 215F frontal y en un buje 215R trasero unidos por el árbol 221. El buje frontal soporta cuatro brazos 216F, 217F, 218F y 219F. Estos brazos tienen la forma de vástagos de pistón que son accionados hidráulicamente fuera del buje 215F. El buje 215R trasero es de construcción similar a la del buje frontal, tal como se muestra en la figura 14.
Conectados a los extremos distales de los brazos 216F, 217F, 218F y 219F radiales se encuentran cubos 260F, 270F, 280F y 290F frontales respectivamente (con referencia a la figura 10). Los cubos 260F y 260R soportan el rodillo 266 tal como se muestra en la figura 14. Los cubos restantes soportan brazos 272F y 272R, 282F y 282R, y 292F y 292R basculantes. Estos brazos basculantes están giratoriamente montados a sus cubos respectivos tal como se muestra en la figura 10 (el cubo 270F y el cubo 270R son claramente visibles en esta vista en perspectiva). Los rodillos 276, 278, 286, 288, 296 y 298 están giratoriamente soportados por sus brazos basculantes respectivos tal como se muestra en la figura 10. Los soportes 274F y 274R, 284F y 284R, y 294F y 294R giratorios permiten que sus brazos basculantes respectivos giren, y por tanto permiten que los rodillos que soportan, ciertos grados de libertad, permitiéndoles que permanezcan en contacto con la tubería que se está formando tal como se muestra en la figura 12.
Los rodillos 266, 276, 278, 286, 288, 296 y 298 preferiblemente están divididos en grupos de rodillos del mismo eje, con anchuras que se aproximan a la de la banda 212 a arrollar.
Con referencia a la figura 15, puede observarse que el buje 215F frontal está orientado con respecto al buje 215R trasero. Debido a esto, los rodillos 266, 276, 278, 286, 288, 296 y 298 están orientados con respecto al cilindro 221. En funcionamiento, este ángulo está ajustado de manera que la máquina 200 seguirá la trayectoria helicoidal correcta para adaptarse a la hélice que resulta de una anchura de banda y diámetro de tubería dados.
Con referencia a la figura 17, los brazos 216, 217, 218 y 219 radiales están todos conectados al piñón 241 a través de respectivas cremalleras 240. Esta conexión de piñón y cremallera garantiza que la extensión de cada brazo radial con respecto al piñón sea igual. Además, esta disposición es idéntica en ambos bujes 215F y 215R frontal y trasero excepto en que las cremalleras 240 de bujes 215F y 215R opuestos se acoplan en lados opuestos de sus piñones 241. Esta separación de las cremalleras y sus pistones correspondientes, junto con la orientación de los bujes 215F y 215R uno hacia el otro, tal como se muestra en las figuras 14, 15 y 16, produce una convergencia de los cubos 260F y 260R, 270F y 270R, 280F y 280R y 290F y 290R frontal y trasero cuando las piezas 216F y 216R, 217F y 217R, 218F y 218R, y 219F y 219R de brazos radiales están extendidas. Los piñones 214F y R correspondientes están mecánicamente conectados a través del árbol 225 tal como se muestra en la figura 18. Esto garantiza que la totalidad de los ocho brazos 216F y R, 217F y R, 218F y R, y 219F y R radiales se muevan al unísono y, en un instante, se desplacen todos la misma distancia desde su piñón 241 correspondiente.
Los brazos son accionados hacia fuera mediante presión hidráulica y son arrastrados hacia el interior mediante la rotación de los piñones 41 que accionan las cremalleras 40. Los piñones 41 están conectados por el árbol 225 que está conectado a un extremo del muelle 222 helicoidal tal como se muestra en la figura 18. El otro extremo del muelle 222 helicoidal está fijado al cilindro 221. Durante el montaje del bastidor 220, el muelle 222 helicoidal está previamente tensado para garantizar que cuando no se suministra presión hidráulica, los brazos radiales se replegarán por la tensión del muelle.
El ajuste entre el buje 215F frontal y el buje 215R trasero puede variar por la rotación en la junta 223 del cilindro tal como se muestra en la figura 18. Se necesitarán ángulos distintos para perfiles de banda de distintas anchuras. Una vez que el ángulo está ajustado para una anchura de banda particular, entonces la máquina 200 de arrollamiento de tuberías puede utilizarse para una variedad de diámetros de tuberías. Dado que los brazos radiales se mueven al unísono, el ángulo de los rodillos 266, 276, 278, 286, 288, 296 y 298 con respecto al eje longitudinal de la máquina varía para adaptarse al ángulo helicoidal de la tubería que está siendo arrollada debido a la geometría anteriormente descrita y mostrada en las figuras 14, 15 y 16. Esto se produce automáticamente sin la necesidad de ninguna intervención del usuario.
Tal como se ha expuesto anteriormente, la máquina 200 de arrollamiento de tuberías también puede utilizarse para crear una tubería autoestable sobre el suelo o en una zanja. Cuando se utiliza de este modo, la banda debe incluir un tramo de enclavamiento. El perfil de enclavamiento del arrollamiento helicoidal anterior proporciona una superficie contra la que puede presionarse la banda mediante los rodillos de presión contra la fuerza reactiva suministrada por la tensión en la(s) espira(s) adyacente(s) de la banda 212 (tal como se muestra en las figuras 11 y 12).
Aunque la presente invención se ha descrito en términos de una realización preferida y un método preferido para facilitar una mejor comprensión de la invención, debería apreciarse que pueden realizarse varias modificaciones sin apartarse del alcance de la invención tal como se ha definido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

1. Método de arrollamiento de una tubería (6) helicoidalmente arrollada a partir de una banda (13) que tiene formaciones de conexión separadas transversalmente en la banda y adaptadas para enclavarse cuando la banda (12) está arrollada en una trayectoria helicoidal y partes de borde adyacentes de la banda (12) se superponen entre sí, comprendiendo dicho método las etapas de:
alimentar la banda (12) entre al menos un par de rodillos (27, 28) de accionamiento situados dentro de dicha trayectoria helicoidal;
accionar la banda (12) alrededor del exterior de una pluralidad de rodillos (17a, 40a, 19a, 20a, 29) guía circunferencialmente separados para formar una guía para permitir que la banda (12) siga la trayectoria helicoidal; y
efectuar el enclavamiento de las partes de borde adyacentes de la banda (12) que depende únicamente de las fuerzas que actúan sobre la banda accionada y de la fuerza reactiva suministrada por la tensión en espiras adyacentes de la banda.
2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque las posiciones radiales de los rodillos (17a, 40a, 19a, 20a, 29) guía están ajustadas durante el arrollamiento de la banda (12), variando de este modo la longitud circunferencial de la tubería (6) helicoidal que se está arrollando.
3. Método según la reivindicación 2, caracterizado porque las posiciones radiales de los rodillos (17a, 40a, 19a, 20a, 29) guía están ajustadas al unísono.
4. Método según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque los ángulos de los ejes de los rodillos (17a, 40a, 19a, 20a, 29) guía con respecto al eje longitudinal de la tubería (6) arrollada están ajustados durante el arrollamiento, cambiando de este modo el ángulo helicoidal de la trayectoria helicoidal.
5. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque el ajuste tanto de las posiciones radiales como de los ángulos de los ejes de los rodillos (17a, 40a, 19a, 20a, 29) guía están sincronizados de manera que cuando las posiciones radiales estén extendidas, los ángulos desciendan para reducir así el ángulo helicoidal de la trayectoria helicoidal.
6. Máquina (10) para arrollar una tubería (6) helicoidalmente arrollada a partir de una banda (12) que tiene formaciones de conexión complementarias que se extienden a lo largo de partes de borde opuestas de las mismas y que están adaptadas para enclavarse cuando la banda (12) está helicoidalmente arrollada, que comprende:
un bastidor que tiene al menos tres rodillos (17a, 40a, 19) guía circunferencialmente separados adaptados para apoyarse contra la periferia interior de la tubería (6) que está siendo arrollada, formando los rodillos una guía para permitir que la banda (12) siga una trayectoria helicoidal a lo largo de la que se dirige la banda (12) cuando la máquina (10) está en funcionamiento;
medios (27, 28) de rodillo de accionamiento de la banda montados al bastidor para accionar la banda (12) alrededor del exterior de los rodillos (17a, 40a, 19) para seguir una trayectoria helicoidal y provocar que las partes de borde adyacentes de espiras adyacentes de la banda (12) se enclaven; y
medios (26) de accionamiento montados al bastidor para accionar los medios (27, 28) de rodillos de accionamiento de la banda,
caracterizada porque los medios (27, 28) de rodillo de accionamiento de la banda están situados completamente dentro de la trayectoria helicoidal y porque no existe ningún medio de soporte dispuesto para apoyarse contra la periferia exterior de la tubería (6) que está siendo arrollada para provocar el enclavamiento de las partes de borde adyacentes de la banda (12).
7. Máquina (10) según la reivindicación 6, caracterizada porque el bastidor comprende un primer medio de ajuste para ajustar las posiciones radiales de los rodillos (17a, 40a, 19) guía.
8. Máquina (10) según la reivindicación 7, caracterizada porque el bastidor comprende además un segundo medio de ajuste para ajustar los ángulos de los ejes de los rodillos (17a, 40a, 19) guía con respecto al eje longitudinal de la máquina (10).
9. Máquina (10) según la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque el primer medio de ajuste comprende actuadores (215F, 217F, 218F, 219F, 215R, 217R, 218R, 219R) de presión del fluido dispuestos para ejercer en cada rodillo (226, 276, 278, 288, 289, 296, 298) una fuerza sustancialmente igual.
10. Máquina (10) según la reivindicación 9, caracterizada porque dichos actuadores (215F, 217F, 218F, 219F, 215R, 217R, 218R, 219R) de presión del fluido están dispuestos de manera que la fuerza ejercida en cada rodillo (226, 276, 278, 288, 289, 296, 298) se controla de forma independiente.
11. Máquina (10) según la reivindicación 6, caracterizada porque el bastidor (220) comprende además un medio de ajuste para ajustar tanto las posiciones radiales de los rodillos (226, 276, 278, 288, 289, 296, 298) guía como los ángulos de los ejes de los rodillos guía con respecto al eje longitudinal de la máquina (10).
12. Máquina (10) según la reivindicación 11, caracterizada porque el medio de ajuste está dispuesto para ajustar las posiciones radiales y dichos ángulos de los rodillos (226, 276, 278, 288, 289, 296, 298) guía al unísono.
13. Máquina (10) según la reivindicación 12, caracterizada porque el medio de ajuste está dispuesto de manera que las posiciones radiales y dichos ángulos están sincronizados de manera que cuando las posiciones radiales estén extendidas los ángulos desciendan para reducir de este modo el ángulo helicoidal de la trayectoria helicoidal.
14. Máquina (10) según la reivindicación 13, caracterizada porque dicho medio de ajuste comprende un primer y segundo conjuntos de brazos (215, 217, 218, 219) longitudinalmente separados que se proyectan al exterior, actuados por la presión del fluido, estando cada uno de los rodillos (226, 276, 278, 288, 289, 296, 298) guía soportado giratoriamente en sus extremos opuestos por dos de dichos brazos, uno de cada uno de dichos conjuntos, en el que los brazos de cada uno de dichos conjuntos está mecánicamente conectado de manera que se extiendan al unísono.
15. Máquina (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 14, caracterizada porque la máquina (10) está autopropulsada, girando dicho bastidor en funcionamiento alrededor de un eje que coincide con el eje de la tubería (6) que está siendo arrollada y avanzando axialmente a medida que la tubería (6) se arrolla.
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