ES2287303T3 - Tapon de estanqueidad para la instalacion ciega. - Google Patents
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Abstract
Un tapón de estanqueidad para una instalación ciega en un orificio apropiado para taponar y cerrar herméticamente el orificio, cuyo tapón de estanqueidad comprende un manguito (1) y una varilla (2) que tiene una cabeza (4) al menos parte de la cual se ensancha radialmente con respecto al resto de la varilla (2); caracterizado por el hecho de que la cabeza de la varilla (4) tiene un resalte (8), estando el resalte (8) provisto de una protuberancia anular (9); la varilla (2) que sobresale de un extremo del manguito (1), y la protuberancia anular (9) que hace tope con el otro extremo del manguito (1); siendo la cabeza de la varilla (4) de un material que es más duro que el del manguito (1) y estando formada con una porción debilitada (3) entre la cabeza (4) y la parte de la varilla (2) alejada de la misma; por lo que, cuando el tapón de estanqueidad se coloca en un orificio apropiado, con el manguito (1) totalmente dentro del orificio, y se aplica una fuerza creciente a la varilla (2) con respecto al manguito (1), la compresión axial se aplica por el resalte (8) sobre el material del manguito haciendo tope con éste, de modo que provoca que la protuberancia anular (9) sobre la cabeza de la varilla (4) sea insertada en el manguito (1), y el manguito (1) se deforme y se expanda radialmente para acoplarse con la pared del orificio, y después la varilla (2) rompe por la porción debilitada (3) de modo que la cabeza (4) permanece en el manguito (1).
Description
Tapón de estanqueidad para una instalación
ciega.
La invención hace referencia a un tapón de
estanqueidad para una instalación ciega en un orificio apropiado
para taponar y cerrarlo herméticamente, por ejemplo contra fluidos
de alta presión. La instalación ciega quiere decir que el tapón
está instalado mediante un acceso solamente por un extremo del
orificio.
Tipos conocidos de dichos tapones de
estanqueidad (por ejemplo aquellos disponibles bajo las marcas
comerciales AVSEAL y KOENIG HK) comprenden un manguito cilíndrico
hueco y una varilla con una porción de cabeza cónica que es
arrastrada hacia el manguito provocando que se expanda de forma
radial hasta que rellene el orificio. Un ejemplo de tal tapón de
estanqueidad se muestra en WO 98/22745.
Una desventaja de este tipo de tapón es que la
diferencia permitida en diámetro entre el orificio que tiene que
ser taponado, y el diámetro exterior del manguito del tapón antes de
la instalación, es relativamente pequeña. Esto crea un número de
problemas. Por ello, el rango de tamaños de orificio que puede ser
cerrado herméticamente con éxito por tapones idénticos está
limitada de modo que en la práctica se necesita un rango de tapones
de diferentes tamaños. Además, allí donde se utilizan máquinas
automáticas para instalar tapones en piezas a manipular, los
orificios en las piezas a manipular deben de posicionarse de forma
muy precisa con relación a una referencia fijada, y la máquina para
la instalación automática de tapones debe ser también capaz de
alinear de forma precisa el tapón con el orificio durante la fase de
colocación del ciclo de instalación. Si esto no se consigue,
entonces existe un riesgo de que el tapón colindante con la pieza a
manipular durante la colocación, pudiese dañar la superficie del
tapón o la superficie del orificio en la pieza a manipular. En
cualquier caso podría dar lugar a un tapón instalado de forma
defectuosa, que a su vez podría provocar pérdidas de fluido en el
orificio taponado de forma inadecuada.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un tapón de estanqueidad que supere estos
problemas.
En consecuencia, la presente invención
proporciona, en uno de sus aspectos, un tapón de estanqueidad como
se define en la reivindicación 1.
Otras características de la invención se exponen
en las demás reivindicaciones.
Una realización concreta de la invención se
describirá ahora por medio del ejemplo y con referencia a los
dibujos que se acompañan, en los que:
Las figuras 1 a 6 son secciones a través de un
tapón de estanqueidad, que muestran sucesivas etapas en la
instalación del tapón, y
La figura 7 es un gráfico que muestra las
propiedades comparativas de un tapón de la técnica anterior y el
tapón del presente ejemplo.
En referencia ahora a la figura 1, el tapón
comprende un manguito 1 y una varilla 2 que tiene una porción
debilitada en forma de un gollete de rotura 3. La cabeza de la
varilla 4 tiene una porción ensanchada 5 y una porción intermedia 6
adyacente al gollete de rotura 3, cuya poción intermedia es
ligeramente mayor en diámetro que la porción de tracción 7 de la
varilla. La transición entre la porción ensanchada 5 y la porción
intermedia 6 proporciona un resalte 8, que tiene una protuberancia o
porción elevada en forma de un anillo anular 9. En este ejemplo, el
anillo elevado tiene la sección transversal cónica, tal como se
ilustra en la parte aumentada de la figura 1.
La porción de tracción de la varilla 7 tiene
hendiduras de tracción convencionales 10 para el acoplamiento con
una remachadora convencional. El manguito 1 está fabricado a partir
de un material relativamente blando como el aluminio, y la varilla
2 está hecha de un material relativamente duro como el acero. El
manguito 1 se monta en la varilla 2 de tal manera que el anillo
anular que sobresale 9 hace tope contra la cara final 20 del
manguito 1.
La figura 2 muestra el tapón acoplado en una
herramienta de instalación del que la ojiva anular 11 es la parte
delantera (el resto de la herramienta no está ilustrada) y hace tope
contra la cara 22 de la pieza a manipular 13, alrededor del
orificio 12 que tiene que ser taponado. La cabeza 4 y el manguito 1
del tapón están completamente dentro del orificio 12. La
herramienta de instalación es del tipo comúnmente utilizada para
instalar remaches con vástago de rotura o pernos de retención.
Incluye mordazas de arrastre (no mostradas) para agarrar la varilla
saliente del tapón por medio del acoplamiento con las hendiduras de
tracción 10, siendo las mordazas replegadas fuera de la ojiva 11.
La fuerza de reacción de la ojiva es recibida contra el extremo del
manguito alejado de la cabeza 4, de modo que a medida que una
fuerza de tensión creciente se aplica en la varilla 2, se aplica
una fuerza de compresión creciente en el manguito 1.
De este modo, en referencia a la figura 3,
cuando la herramienta es accionada, la varilla 2 es arrastrada
hacia la ojiva 11 y de este modo la porción ensanchada de la cabeza
de la varilla 5 es arrastrada hacia la ojiva 11 de la herramienta.
El efecto inicial de esto es forzar al anillo 9 que se prolonga de
forma anular en la cabeza de la varilla con la cara final 20 del
manguito 1, tal como se ilustra en la parte aumentada de la figura
3.
A medida que la fuerza de tracción se
incrementa, la fuerza de compresión entre el resalte 8 de la cabeza
de la varilla y la ojiva 11 se incrementa, provocando que el
manguito 1 se expanda radialmente. El manguito se expande
radialmente de forma inicial en forma de barril (como se ilustra en
la figura 4), porque la cara final delantera 21 del manguito 1 está
parcialmente restringida de la expansión radial por la fuerza de
fricción entre ésta y la ojiva 11, y la otra cara final 20 del
manguito está parcialmente restringida de la expansión radial por
su acoplamiento con el anillo anular 9 sobre el resalte 8 de la
cabeza de la varilla. La fuerza ejercida por el resalte 8 sobre el
manguito 1 es tan grande que provoca que la cabeza de la varilla se
estampe en el extremo del manguito como se ilustra en la figura 4.
Esto crea el contacto íntimo entre el resalte sobre la varilla y la
cara final del manguito 20.
El anillo anular 9 resulta efectivo en el
mantenimiento del contacto íntimo entre la varilla y el manguito en
las zonas 14 y 15, indicadas en la parte aumentada de la figura 4.
Cuanto más aumenta la fuerza de tracción, más se comprime el
resalte de la varilla 8 en el manguito, y más se expande el diámetro
del manguito hasta que su superficie periférica 16 contacta con la
superficie del orificio 17. Cuanto más se incrementa aún la fuerza
de tracción, más se comprime la cabeza de la varilla 4 en el
manguito, que provoca un incremento en la fuerza de compresión en
el material del manguito y un incremento resultante en la fuerza
radial forzando a que se expanda el manguito. Como se ilustra en la
figura 5, esto incrementa el área de contacto 18 entre la
superficie periférica del manguito 16' y la superficie del orificio
17'. La presión entre las dos superficies 16' y 17' se incrementa
hasta que los dos están en un contacto íntimo superficial. La
presión radial incrementada también lleva a la superficie 19 del
agujero del manguito en contacto íntimo con la superficie de la
porción 6 de la cabeza.
Este contacto íntimo entre la porción de cabeza
6 y el agujero del manguito resulta efectivo para evitar cualquier
retroceso de la cabeza de la varilla 4 cuando el gollete de rotura 3
de la varilla se fractura al final a una carga de tensión
predeterminada. De este modo, la cabeza de la varilla 4 es retenida
dentro del manguito sin ningún movimiento axial relativo entre los
dos, tras la fractura del gollete de rotura. El contacto íntimo
entre la varilla y el manguito en las zonas 14 y 15, y entre la
superficie periférica del manguito y el orificio sobre la zona 18 es
mantenido.
La posición del gollete de rotura 3 es tal que,
tras completar la operación de instalación, la superficie de rotura
de la cabeza de la varilla 4 está siempre por debajo de la
superficie de la pieza a manipular, tal como se ilustra en la figura
6.
El tapón de estanqueidad del ejemplo anterior
proporcionará una estanqueidad efectiva de un orificio que tiene un
paso libre relativamente grande entre el tapón desinstalado y el
orificio, para facilitar la fácil colocación del tapón en el
orificio.
Esto se consigue debido a la cantidad
relativamente grande de expansión radial del manguito. En
consecuencia, el tapón puede colocarse en el orificio sin la
necesidad de un alineamiento extremadamente preciso, en la
dirección radial de los ejes del tapón y el orificio. Una vez se ha
colocado el tapón en el orificio, incluso si existe algún
desalineamiento en la dirección radial entre el tapón y el orificio,
el tapón puede instalarse de forma satisfactoria ya que puede
incorporarse un dispositivo de desplazamiento elástico entre la
pieza a manipular y la herramienta de instalación. De este modo, a
medida que el tapón se expande, durante la operación de
instalación, el dispositivo de desplazamiento permite que el tapón
se alinee radialmente con el orificio.
El tapón del ejemplo anterior es capaz de
expandirse lo suficiente y cerrar herméticamente un orificio que
sea significativamente mayor que el diámetro
pre-instalado del tapón y que es capaz de cerrar
herméticamente el orificio contra aproximadamente el mismo nivel de
presión de fluido como se ha hecho mención anteriormente a los
tapones de la técnica anterior en un orifico correspondientemente
más pequeño. Por ejemplo, se ha determinado de forma experimental
que un tapón de acuerdo con el ejemplo anterior, que tiene un
diámetro del cuerpo inicial de 9 mm, puede instalarse en un
orificio con un diámetro de 10 mm de modo que el tapón instalado es
capaz de resistir una presión superior a 1000 bares. Este se
compara con un tapón de la técnica anterior de 9 mm de diámetro que
puede resistir este nivel de presión solamente cuando se instala en
un orificio con un diámetro que no exceda los 9,4 mm.
La figura 7 ilustra mediante un gráfico la
comparación de un tapón de estanqueidad según el ejemplo anterior y
un tapón de estanqueidad de la técnica anterior, ambos con un
diámetro de 9 mm. El gráfico traza la presión de descarga en bares
del tapón instalado contra el diámetro del orificio en milímetros de
9 mm hacia arriba. El gráfico A (línea continua) muestra los
resultados para un tapón de la técnica anterior del tipo al que se
ha hecho referencia. El gráfico B (línea discontinua) muestra los
resultados para el tapón del ejemplo anterior. El presente tapón
resulta útil sobre un rango de la diferencia de diámetro de más de
dos veces que la de un tapón de la técnica anterior, y sobre la
inmensa mayoría de aquel rango proporciona una presión de descarga
substancialmente mayor que la del tapón de la técnica anterior.
La invención no está limitada a los detalles del
ejemplo anterior. Por ejemplo, la cabeza de la varilla puede estar
provista de una pluralidad de protuberancias anulares en vez de una
sola como la descrita. La sección transversal de cada una de las
protuberancias podría ser otra en vez de la cónica.
La cabeza de la varilla puede estar provista de
una porción de bloqueo con una dimensión de la sección transversal
reducida (por ejemplo una ranura anular) por lo que, cuando el
manguito se deforma durante la instalación, el material del
manguito entra parcialmente en la porción de bloqueo, para bloquear
la entrada de la cabeza en el manguito.
Claims (3)
1. Un tapón de estanqueidad para una instalación
ciega en un orificio apropiado para taponar y cerrar herméticamente
el orificio, cuyo tapón de estanqueidad comprende un manguito (1) y
una varilla (2) que tiene una cabeza (4) al menos parte de la cual
se ensancha radialmente con respecto al resto de la varilla (2);
caracterizado por el hecho de que la
cabeza de la varilla (4) tiene un resalte (8), estando el resalte
(8) provisto de una protuberancia anular (9);
la varilla (2) que sobresale de un extremo del
manguito (1), y la protuberancia anular (9) que hace tope con el
otro extremo del manguito (1);
siendo la cabeza de la varilla (4) de un
material que es más duro que el del manguito (1) y estando formada
con una porción debilitada (3) entre la cabeza (4) y la parte de la
varilla (2) alejada de la misma;
por lo que, cuando el tapón de estanqueidad se
coloca en un orificio apropiado, con el manguito (1) totalmente
dentro del orificio, y se aplica una fuerza creciente a la varilla
(2) con respecto al manguito (1), la compresión axial se aplica por
el resalte (8) sobre el material del manguito haciendo tope con
éste, de modo que provoca que la protuberancia anular (9) sobre la
cabeza de la varilla (4) sea insertada en el manguito (1), y el
manguito (1) se deforme y se expanda radialmente para acoplarse con
la pared del orificio, y después la varilla (2) rompe por la
porción debilitada (3) de modo que la cabeza (4) permanece en el
manguito (1).
2. Un tapón de estanqueidad según la
reivindicación 1, en el que la protuberancia anular tiene una
sección transversal cónica.
3. Un tapón de estanqueidad según la
reivindicación 1 o 2, en el que el resalte (8) de la cabeza de la
varilla (4) contiene una pluralidad de protuberancias anulares.
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