ES2318292T3 - Aparato para rectificar tubos redondos y tuberias. - Google Patents

Abstract

Aparato para la reducción del diámetro, el redondeo o el enderezamiento de tubos o tuberías (7) mediante laminado que consta de: (a) un conjunto de rodillos cilíndricos paralelos equidistantes, con muy poca separación entre sí, largos y estrechos (3) situados en una disposición cilíndrica paralela; dichos rodillos están conectados mediante una articulación de rotación en unos cojinetes (29) que se encuentran en las pestañas de los extremos (9, 19) de un cilindro de soporte (1); los extremos de los rodillos (3) están situados en unos círculos giratorios de igual diámetro; los cojinetes (29) están unidos a unos casquillos parcialmente esféricos (25, 26) que permiten el desplazamiento angular de los extremos de los rodillos respecto de las pestañas de los extremos (9, 19), y una o ambas pestañas de los extremos pueden desplazarse mediante rotación al puesto de la otra en dicho cilindro de soporte (1); y (b) aberturas (8) en las pestañas de los extremos (9, 19) que permiten que el tubo o tubería (7) avance de forma continua a través de los rodillos (3) en una trayectoria coaxial con el eje del sistema cilíndrico, y; (c) unos sistemas (33) para ajustar las posiciones relativas entre las pestañas de los extremos (9, 19) del cilindro de soporte (1) para desplazar en inclinación los rodillos (3) y para así desplazar las zonas de contacto centrales de forma radial hacia adentro para que tengan un contacto forzoso con la superficie externa del tubo o tubería (7), y; (d) sistemas de cojinetes (15) para alojar mediante una articulación de rotación el cilindro de soporte, y; (e) sistemas motores (51, 52, 54, 53, 14) para mover el cilindro de soporte (1) en sentido rotativo provocando así que las zonas de contacto centrales de los rodillos (3) pasen y actúen sobre la superficie externa del tubo o tubería (7) que avanza continuamente y caracterizados por: (f) un medio de soporte (38) que alberga el cilindro de soporte (1), las pestañas de los extremos (9, 19), los rodillos (3), los medios de ajuste (33), los sistemas de cojinetes (15) y los sistemas motores (51, 52, 54, 53, 14) de forma que el eje de la disposición cilíndrica de los rodillos (3) se mantenga colinear con el eje del tubo o tubería (7) que avanza; (g) detectores para detectar la velocidad lineal del tubo o tubería que avanza, la rectitud de dicho tubo o tubería, la velocidad de rotación del cilindro de soporte y el diámetro final de dicho tubo o tubería; y (h) medios de control para controlar la velocidad de rotación de los rodillos respecto de la velocidad de avance del tubo o tubería, el alto de los medios de los medios de soporte y el ajuste de inclinación de los rodillos.

Description

Aparato para rectificar tubos redondos y tuberías.

La presente invención hace referencia a los métodos y aparatos de rectificación mediante la reducción del diámetro de un tubo redondo o tubería con los efectos secundarios de enderezamiento y redondeo. Más concretamente, hace referencia a aquellos métodos y aparatos que utilizan para su objetivo una gran variedad de rodillos.

Por diversas razones, en la fabricación de tubos y tuberías mediante la configuración de una forma tubular a partir de una lámina o una placa plana y al sellarla mediante soldadura de los bordes contiguos es imposible mantener un control exacto del diámetro final. Especialmente en los diámetros grandes y cuando se usa un material de espesor más fino, por ejemplo, en diámetros superiores a los 150 milímetros, o cuando el espesor de la lámina es inferior al 2% del diámetro, ya que los tubos y tuberías fabricados de esta manera no son perfectamente redondos. Además, suelen experimentarse con bastante frecuencia variaciones de linealidad, y es bien sabido que las normas sobre las formas de tubos y tuberías establece unas tolerancias bastante generosas.

Existen numerosas aplicaciones en las que los tubos y tuberías deben cumplir unas condiciones específicas en lo que respecta al diámetro, precisión circular y linealidad, y se han desarrollado por consiguiente una gran cantidad de métodos para corregir los defectos de estos principios. Cuando hay que aumentar el diámetro de un tubo o una tubería, es común pasar por la abertura del tubo o tubería un troquel cilíndrico de algún material duro adecuado que tenga un diámetro externo un tanto mayor que el diámetro interno del tubo o tubería para ensancharlo. Cuando es necesaria una corrección más importante, puede que se necesite pasar consecutivamente troqueles de creciente diámetro, y las superficies internas de las aberturas de los tubos y tuberías pueden necesitar alguna lubricación, suelen producirse rozaduras internas y se ocasiona algún grado de desgaste de las paredes, pero el proceso cuenta con la ventaja de que puede llevarse a cabo de modo continuado. En otro método, el diámetro interno de un tubo o una tubería se aumenta sometiendo el interior de las piezas cortas a presión hidráulica para expandirlo dentro de un troquel hembra protector. El uso de este método suele limitarse a los tubos o tuberías de longitud corta, y tiene los inconvenientes de la lentitud y de que no puede llevarse a cabo de modo continuado. Ambos métodos son bien conocidos en el sector.

Cuando se necesita disminuir el diámetro de un tubo o una tubería, es habitual enrollarlo pasando el tubo o tubería a través de una gran cantidad de rodillos cóncavos colocados de tal forma que sus diámetros extendidos coinciden en un punto común, y, con sus concavidades colectivas, forman más o menos un círculo completo ligeramente inferior al del diámetro final solicitado del tubo o tubería. Los rodillos, separados de forma equidistante, se apoyan en ejes paralelos a las tangentes de la superficie del tubo o tubería y rotan mientras el tubo o tubería cuyas dimensiones hay que modificar está colocado entre ellos y, así, se deforma en frío hasta conseguir un diámetro inferior. A menos que el tubo o tubería se estire en ese momento, se producirá algún grado de desgaste de las paredes. En la patente estadounidense n.º 5.533.370 figura un ejemplo de este método, cuyo uso parece estar dirigido exclusivamente a tubos o tuberías de diámetros inferiores, y el hecho de que dicho método cuente con la instrucción de que la dimensión final debe llevarse a cabo mediante la aspiración del tubo o tubería a través de un troquel hembra para modificación de dimensión es indicativo del control limitado del diámetro conseguido disponible. Los inconvenientes de este método son el hecho de que únicamente pueden conseguirse en una única fase las disminuciones relativamente pequeñas de diámetro, normalmente del orden de los 0,2 a 0,4 mm, y esto, que es efectivamente una acción de deslizamiento de los laterales de las concavidades del rodillo, puede raspar o deteriorar las superficies externas del tubo o tubería (un factor importante en productos de acero inoxidable), además de que el método es relativamente ineficaz en tubos y tuberías grandes y con las paredes relativamente finas. Las raspaduras o deterioros de las superficies externas son más significativos en tubos o tuberías de diámetro grande cuando el método se lleva a cabo de la forma habitual utilizando únicamente dos rodillos con concavidades profundas. Obviamente, tal y como se sugiere en el ejemplo citado, el diámetro del tubo o tubería puede reducirse al introducirse en un troquel hembra para modificación de dimensión. Cuando se aplica este método, el tubo o tubería puede necesitar una lubricación, su superficie externa suele quedar marcada por las asperezas del troquel o sujetada por el troquel de manera que esto puede ocasionar el desgaste de las paredes o el alargamiento de la pieza. Un ejemplo de este método figura en la patente estadounidense n.º 4.057.992, en la que se utilizan unos troqueles internos y externos en lo que suele ser una segunda o tercera operación de fabricación.

Otro ejemplo de reducción diametral mediante rodillo, en este caso descrito mediante embutido en el torno, figura en la patente estadounidense n.º 6.233.991 en la que a un tramo corto de tubo o tubería se conectan mediante una articulación de rotación a unas abrazaderas únicamente por el extremo, y en las superficies externas de la longitud del tubo o tubería, a medida que se ejerce sobre ellas la rotación, incide una gran cantidad de rodillos cilíndricos de forma que se reduce el diámetro y, si es necesario, se le da forma cónica. Este método sólo se puede aplicar en tubos o tuberías de longitud corta, y, obviamente, no puede aplicarse como un proceso continuo. Para esta invención es relevante la patente estadounidense n.º 4.242.894, en la que se obtiene un tubo o tubería metálico de paredes finas a partir de una placa sólida en un laminador Assel. En este caso, el método se aplica para modificar el espesor de las paredes del tubo obtenido mediante el ajuste de las posiciones radiales de una gran cantidad de rodillos moldeadores. El ajuste se lleva a cabo aumentando la inclinación de los ejes cortos en los que se sujetan mediante una articulación de rotación a los rodillos moldeadores, desplazando así los rodillos de manera radial hacia adentro o hacia afuera. Los extremos de los ejes cortos se sujetan mediante una articulación de rotación a unos cojinetes adecuados que encajan en la parte esférica de unas articulaciones cuyas partes esféricas se mueven en unos encastres complementarios que permiten la inclinación de los ejes. Los rodillos son cortos y cuentan con unos rebordes que trabajan sobre la lámina a partir de la cual se formará el tubo.

En muchos métodos para formación de tubos, como el que figura en la patente estadounidense n.º 4.827.749, se inserta un mandril en la abertura del tubo que se va a enrollar, y sobre el tubo trabaja una gran cantidad de rodillos contra el mandril.

También son habituales unas aplicaciones en las que el tubo o tubería laminado se obtiene introduciendo una pieza de tubo o tubería por la abertura de otra. Cuando, por ejemplo, el tubo o tubería interno está hecho de polímero, es habitual reducir su diámetro temporalmente haciéndolo pasar entre unos rodillos cóncavos o a través de un troquel hembra de la manera descrita y, una vez introducido en el interior de una tubería o tubo de diámetro mayor, expandirlo mediante la aplicación de una presión hidráulica interna para conseguir un fuerte ajuste dentro del tubo o tubería externo. Asimismo, para garantizar una captura más segura de la tubería o tubo interno, puede reducirse el diámetro de la tubería o tubo externo mediante el uso de alguno de los métodos mencionados. Cuando ambos tubos o tuberías, interno y externo, sean de metal, el interno quedará capturado simplemente reduciendo el diámetro del externo. Un ejemplo de un troquel de embutido ajustable y un método relacionado para la reducción del diámetro de barras o tubos, que describe el preámbulo de las Reivindicaciones 1 y 30 figura en la patente estadounidense n.º 3.431.769.

El objeto de la presente invención es facilitar un método y un aparato que reduzca el diámetro de tubos o tuberías; que pueda ajustarse de forma precisa para obtener con facilidad un diámetro final exacto; que pueda aplicarse en tramos continuos o diferenciados de tubo o tubería; que pueda autocorregirse; que también pueda proporcionar un efecto enderezante; que actúe sin estropear la superficie externa del tubo o tubería; que sea capaz de llevar a cabo un alto grado de reducción de diámetro en una única pasada, al contrario que el resto de sistemas; que deje el tubo o tubería correctamente redondo; que pueda unirse a una operación de varias fases; que actúe sin necesidad de lubricar el tubo o tubería; y que sea eficaz a la hora de aplicarlo en una gama amplia de diámetros tanto de tuberías o tubos con paredes finas como con paredes gruesas.

En lo que respecta a esta invención, el diámetro del tubo o tubería se reduce al pasarlo por un aparato giratorio que consta de un cilindro de soporte que, a su vez, cuenta con un conjunto de rodillos cilíndricos equidistantes, con muy poca separación entre sí, inclinados, largos, estrechos y paralelos, hechos de un material rígido y duro, que inciden en la superficie externa del tubo o tubería a medida que pasa a través de dicho aparato. Los rodillos se conectan a una disposición cilíndrica con sus extremos en unos círculos giratorios de igual diámetro, y están sujetos a unos cojinetes adecuados situados en las pestañas de los extremos de dicho cilindro de soporte; dichas pestañas de los extremos cuentan con unas aberturas que permiten la entrada y salida del tubo o tubería objeto de la aplicación. Una o las dos pestañas de los extremos pueden desplazarse en rotación dentro de los extremos de dicho cilindro de soporte, ajustando así el grado de inclinación de los rodillos que, aunque se desplacen respecto del eje longitudinal del cilindro de soporte, se mantienen en planos paralelos a dicho eje longitudinal. Los cojinetes de los rodillos están asimismo sujetos a unos casquillos parcialmente esféricos que, a su vez, se alojan en unas cazoletas complementarias formadas en las mencionadas pestañas de los extremos, de modo que los rodillos puedan seguir estando sujetos mediante una articulación de rotación a las pestañas de los extremos cuando estén en la posición inclinada. El cilindro de soporte está a su vez unido mediante una articulación de rotación a uno o más cojinetes, que le permiten rotar en su eje longitudinal impulsado por un motor adecuado. Durante su funcionamiento, el grado de inclinación de los rodillos se ajusta para hacer que las zonas de contacto centrales y estrechas de los rodillos incidan sobre la superficie externa del tubo o tubería con la fuerza deseada. A medida que el tubo o tubería va pasando a una velocidad constante a través de la disposición cilíndrica de rodillos, el cilindro de soporte rota gracias al motor, haciendo que las zonas de contacto de los rodillos describan unas trayectorias continuas, paralelas, superpuestas y helicoidales en la superficie externa del tubo o tubería, aplicando de forma local a la superficie externa de dicho tubo o tubería una fuerza de compresión que sobrepasa el límite de elasticidad de su material, provocando así que dicho tubo o tubería adopte un diámetro menor. El paso de las zonas de contacto de los rodillos sobre la superficie externa del tubo o tubería ocasiona que la superficie quede atractivamente pulida sin estropearla, toda deformación circunferencial del tubo o tubería se corrige de forma simultánea y, en caso de que se necesite enderezar el tubo o tubería, esto se consigue al mantenerlo en una alineación correcta a medida que pasa a través de los rodillos.

Los distintos aspectos de esta invención se comprenderán más fácilmente haciendo referencia a la siguiente descripción de los modelos preferidos aportados en relación con los diagramas respectivos, en los que:

Las figuras 1a, 1b y 1c son vistas de secciones transversales parciales del cilindro de soporte que muestran distintos fragmentos de uno de las disposiciones cilíndricas de los rodillos;

La figura 2 es una vista de una sección transversal del cilindro de soporte y del tubo o tubería objeto de la aplicación en la que se muestra la colocación de alguna de las disposiciones cilíndricas de los rodillos respecto del tubo o tubería objeto de la aplicación;

La figura 3 es una vista de una sección transversal del cilindro de soporte, su cojinete de apoyo y el tubo o tubería objeto de la aplicación; los rodillos se han eliminado para que la presentación sea aún más clara;

La figura 4 es una vista posterior de los componentes descritos en la figura 3;

La figura 5 es una vista de una sección transversal longitudinal de los medios de apoyo en un extremo de los rodillos;

La figura 6 es una vista lateral del aparato al completo con el tubo o tubería pasando a su través;

La figura 7 es una vista posterior del cilindro de soporte en la que se ve el detalle de calibración;

La figura 8 es una vista lateral parcial de la parte central de uno de los rodillos en la que se ve el detalle de una forma alternativa;

La figura 9 es una vista lateral parcial de la parte central de uno de los rodillos en la que se ve otro detalle de otra forma alternativa;

La figura 10 es una vista lateral de un juego típico de rodillos en una disposición cilíndrica; todos los medios de apoyo se han eliminado para que la presentación sea aún más clara;

La figura 11 es una vista posterior de los rodillos descritos en la figura 10. En lo que se refiere a la figura 1a, el rodillo 3 está sujeto mediante una articulación de rotación dentro del cilindro de soporte 1 con su eje situado en el círculo giratorio 2 y paralelo al eje del cilindro de soporte. En cuanto a la figura 1b, se ve el mismo rodillo con los extremos inclinados 15º respecto a la posición previa. Se puede ver que la distancia 4 desde el centro 5 del cilindro de soporte hasta la zona de contacto 6 del rodillo se ha reducido. Respecto a la figura 1c, se muestra el mismo rodillo con los extremos inclinados 15º más, y se ve que la distancia 4 se ha acortado aún más. Se aprecia en las figuras que la inclinación de los rodillos puede utilizarse para hacer que las zonas de contacto centrales de los rodillos entren en contacto forzoso con la superficie externa del tubo o tubería objeto de la aplicación. Obviamente, los rodillos pueden realizarse con una longitud sólida o fabricarse con extremos sólidos y parcialmente huecos en las zonas medias.

En cuanto a las figuras 2, 10 y 11, se describen unos juegos completos y parciales de rodillos 3 en disposición cilíndrica; dichos rodillos están sujetos mediante una articulación de rotación dentro del cilindro de soporte 1, con los extremos de sus ejes situados en unos círculos giratorios 2 de igual diámetro. La inclinación de los rodillos pone en contacto las zonas de contacto 6 con la superficie externa del tubo o tubería 7 objeto de la aplicación. En el modelo preferido, los rodillos están hechos con un diámetro práctico mínimo proporcional a una función en particular para poder hacer uso del número máximo de rodillos en cada disposición cilíndrica. Esto suele provocar que los rodillos tengan un diámetro de aproximadamente el 20% del diámetro del tubo o tubería objeto de la aplicación; por ejemplo, para preparar un tubo o una tubería de un diámetro de 150 milímetros se utilizarán 18 rodillos con un diámetro de 28 milímetros.

En cuanto a la figura 3, el tubo o tubería 7 objeto de la aplicación se describe pasando a través de las aberturas 8 de las pestañas de los extremos 9, 19 del cilindro de soporte 1 en la dirección que marca la flecha 23. Asimismo, se describe en la línea 18 la posición típica del eje de una de las disposiciones cilíndricas de rodillos; los medios de apoyo para este rodillo en las pestañas de los extremos 9, 19 se han eliminado de la figura. La pestaña del extremo 19 se une a un extremo del cilindro de soporte, y la pestaña del extremo 9 se conecta en el otro extremo del cilindro de soporte, entre los rebordes 20, 21 mientras que sigue libre para poder desplazarse en sentido rotacional para provocar la inclinación de los rodillos. Los medios de apoyo (no se muestra) para los extremos de los rodillos se alojan en las aberturas 10 existentes en las pestañas de los extremos del cilindro de soporte. El cojinete 15 está situado en o se encuentra cerca de un plano que pasa a través de las zonas de contacto de los rodillos. La pestaña de fijación 12 se sitúa en la superficie externa media del cilindro de soporte, y mediante unas sujeciones adecuadas se le une una petaca radial 13 cuya periferia se encuentra dentro de la parte interna de una carcasa para el cojinete 15. La polea cilíndrica 14 está formada en un lateral de la pestaña radial y situada hacia su periferia. La pestaña radial de fijación 22 está alojada en los orificios 17 para los accesorios de fijación (no se muestra), y su periferia interna está formada dentro de una extensión cilíndrica 16 que incluye una parte externa para la carcasa del cojinete 15. La pestaña de fijación 22 está unida, mediante unas sujeciones adecuadas, a una estructura de soporte (no se muestra), y el cilindro de soporte 1 se mueve en sentido de rotación mediante unas fuerzas motrices aplicadas a la polea 14 gracias a una correa adecuada (no se muestra). En los modelos alternativos, la polea se sustituye por un piñón o un engranaje (no se muestra), y el cilindro de soporte se mueve en sentido de rotación mediante unas fuerzas motrices aplicadas a través de una o más cadenas o engranajes adecuados. A medida que el tubo o tubería 7 objeto de la aplicación va pasando por el interior del cilindro de soporte y a través de la disposición cilíndrica giratoria de rodillos (no se muestra), las zonas de contacto de los rodillos pasan sobre la superficie externa del tubo o tubería en trayectorias continuas, paralelas, superpuestas y helicoidales; la flecha 24 indica una trayectoria típica. Se puede demostrar fácilmente que la electricidad necesaria para mover los rodillos sobre el tubo o tubería es muy baja e, incluso si dicho tubo o tubería se trabaja con dureza, suele ser considerablemente menor que la electricidad necesaria en los métodos convencionales.

Respecto a la figura 4, la pestaña del extremo 9 mantiene el sentido de rotación gracias a unos puntales de longitud ajustable 33, cuyos extremos internos están unidos mediante una articulación a unos ejes cortos 34 que se encuentran en la pestaña del extremo 9, cuyos extremos exteriores están unidos mediante una articulación a los ejes cortos 35 situados en los extremos de los postes 32 unidos a los extremos de las superficies externas del cilindro de soporte. La inclinación de los rodillos se consigue mediante el alargamiento o acortamiento de los puntales, desplazando así la pestaña del extremo 9 en sentido giratorio respecto del cilindro de soporte.

En cuanto a la figura 5, los extremos de los rodillos 3 cuentan con una sección cónica 27, cuyo extremo está unido al eje 28, que, a su vez, está alojado mediante una articulación de rotación en el cojinete de agujas 29, alojado asimismo dentro de un casquillo parcialmente esférico 26, a su vez alojado dentro de una cazoleta abierta 25 que, a su vez, se aloja en la abertura 10 existente en la pestaña del extremo 9. El cojinete 29 está engastado en el eje 28, entre el reborde 36 y la tapa de seguridad 30; dicha tapa de seguridad está conectada al extremo del eje mediante unas sujeciones adecuadas 31. Los medios de sujeción (no se muestran) existen para lubricar los medios de soporte de los rodillos. La cazoleta abierta cuenta con una pestaña externa 37 a través de la que dicha cazoleta abierta se mantiene en su sitio dentro de la abertura 10 mediante unas sujeciones adecuadas (no se muestran). Las aberturas en cualquier lateral de la cazoleta abierta están liberadas de tal modo que proporcionen la libertad de movimiento necesaria para el rodillo 3. El eje 28 y el cojinete de agujas 29 son lo suficientemente largos como para alojar el desplazamiento axial del rodillo 3 causado por un aumento o una disminución de su grado de inclinación. En un modelo alternativo (no se muestra), el eje 28 y el cojinete de agujas 29 están conectados en el casquillo parcialmente esférico 26, y el desplazamiento axial del rodillo 3 provocado por un aumento o una disminución de su grado de inclinación se aloja por el desplazamiento axial de la pestaña del extremo 9 dentro del extremo del cilindro de soporte 1; la pestaña del extremo no se desplaza en rotación respecto del cilindro de soporte gracias a unas ranuras, argollas u otros sistemas adecuados (no se muestra) que se encuentran en unos dispositivos complementarios de fricción situados en la otra pestaña.

En cuanto a la figura 6, el conjunto descrito en las figuras 3 y 4 está ensamblado en el bastidor móvil 38. Este bastidor móvil encaja mediante un sistema de deslizamiento en unas abrazaderas 43, 44 que descansan sobre unos cojinetes 41, 42 que se desplazan sobre los raíles 39, 40 fijados a las superficies superiores del bastidor fijo 45. El tubo o tubería 7 objeto de la aplicación se describe pasando a través del cilindro de soporte 1, y su extensión descansa sobre unos soportes adecuados (no se muestran). El eje pivotante 46 está conectado a un elemento estructural inferior del bastidor móvil hacia uno de sus laterales, y la válvula 48 está unida a un elemento estructural inferior del bastidor fijo hacia el segundo lateral del bastidor móvil. El enlace 49 conecta la palanca operativa de la válvula al eje pivotante de manera que, a medida que el bastidor móvil se va desplazando por los raíles 39, la válvula se abre progresivamente, y se cierra completamente en el límite izquierdo del recorrido (tal y como se muestra) del bastidor móvil. A través de una manga de aire 47 se suministra a la válvula aire comprimido a una presión adecuada; este aire lo suministra la válvula a través de una manga de aire 50 al motor de aire 51; dicho motor de aire mueve la polea 52 a través de una caja reductora 54, con dicha polea conectada a la polea 14 mediante la correa 53 para mover el cilindro de soporte 1 en sentido de rotación. También se facilita una entretela, según sea necesario, para armar los bastidores móviles y fijos. En la operación, a medida que el tubo o tubería pasa por el aparato desde un tren de laminado, las fuerzas de fricción aplicadas a través de las zonas de contacto de los rodillos actúan para desplazar el bastidor móvil por los raíles 39, 40; así, se abre parcialmente la válvula 48 y pone en marcha el motor neumático 51 para hacer que el cilindro de soporte 1 se mueva en rotación. El desplazamiento progresivo del bastidor móvil se prolonga hasta que el motor neumático haya alcanzado una velocidad de operación igual a la velocidad de avance del tubo o tubería. Así, cesa el desplazamiento ulterior del bastidor móvil. Si la velocidad de avance del tubo o tubería se reduce por alguna razón, las fuerzas generadas por los rodillos sobre el tubo o tubería actúan para desplazar el bastidor móvil hacia su posición de descanso, cerrando la válvula 48 parcialmente y reduciendo la velocidad de operación del motor neumático 51 y, por tanto, la velocidad de rotación del cilindro de soporte 1.

Respecto a la figura 7, la marca índice 68 aparece en la cara de la pestaña del extremo 9, y las marcas de calibración 69 aparecen en el extremo del cilindro de soporte; estas marcas facilitan el ajuste de la inclinación de los rodillos. Obviamente, la disposición descrita puede invertirse opcionalmente.

En referencia a la figura 8, en un modelo alternativo, el eje 3 cuenta con una parte convexa, estrecha y situada en el centro 70 que permite que el rodillo aplique una fuerza más localizada sobre el tubo o tubería objeto de la aplicación.

En referencia a la figura 9, en un modelo alternativo, el eje 3 cuenta con una parte cóncava situada en el centro que permite que el rodillo aplique una fuerza más dispersa sobre el tubo o tubería objeto de la aplicación.

Haciendo una referencia más a la figura 6, el bastidor fijo está fijado al suelo 74 con unas sujeciones adecuadas. Cuando es necesario, las disposiciones fijas cuentan con dispositivos de elevación (no se muestran) para alinear de forma precisa el aparato con el eje del tubo o tubería 7 proveniente de un tren de laminado (no se muestra). Estos dispositivos de elevación pueden manipularse para crear un efecto de alineación del tubo o tubería.

En un modelo se han utilizado uno o más motores paso a paso (no se muestran) para manipular los medios de elevación para corregir toda desviación de alineación del tubo o tubería detectada por los sensores (no se muestra). Se ha utilizado un controlador lógico programable u otro mecanismo basado en microprocesadores para procesar los datos de dichos sensores y controlar la operación, si es necesario, de los motores paso a paso. En otro modelo alternativo (no se muestra), el bastidor fijo está permanente fijo al suelo 74, y la pestaña de fijación 22 se apoya en unos cojinetes lineales que se desplazan deslizándose sobre unos raíles fijos a los elementos verticales del bastidor fijo; estos cojinetes lineales se desplazan mediante unos tornillos de bola y unas tuercas, impulsados por uno o más motores paso a paso. Estos motores paso a paso se usan para hacer que los tornillos de bola y las tuercas corrijan toda desviación de linealidad del tubo o tubería. Se ha utilizado un controlador lógico programable u otro mecanismo basado en microprocesadores para procesar los datos de dichos sensores y controlar la operación, si es necesario, de los motores paso a paso.

En lo que respecta a las figuras 3 y 6, en un modelo alternativo (no se muestra), hay un motor neumático 51 conectado directamente a una extensión cilíndrica 16, y mueve el cilindro de soporte 1 haciéndolo girar a través de una o varias correas, cadenas o poleas de reacción de engranajes, ruedas dentadas o engranajes situadas en la polea 14 o en la superficie externa del cilindro de soporte 1. En este modelo, el bastidor móvil es redundante y el aparato está fijado simplemente a los elementos verticales de dicho bastidor. En otros modelos alternativos (no se muestran), el motor neumático se sustituye por otro tipo de motor de impulsión, como algún motor hidráulico, paso a paso u otro tipo de motor eléctrico de velocidad controlable. En este sistema, la velocidad de avance del tubo o tubería la detectan uno o varios codificadores conectados a los rodillos de laminado del tren de laminado o en una polea tensora que se desplaza sobre el tubo o tubería. Se ha utilizado un controlador lógico programable u otro mecanismo basado en microprocesadores para procesar los datos de dichos codificadores y controlar la operación, si es necesario, del motor de impulsión que mueve el cilindro de soporte en sentido de rotación.

En un modelo alternativo (no se muestra), este aparato está elaborado por fases, con dos o más unidades que trabajan en tandem y en las que todas y cada una de las unidades se utilizan para reducir el diámetro del tubo o tubería, corregir sus deformaciones circunferenciales o enderezarlo. Estas unidades pueden operar con una dirección común de rotación o con unidades alternas que giren en sentido contrario. Se apreciará si se examinan a fondo las figuras 1a, 1b, 1c y 2 que los ejes de las disposiciones cilíndricas de los rodillos de las unidades consecutivas, independientemente de sus ajustes, siempre son colineales. Al mismo tiempo, la velocidad de avance del tubo o tubería a través de las unidades consecutivas se corregirá independientemente del ajuste de la inclinación de los rodillos. Esto es consecuencia de que el componente rotacional disminuye automáticamente para compensar que el grado de inclinación de los rodillos aumenta, situación que tendería a aumentar el componente axial del triángulo vector que representa la velocidad de avance del tubo o tubería. De este modo, el aparato está muy indicado para operaciones en múltiples fases. Hay que destacar asimismo que las fuerzas axiales que se ejercen sobre el tubo o tubería por el funcionamiento del aparato son bastante altas, y que no se necesita aplicar ningún otro medio de propulsión o succión al tubo o tubería durante su paso a través del aparato. En las opciones de múltiples fases del aparato, las fuerzas axiales que este ejerce sobre el tubo o tubería se pueden utilizar para colocar material en un tren de laminado situado en la parte superior del aparato y así reducir de forma significativa la potencia necesaria para hacer funcionar el tren de laminado. Obviamente, dicho aparato puede utilizarse para trabajar con tramos continuos de tubos o tuberías recogidas directamente de un tren de laminado o con tramos diferenciados de tubos o tuberías cargados de forma secuencial en dicho aparato.

Haciendo una referencia más a la figura 4, en un modelo alternativo (no se muestra), se utilizan uno o más motores paso a paso fijados a la superficie externa del cilindro de soporte 1 para ajustar las longitudes de los tornillos de bola y las tuercas adecuados (no se muestran) utilizados en lugar de los puntales de longitud ajustable 33. Existen unos sensores que detectan el diámetro corregido preciso del tubo o tubería y un controlador lógico programable u otro mecanismo basado en microprocesadores para procesar los datos de dichos sensores y controlar la operación, si es necesario, de los motores paso a paso. Existen también unas señales de alimentación eléctrica y control de los motores paso a paso mediante unos dispositivos de anillo colector, y pueden transmitirse unas señales de control a través de conexiones inalámbricas.

Asimismo se utilizan unos detectores en forma de pares opuestos de los rodillos unidos a los extremos interiores de los transductores lineales radiales para medir el diámetro final del tubo o tubería procedente del aparato; dichos rodillos se habrán puesto en contacto con el tubo o tubería mediante unos resortes adecuados. En un segundo modelo, los detectores en forma de micrómetro láser se utilizan para medir el diámetro final del tubo o tubería procedente del aparato. En un tercer modelo, los detectores en forma de pares opuestos de sensores de proximidad, cada uno de los sensores mide el hueco existente entre su superficie de referencia y la superficie externa del tubo o tubería, se utilizan para medir el diámetro final del tubo o tubería procedente del aparato.

Haciendo una referencia más a la figura 3, se apreciará con facilidad que el cilindro de soporte 1 con su sistema de rodillos puede hacerse de forma que se pueda separar fácilmente de la petaca radial 13 mediante el uso de unos dispositivos de liberación rápida (no se muestran) y, en lugar del cilindro de soporte, puede instalarse dicho sistema de rodillos para alojar tubos o tubería de distinto diámetro.

El proceso de laminado efectuado por este aparato ofrece un control preciso del diámetro externo de tubos y tuberías; no necesita lubricación de la superficie externa del tubo y la tubería; únicamente necesita una baja potencia eléctrica para funcionar; deja la superficie externa de los tubos y tuberías pulida y abrillantada con facilidad; no tiene límites de diámetro, longitud o grosor de las paredes del tubo o tubería; puede funcionar con una velocidad lineal más alta que la velocidad de salida de los trenes de laminado, y ambos pueden trabajar conjuntamente; puede aplicarse en múltiples unidades de laminado que funcionen en tandem; produce un efecto de redondeo y enderezamiento sobre el tubo o tubería; puede utilizarse con tramos continuados de tubos y tuberías o con tramos diferenciados; y ofrece una reducción mayor del diámetro de tubos y tuberías por pasada que los procesos de laminado convencionales.

Claims (40)

1. Aparato para la reducción del diámetro, el redondeo o el enderezamiento de tubos o tuberías (7) mediante laminado que consta de:

(a) un conjunto de rodillos cilíndricos paralelos equidistantes, con muy poca separación entre sí, largos y estrechos (3) situados en una disposición cilíndrica paralela; dichos rodillos están conectados mediante una articulación de rotación en unos cojinetes (29) que se encuentran en las pestañas de los extremos (9, 19) de un cilindro de soporte (1); los extremos de los rodillos (3) están situados en unos círculos giratorios de igual diámetro; los cojinetes (29) están unidos a unos casquillos parcialmente esféricos (25, 26) que permiten el desplazamiento angular de los extremos de los rodillos respecto de las pestañas de los extremos (9, 19), y una o ambas pestañas de los extremos pueden desplazarse mediante rotación al puesto de la otra en dicho cilindro de soporte (1); y

(b) aberturas (8) en las pestañas de los extremos (9, 19) que permiten que el tubo o tubería (7) avance de forma continua a través de los rodillos (3) en una trayectoria coaxial con el eje del sistema cilíndrico, y;

(c) unos sistemas (33) para ajustar las posiciones relativas entre las pestañas de los extremos (9, 19) del cilindro de soporte (1) para desplazar en inclinación los rodillos (3) y para así desplazar las zonas de contacto centrales de forma radial hacia adentro para que tengan un contacto forzoso con la superficie externa del tubo o tubería (7), y;

(d) sistemas de cojinetes (15) para alojar mediante una articulación de rotación el cilindro de soporte, y;

(e) sistemas motores (51, 52, 54, 53, 14) para mover el cilindro de soporte (1) en sentido rotativo provocando así que las zonas de contacto centrales de los rodillos (3) pasen y actúen sobre la superficie externa del tubo o tubería (7) que avanza continuamente y caracterizados por:

(f) un medio de soporte (38) que alberga el cilindro de soporte (1), las pestañas de los extremos (9, 19), los rodillos (3), los medios de ajuste (33), los sistemas de cojinetes (15) y los sistemas motores (51, 52, 54, 53, 14) de forma que el eje de la disposición cilíndrica de los rodillos (3) se mantenga colinear con el eje del tubo o tubería (7) que avanza;

(g) detectores para detectar la velocidad lineal del tubo o tubería que avanza, la rectitud de dicho tubo o tubería, la velocidad de rotación del cilindro de soporte y el diámetro final de dicho tubo o tubería; y

(h) medios de control para controlar la velocidad de rotación de los rodillos respecto de la velocidad de avance del tubo o tubería, el alto de los medios de los medios de soporte y el ajuste de inclinación de los rodillos.

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2. Aparato conforme a la Reivindicación 1 en el que los rodillos (3) están fabricados de un material duro y sólido, y son compactos en su totalidad o lo son en sus extremos y huecos en las partes centrales.

3. Aparato conforme a la Reivindicación 1 o 2 en el que dos o más disposiciones cilíndricas de los rodillos (3) están colocadas y funcionan en tandem para actuar sobre un dicho tramo de tubo o tubería que avanza.

4. Aparato conforme a la Reivindicación 3 en el que las disposiciones cilíndricas alternas de los rodillos (3) rotan en sentidos opuestos.

5. Aparato conforme a cualquier reivindicación anterior en el que los sistemas motores (51, 52, 54, 53, 14) que impulsan el cilindro de soporte en sentido rotativo pueden ser: un motor neumático (51) que transmite un movimiento mediante una correa, una cadena (14) o unos engranajes; un motor hidráulico que transmite un movimiento mediante una correa, una cadena o unos engranajes; o un motor paso a paso u otro tipo de motor de velocidad controlada que transmita un movimiento mediante una correa, una cadena o unos engranajes.

6. Aparato conforme a cualquier reivindicación anterior en el que las zonas de contacto central (70, 72) de los rodillos (3) actúan sobre la superficie externa del tubo o tubería (7) que avanza continuamente en una serie de trayectorias de contacto continuas, paralelas, superpuestas y helicoidales.

7. Aparato conforme a cualquier reivindicación anterior en el que las posiciones relativas de las pestañas de los extremos (9, 19) entre sí están ajustadas mediante uno o más puntales de longitud ajustable (33), estando los dos extremos de cada uno de ellos unidos mediante articulación a la pestaña del extremo (9) y al cilindro de soporte (1).

8. Aparato conforme a la Reivindicación 7 en el que la longitud del puntal se ajusta mediante el uso de un tornillo de bola y una tuerca accionados por un motor paso a paso.

9. Aparato conforme a cualquier reivindicación anterior en el que la electricidad y las señales de control se transmiten a unos dispositivos alojados en las partes móviles de dicho aparato mediante sistemas de anillo colector o mediante sistemas inalámbricos.

10. Aparato conforme a cualquier reivindicación anterior en el que los medios de soporte (38) están formados por un bastidor móvil (38) colocado de forma que se pueda deslizar en unos cojinetes lineales (41, 42) que se desplaza sobre raíles (39, 40) unidos a un bastidor fijo (45); el bastidor móvil (38) se desplaza en sentido lineal por las fuerzas combinadas ejercidas por la acción de los rodillos (3) y por el movimiento lineal del tubo o tubería (7), con unos detectores situados entre ambos bastidores para detectar el desplazamiento lineal del bastidor móvil y así regular la velocidad de operación de los sistemas motores (51, 52, 54, 53, 14).

11. Aparato conforme a la Reivindicación 10 en el que la velocidad de la operación de los sistemas motores está controlada por unos sistemas de control en forma de válvula neumática accionada por el desplazamiento del bastidor móvil respecto del bastidor fijo.

12. Aparato conforme a cualquier reivindicación anterior en el que los medios de soporte (38) están ajustados en altura para mantener el eje de la disposición cilíndrica de los rodillos (3) colineal con el eje del tubo o tubería (7) que avanza.

13. Aparato conforme a la Reivindicación 12 en el que los medios de soporte (38) ascienden o descienden gracias a unos sistemas de elevación que cuentan con unos tornillos de bola y tuercas y están accionados por motores paso a paso.

14. Aparato conforme a la Reivindicación 13 en el que los detectores se utilizan para detectar la rectitud del tubo o tubería (7) que avanza, y los medios de control se usan para controlar el funcionamiento de los motores paso a paso para ajustar la altura de los medios de soporte (38).

15. Aparato conforme a cualesquiera de las Reivindicaciones 1 a 11 en el que los medios de soporte (38) pueden ser únicamente un bastidor fijo, y el cilindro de soporte (1), las pestañas de los extremos (9, 19), los rodillos (3), los sistemas de ajuste (33), los sistemas de cojinete (15) y los sistemas motores (51, 52, 54, 53, 14) se pueden mover apoyados en unos cojinetes lineales que se desplazan sobre unos raíles verticales que permiten que el eje de la disposición cilíndrica de los rodillos (3) se mantenga colineal con el eje del tubo o tubería (7) que avanza.

16. Aparato conforme a la Reivindicación 15 en el que la posición de los cojinetes lineales sobre los raíles verticales se ajusta mediante tornillos de bola y tuercas impulsados por motores paso a paso controlados por los medios de control mencionados.

17. Aparato conforme a cualquier reivindicación anterior en el que los detectores cuentan con uno o más codificadores impulsados por los rodillos de laminado de los trenes de laminado o por una polea tensora que se desplaza por el tubo o tubería (7).

18. Aparato conforme a cualquier reivindicación anterior en el que los detectores cuentan con sistemas de medición para medir el diámetro final del tubo o tubería (7) que sale de dicho aparato.

19. Aparato conforme a la Reivindicación 18 en el que los detectores pueden ser: pares opuestos de rodillos unidos a los extremos internos de los transductores lineales colocados de forma radial, rodillos que entrarán en contacto con el tubo o tubería (7) mediante unos resortes; un micrómetro láser; o pares opuestos de sensores de proximidad, cada uno de los sensores mediría el espacio entre su cara de referencia y la superficie externa del tubo o tubería.

20. Aparato conforme a la Reivindicación 1 en el que los rodillos en serie están: todos ellos hechos con unos diámetros externos iguales de aproximadamente el 20% del diámetro del tubo o tubería (7) objeto de la aplicación; o hechos en conjuntos con diámetros iguales de entre el 10% y el 40% del diámetro del tubo o tubería (7) objeto de la aplicación.

21. Aparato conforme a la Reivindicación 1 en el que los sistemas de cojinetes (15) que soportan rotativamente el cilindro de soporte (1) están situados lo más cerca posible de un plano que pasa a través de las zonas de contacto de los rodillos (3).

22. Aparato conforme a la Reivindicación 1 en el que los sistemas de cojinetes (15) que soportan rotativamente el cilindro de soporte (1) están alojados en una carcasa para los cojinetes en los que una parte externa está formada en el interior de una extensión cilíndrica (16) formada a su vez en una pestaña de fijación radial (22), y una parte interna está formada en la superficie externa de una petaca radial (14) fijada a la superficie externa del cilindro de soporte
(1).

23. Aparato conforme a la Reivindicación 22 en el que una polea (14) en forma de protuberancia cilíndrica está situada alrededor de la circunferencia externa de la petaca radial (14).

24. Aparato conforme a la Reivindicación 23 en el que la polea es sustituida por un piñón adaptado para impulsar el aparato mediante una cadena, o un engranaje adaptado para impulsar el aparato mediante engranajes.

25. Aparato conforme a cualquier reivindicación anterior en el que los rodillos (3) cuentan en cada extremo con unos ejes cortos (28) que están conectados rotativamente a unos cojinetes (29) existentes en las pestañas de los extremos (9, 19) del cilindro de soporte (1); las longitudes axiales de los ejes cortos (28) y los cojinetes (29) serían lo suficientemente largos como para alojar el desplazamiento axial ocasionado por la inclinación de los rodillos (3).

26. Aparato conforme a cualquier reivindicación anterior en el que existen una marca de índice (68) y unas marcas de calibración complementarias (69), situadas una en los extremos de las pestañas de los extremos (9) y la otra en el extremo del cilindro de soporte (1) para facilitar el ajuste de la inclinación de los rodillos.

27. Aparato conforme a cualquier reivindicación anterior en el que los rodillos (3) cuentan con una parte convexa, estrecha y situada en el centro (70) que permite la aplicación de una fuerza más localizada sobre el tubo o tubería
(7).

28. Aparato conforme a la Reivindicación 1 en el que los rodillos (3) cuentan con una parte cóncava y situada en el centro (72) que permite la aplicación de una fuerza más dispersa sobre el tubo o tubería (7).

29. Aparato conforme a cualquier reivindicación anterior en el que el cilindro de soporte (1), junto con el conjunto de rodillos, está fijo a los medios de soporte (38) con unos dispositivos de liberación rápida y se separa fácilmente de los medios de soporte (38) y es sustituido por otro cilindro de soporte (1) con su serie de rodillos adaptada para trabajar con tubos o tuberías (7) de distinto diámetro.

30. Método para la reducción del diámetro, el redondeo y el enderezamiento de tubos o tuberías (7) mediante un proceso de laminado que comprende las siguientes fases:

(a) pasar el tubo o tubería (7) en avance continuo a una velocidad lineal constante a través de un conjunto de rodillos (3) cilíndricos, equidistantes, con muy poca separación entre sí, inclinados, largos, estrechos y paralelos situados en una serie cilíndrica paralela con el eje del tubo o tubería (7) que se mantenga colineal con dicha serie de rodillos cilíndricos cuyos rodillos (3) estén unidos rotativamente a unos medios de soporte (1) y que se puedan inclinar de forma simultánea para desplazar sus zonas de contacto radialmente hacia adentro;

(b) desplazar mediante inclinación los rodillos (3) para hacer que las zonas de contacto centrales entren en contacto forzoso controlado con la superficie externa del tubo o tubería (7);

(c) rotar la serie cilíndrica de rodillos (3) a una velocidad controlada provocando así que las zonas de contacto centrales de los rodillos pasen y actúen gracias a su movimiento circulatorio sobre la superficie externa del tubo o tubería (7) que avanza continuamente, caracterizándose este proceso por:

(d) detectar la velocidad lineal del tubo o tubería que avanza, la rectitud de dicho tubo o tubería, la velocidad de rotación del sistema cilíndrico de los rodillos y el diámetro final de dicho tubo o tubería;

(e) controlar dicha velocidad de rotación de los rodillos respecto de la velocidad de avance del tubo o tubería;

(f) controlar la altura de los medios de soporte para enderezar el tubo o tubería, y;

(g) controlar el grado de inclinación de los rodillos para regular el diámetro final del tubo o tubería.

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31. Un método conforme a la Reivindicación 30 en el que el tubo o tubería (7) está sujeto internamente por mandriles o similares durante el proceso de laminado.

32. Un método conforme a la Reivindicación 30 o 31 en el que la velocidad de rotación de los rodillos (3) está regulada para ajustar las combinaciones de velocidad lineal de avance del tubo o tubería y los grados de inclinación de los rodillos.

33. Un método conforme a las Reivindicaciones 30, 31 o 32 en el que el proceso de laminado se aplica a tramos continuos de tubo o tubería o a tramos diferenciados de tubo o tubería.

34. Un método conforme a cualesquiera Reivindicaciones de la 30 a la 33 en el que las zonas de contacto central de los rodillos describen unas trayectorias continuas, paralelas, superpuestas, helicoidales en la superficie externa del tubo o tubería y aplican localmente a la superficie externa de dicho tubo o tubería una fuerza de compresión que sobrepasa el límite de elasticidad de su material, provocando así que dicho tubo o tubería adopte un diámetro menor.

35. Un método conforme a la Reivindicación 30 en el que el paso de las zonas de contacto central de dichos rodillos por la superficie externa del tubo o tubería corrige cualquier deformación circunferencial de dicho tubo o tubería y provoca que su superficie externa quede pulida.

36. Un método conforme a cualesquiera reivindicaciones de la 30 a la 35 en el que la velocidad de rotación de los rodillos, la altura de los medios de soporte y el grado de inclinación de los rodillos se controlan automáticamente por los sistemas de control que aceptan los datos procedentes de los detectores.

37. Un método conforme a cualesquiera reivindicaciones de la 30 a la 36 en el que múltiples unidades de los sistemas cilíndricos de los rodillos se utilizan en tandem; dichas múltiples unidades rotan todas ellas en el mismo sentido o las unidades alternas rotan en el sentido opuesto.

38. Un método conforme a cualesquiera reivindicaciones de la 30 a la 37 en el que la superficie externa del tubo o tubería (7) no está lubricada durante el proceso de laminado.

39. Un método conforme a cualesquiera reivindicaciones de la 30 a la 38 incorporado a un tren de laminado para aplicar un tratamiento de postfabricación inmediato al tubo o tubería.

40. Un método conforme a la Reivindicación 30 en el que el sistema cilíndrico de los rodillos (3) está fijo a los medios de soporte (38) mediante unos dispositivos de liberación rápida y comprenden la separación del sistema cilíndrico de rodillos (3) de dichos medios de soporte (38) y su sustitución por otro sistema cilíndrico de rodillos (3) adaptado para trabajar con tubos o tuberías (7) de distinto diámetro.