ES2343287T3 - Dispositivo de conexion para la formacion de una alimentacion de fluido. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de conexión para la formación de una conducción de fluido a una herramienta giratoria de perforación de la tierra (50) para la perforación de un taladro, con una conducción giratoria (20), que se puede conectar con la herramienta (50) accionable de forma giratoria, y presenta un estator (24), en el que el rotor (22) está alojado de forma giratoria con respecto al estator (24), y con un apoyo del par de torsión (40), que está conectado de forma fija contra giro con el estator (24) y presenta al menos un elemento de apoyo (42), que se puede apoyar para el apoyo del par de torsión en una pared de taladro de perforación, en el que el al menos un elemento de apoyo (42) se puede desplazar entre una posición de retroceso, en la que no existe ningún apoyo del par de torsión, y una posición de extensión, en la que el elemento de apoyo (42) está extendido para el apoyo del par de torsión frente a la posición de retroceso, caracterizado porque está previsto un elemento de ajuste (30) desplazable axialmente, y porque está prevista una instalación de multiplicación, a través de la cual se puede convertir un movimiento axial del elemento de ajuste (30) en un movimiento de desplazamiento radial del al menos un elemento de apoyo (42).

Description

Dispositivo de conexión para la formación de una alimentación de fluido.

La invención se refiere a un dispositivo de conexión para la formación de una alimentación de fluido a una herramienta giratoria, especialmente una herramienta de perforación del suelo, con una conducción giratoria, que presenta un rotor, que se puede conectar con la herramienta accionable de forma giratoria, y un estator, de manera que el rotor está alojado de forma giratoria con relación al estator, y con un apoyo del par de torsión, que está conectado de forma fija contra giro con el estator y presenta al menos un elemento de apoyo, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente.

Un dispositivo del tipo indicado al principio se conoce a partir del documento EP 0 855 490 A2. Para la adaptación a un diámetro del taladro de perforación, los elementos de apoyo están alojados de forma elástica y son desplazables radialmente.

Otro dispositivo se conoce, por ejemplo, a partir del documento DE 690 13 666 T2. Este dispositivo de conexión conocido conecta una herramienta de perforación con una sección de accionamiento, de manera que a través de conductos de alimentación estacionarios en la sección de accionamiento se transmite aire de transporte hacia la herramienta de perforación giratoria. En este caso, está previsto un apoyo del par de torsión en forma de estrella en la parte superior del dispositivo de conexión, a través del cual el estator relativamente estacionario con respecto a la herramienta de perforación giratoria es apoyado con los conductos de alimentación que se extienden hacia arriba frente a la pared del taladro de perforación.

Este dispositivo de conexión conocido se puede emplear, respectivamente, sólo para la herramienta de perforación prevista con el diámetro de perforación previsto. Además, en determinados casos de aplicación, en función del material del suelo a mecanizar, las presiones de soporte del apoyo del par de torsión en la pared del taladro de perforación pueden ser demasiado altas o demasiado reducidas.

La invención tiene el cometido de indicar un dispositivo de conexión, que se puede emplear de manera especialmente flexible.

El cometido se soluciona de acuerdo con la invención por medio de un dispositivo de conexión con las características de la reivindicación 1. Las formas de realización preferidas de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes.

El dispositivo de conexión de acuerdo con la invención se caracteriza porque el al menos un elemento de apoyo se puede desplazar entre una posición de retorno y una posición de extensión, en la que el elemento de apoyo está extendido para el apoyo del par de torsión frente a la posición de retorno.

Una idea básica de la invención consiste en prever en una herramienta giratoria un apoyo del par de torsión con elementos de apoyo extensibles. A través de la capacidad de extensión de los elementos de apoyo se puede emplear el dispositivo de conexión en diferentes herramientas con diferentes diámetros de las herramientas. Una adaptación del apoyo del par de torsión se realiza en este caso a través de la inserción y la extracción, respectivamente, de los elementos de apoyo sobre el diámetro respectivo de la herramienta. También en el caso de empleo en taladradoras, se puede modificar la presión de apoyo de los elementos de apoyo en la pared del taladro de perforación y se puede adaptar de acuerdo con los requerimientos del material de la pared del taladro de perforación.

Por lo demás, el dispositivo de conexión de acuerdo con la invención se puede emplear también en taladradoras con diámetros de taladros que se modifican en la dirección de perforación. Además, con el dispositivo de conexión de acuerdo con la invención es posible abatir, en caso necesario, los elementos de apoyo, por ejemplo en el caso de inserción o extensión de una herramienta de perforación, cuando no se necesita ningún apoyo del par de tor-
sión.

En principio, el dispositivo de conexión puede estar dispuesto fijamente en una herramienta o en una sección de accionamiento, por ejemplo un varillaje de perforación. De acuerdo con la invención, es especialmente preferido que esté prevista una sección de conexión, que presenta, por una parte, una primera instalación de conexión con una instalación de accionamiento y, por otra parte, una segunda instalación de conexión con la herramienta y que el apoyo del par de torsión esté dispuesto a lo largo de la periferia de la sección de conexión. La sección de conexión puede servir, por lo tanto, como una especie de adaptador, que está dispuesto entre la herramienta y la instalación de accionamiento, especialmente una sección de accionamiento o un varillaje de perforación. El dispositivo de conexión se puede emplear de esta manera de forma flexible en diferentes herramientas de perforación y varillajes de perforación. Las instalaciones de conexión pueden presentar conexiones giratorias convencionales, por ejemplo conexiones poligonales con dispositivos de seguridad de pernos, como se emplean en barras Kelly conocidas.

Además, de acuerdo con la invención, es ventajoso que esté previsto un elemento de ajuste desplazable axialmente, y que esté prevista una instalación de multiplicación, a través de la cual un movimiento axial del elemento de ajuste puede ser convertido en un movimiento radial del al menos un elemento de apoyo. El elemento de ajuste puede ser, en principio, un servo cilindro, por ejemplo un cilindro hidráulico o un cilindro de aire comprimido, que está dispuesto en la misma dirección del eje de giro o eje de perforación de la herramienta. A través de esta disposición se proporciona un espacio libre suficiente frente a una disposición también posible del cilindro dirigida radialmente.

Frente a un órgano de ajuste activado con energía, de acuerdo con la invención es especialmente preferido que el elemento de ajuste se pueda mover por medio de un movimiento relativo de la sección de conexión frente a la herramienta y/o frente a la dirección de accionamiento. Esto se puede realizar colocando, por ejemplo, en el caso de una herramienta de perforación, esta herramienta a través del varillaje de perforación sobre el suelo o sobre el fondo del taladro. En virtud de esta fuerza de presión axial durante la perforación se puede generar un movimiento relativo axial del elemento de ajuste, de manera que resulta automáticamente en la operación de perforación una extensión deseada del al menos un elemento de apoyo.

En este caso es especialmente ventajoso que está prevista una instalación de sujeción, a través de la cual se puede retener el al menos un elemento de apoyo en la posición de retorno. Si se eleva, por ejemplo, una herramienta de perforación desde el suelo o desde el fondo del taladro, se provoca a través de la instalación de sujeción un desplazamiento de retroceso de los elementos de apoyo a la posición de retorno. La instalación de sujeción puede presentar en este caso con preferencia muelles tensores que pueden estar diseñados, respectivamente, de acuerdo con la disposición como muelles de compresión o muelles de tracción.

Se consigue una disposición especialmente estable de acuerdo con la invención porque el elemento de ajuste está dispuesto en forma de anillo en la sección de conexión.

Especialmente con la forma de realización preferida, en la que varios elementos de apoyo están dispuestos distribuidos sobre la periferia de la sección de conexión, se consigue de esta manera la ventaja de que las fuerzas de ajuste y las fuerzas de retroceso se compensen mutuamente en gran medida transversalmente al eje de giro de la herramienta, es decir, en una dirección radial. Esto descarga la disposición general.

Otra configuración preferida de la invención resulta porque la instalación de multiplicación presenta un mecanismo de palanca. A través de una disposición correspondiente con palanca conectada de forma articulada con ella se pueden generar de esta manera con fuerzas de ajuste relativamente reducidas, los movimientos de ajuste y las fuerzas de apoyo necesarios.

Otra configuración especialmente conveniente de la invención consiste en que el al menos un elemento de apoyo presenta un cuerpo de rodillos. El cuerpo de rodillos está en este caso en contacto con la periferia, especialmente de una pared de taladro de perforación. Un eje de rodillo del cuerpo de rodillos está dirigido en este caso con preferencia tangencialmente al eje del taladro o eje longitudinal de la herramienta, de manera que durante el movimiento del apoyo del par de torsión en dirección axial se realiza un movimiento de rodadura, pero para la consecución de la función de un apoyo del par de torsión en dirección circunferencial se consigue un buen apoyo.

De acuerdo con la invención, se consigue una activación efectiva de los elementos de apoyo extensibles porque la primera instalación de conexión y/o la segunda instalación de conexión están configuradas como una conexión giratoria móvil axialmente. De esta manera, se puede conseguir la conexión giratoria de manera conocida a través de una conexión poligonal, especialmente una conexión cuadrada. Se puede conseguir un seguro axial por medio de un bulón dirigido transversalmente al eje longitudinal o eje de perforación, que, sin embargo, pasa a través de un taladro alargado. El taladro alargado se extiende en este caso en dirección longitudinal o dirección de perforación. Esto posibilita un movimiento relativo axial entre la sección de conexión y la herramienta o bien la instalación de accionamiento.

La realización giratoria prevista está configurada de manera conocida en principio con un estator y un rotor. De acuerdo con la invención está previsto especialmente que el estator presente para un fluido al menos una primera conexión de conducto, que está parada frente a un entorno, por ejemplo suelo circundante y que el rotor presente al menos una segunda conexión de conducto, que está parada frente a la herramienta. La conexión de conducto del estator puede ser, de manera convencional, una conexión de manguera o conexión de tubo habitual para un líquido o un gas. El estator presenta, en general, en su lado interior un canal de forma anular, que corresponde con un canal correspondiente o con orificios correspondientes en el rotor. A través de la disposición de juntas de obturación correspondientes se puede realizar de esta manera una transmisión de fluido desde un componente estacionario a un componente giratorio.

En este caso, está previsto con preferencia de acuerdo con la invención que la sección de conexión hacia el conducto de fluido esté configurada como árbol hueco. A través de uno o varios taladros radiales correspondientes en la sección de conexión en forma de tubo se puede establecer de esta manera una conexión de conducto desde y hacia el rotor.

A continuación se describe en detalle la invención con la ayuda de ejemplos de realización preferidos, que se representan de forma esquemática en los dibujos adjuntos. En los dibujos:

La figura 1 muestra una vista lateral de un dispositivo de conexión de acuerdo con la invención.

La figura 2 muestra una disposición esquemática de la sección trasversal parcial de la instalación de conexión de la figura 1; y

La figura 3 muestra una vista lateral esquemática de un dispositivo de conexión de acuerdo con la invención con herramienta de perforación.

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De acuerdo con las figuras 1 y 2 se representa un dispositivo de conexión 10 de acuerdo con la invención, que presenta a lo largo de un eje longitudinal o eje de perforación 16 una sección de conexión 12 en forma de tubo. En la zona central de la sección de conexión 12 está dispuesta una conducción giratoria 20 en forma de tubo, que se designa como cabeza de pulverización, así como un apoyo del par de torsión 40 a lo largo de la periferia de la sección de conexión 12.

En su lado superior, la sección de conexión 12 presenta una primera instalación de conexión 14, que comprende un taladro cuadrado 17 para la conexión con un varillaje de perforación no representado aquí. A través de taladros transversales 13 dirigidos de manera correspondiente transversal se puede realizar un seguro axial y una conexión con el varillaje de perforación por medio de bulones de retención. En el extremo inferior de la sección de conexión 12 está dispuesto un racor cuadrado 18 correspondiente, que presenta para el seguro axial un taladro alargado 19. El taladro alargado 19 está dirigido a lo largo del eje longitudinal o eje de perforación 16, para recibir un taladro transversal de manera desplazable axialmente. De este modo, la segunda instalación de conexión 15 está configurada como una conexión giratoria, que posibilita una conexión con una capacidad de movimiento axial con respecto a una herramienta de perforación.

La conducción giratoria 20 posibilita de manera conocida en principio una comunicación de fluido de conductos de fluido estacionarios con respecto al medio ambiente, que se conectan a través de una primera conexión de conducto 26 en un estator 24 en forma de tubo. El estator 24 en forma de casquillo presenta un canal anular central 27, que está cerrado herméticamente a ambos lados dirigidos axialmente en cada caso sobre un anillo de obturación 25 y hacia dentro frente a un rotor 24 en forma de casquillo giratorio con respecto al mismo. A la altura axial del canal anular 27, el rotor 22 presenta una pluralidad de taladros radiales dirigidos transversalmente, que forma una segunda conexión de conducto 28 hacia el espacio interior de la sección de conexión 12 configurada como árbol hueco. El espacio interior de la sección de conexión hueca 12 está cerrado herméticamente hacia arriba a través de un elemento de cierre 29, de manera que el espacio interior de la sección de conexión hueca 12 puede servir como conducto de fluido hacia abajo hacia una herramienta de perforación. Un alojamiento giratorio del estator 24 frente al rotor 22 acoplado fijamente con la sección de conexión 12 se realiza de la manera conocida en principio a través de cojinetes giratorios
23.

El apoyo de par de torsión 40 presenta para el apoyo del estator 24 frente a una pared de taladro de perforación, varios elementos de apoyo 42 en forma de placa, en cuyo lado interior está alojado un cuerpo de rodillos 43 de forma giratoria alrededor de un eje de rodillos 41. El eje de rodillos 41 está dirigido tangencialmente al eje longitudinal o eje del taladro 16, de manera que se puede realizar un movimiento de rodadura del apoyo del par de torsión 40 en la dirección del eje longitudinal o eje del taladro 16. A tal fin, los cuerpos de rodillos 43 pasan parcialmente a través de un orificio en los elementos de apoyo 42 en forma de placas.

Los elementos de apoyo 42 están alojados de forma extensible en un anillo de apoyo 47. Las palancas superiores 46 están conectadas, además, de forma articulada con un extremo superior de palancas inferiores 45, que se apoyan de nuevo sobre un elemento de ajuste 30 en forma de anillo y están conectadas con éste en cada caso de forma articu-
lada.

A través de una instalación de sujeción 34, que presenta en cada una de las palancas inferiores 45, respectivamente, dos muelles de compresión, el elemento de apoyo 42 respectivo es retenido en una posición de retroceso, que se representa en la figura 1. Si se mueve el elemento de ajuste 30 axialmente hacia arriba, entonces se desplazan los elementos de apoyo 42 con los cuerpos de rodillos 43 radialmente hacia fuera, para conseguir la formación de un apoyo del par de torsión en contacto con una pared del taladro de perforación. Durante este proceso de extensión radial a una posición extendida, se tensan los muelles de compresión de la instalación de sujeción 34. El movimiento axial del elemento de ajuste 30 es provocado en este caso por medio de una presión de apriete axial de la sección de conexión 12 hacia abajo en una herramienta de perforación. Esta presión de apriete se realiza en una operación de perforación de forma automática. De esta manera, se asegura de acuerdo con la invención que en la operación de perforación se ponga en funcionamiento de forma fiable el apoyo del par de torsión. De este modo, los elementos de apoyo 42 son desplazados desde una posición de retroceso, en la que los elementos de apoyo 42 se apoyan en topes 38, radialmente hacia fuera a una posición de ajuste y se ponen en contacto con la pared del taladro de
perforación.

Al término de la operación de perforación y en el caso de una elevación axial de la sección de conexión 12 con la herramienta de perforación, se libera la fuerza axial y el elemento de ajuste 30 en forma de anillo es presionado a través de la instalación de sujeción 34 a la posición de partida inferior. De esta manera, los elementos de apoyo 42 llegan de nuevo de retorno a la posición de retroceso según la figura 1.

En la figura 3 se muestra una disposición muy esquemática del dispositivo de conexión 10 de acuerdo con la invención en una herramienta de perforación 50, que es un tubo de perforación de núcleo en el ejemplo de realización representado. En la primera instalación de conexión superior 14 se puede conectar de manera conocida un varillaje Nelly u otro varillaje de perforación 11. Éste puede estar provisto de manera conocida con otros elementos de apoyo o de perforación. De manera preferida, en el varillaje de perforación 11 se puede prever en una zona suprior una instalación de arrollamiento de manguera 36, que posibilita, en el caso de una prolongación del varillaje de perforación 11, una prolongación correspondiente de los conductos de fluido. El varillaje de perforación 11 se puede acoplar de manera conocida con un accionamiento de perforación, con la finalidad de accionar de forma giratoria la herramienta de perforación 50.

Claims (11)

1. Dispositivo de conexión para la formación de una conducción de fluido a una herramienta giratoria de perforación de la tierra (50) para la perforación de un taladro, con una conducción giratoria (20), que se puede conectar con la herramienta (50) accionable de forma giratoria, y presenta un estator (24), en el que el rotor (22) está alojado de forma giratoria con respecto al estator (24), y con un apoyo del par de torsión (40), que está conectado de forma fija contra giro con el estator (24) y presenta al menos un elemento de apoyo (42), que se puede apoyar para el apoyo del par de torsión en una pared de taladro de perforación, en el que el al menos un elemento de apoyo (42) se puede desplazar entre una posición de retroceso, en la que no existe ningún apoyo del par de torsión, y una posición de extensión, en la que el elemento de apoyo (42) está extendido para el apoyo del par de torsión frente a la posición de retroceso, caracterizado porque está previsto un elemento de ajuste (30) desplazable axialmente, y porque está prevista una instalación de multiplicación, a través de la cual se puede convertir un movimiento axial del elemento de ajuste (30) en un movimiento de desplazamiento radial del al menos un elemento de apoyo (42).

2. Dispositivo de conexión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque está prevista una sección de conexión (12), que presenta, por una parte, una primera instalación de conexión (14) con una instalación de accionamiento y, por otra parte, y una segunda instalación de conexión (15) con la herramienta, y porque el apoyo del par de torsión (40) está dispuesto a lo largo de la periferia de la sección de conexión (12).

3. Dispositivo de de conexión de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el elemento de ajuste (30) es móvil a través de un movimiento relativo de la sección de conexión (12) frente a la herramienta (50) y/o la instalación de accionamiento.

4. Dispositivo de conexión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque está prevista una instalación de sujeción (34) a través de la cual se puede retener el al menos un elemento de apoyo (42) en la posición de retroceso.

5. Dispositivo de conexión de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el elemento de ajuste (30) está dispuesto en forma de anillo en la sección de conexión (12).

6. Dispositivo de conexión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque varios elementos de apoyo (42) están dispuestos distribuidos sobre la periferia de la sección de conexión (12).

7. Dispositivo de conexión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la instalación de multiplicación (44) presenta un mecanismo de palanca.

8. Dispositivo de conexión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque al menos un elemento de apoyo (42) presenta un cuerpo de rodillos (43).

9. Dispositivo de conexión de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque la primera instalación de conexión (14) y/o la segunda instalación de conexión (5) están configuradas como una conexión giratoria móvil axialmente.

10. Dispositivo de conexión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el estator (24) presenta para un fluido al menos una primera conexión de conducto (26), que está estacionaria frente a un entorno, y porque el rotor (22) presenta al menos una segunda conexión de conducto (28), que está estacionaria frente a la herramienta (50).

11. Dispositivo de conexión de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 10, caracterizado porque la sección de conexión (12) con el conducto de fluido está configurada como árbol hueco.