ES2567293T3

ES2567293T3 - Junta de expansión

Info

Publication number: ES2567293T3
Application number: ES12824981.0T
Authority: ES
Inventors: Randy L. CHASE; Douglas R. Dole; Lawrence W. Thau; Wayne M. Biery; Scott D. Madara; Ryan D. KUEHNER
Original assignee: Victaulic Co
Current assignee: Victaulic Co
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2032-08-17
Also published as: EP2748507B1; CN103988009A; CN106870863B; BR112014004110B1; CA2949588C; US9631759B2; EP2748507A2; KR101938750B1; AU2012299165B2; MX2014002118A; JP5991787B2; BR112014004110A2; CA2787799A1; TW201319441A; KR20140048892A; CN106870863A; EP2748507A4; JP2014527144A; WO2013028493A2; TWI573949B

Abstract

Junta de expansión (10) para la conexión de elementos de tubería, dicha junta de expansión (10) que comprende: un tubo (12) que tiene una superficie exterior (14) y un primer y segundo extremos (16, 18) colocados de manera opuesta; un manguito (20) que tiene primeros y segundos extremos (22, 24) colocados de manera opuesta, el manguito (20) está colocado de manera que rodea al menos una sección del tubo (12), dicha sección incluye el segundo extremo (18) del tubo ( 12); un anillo (26), separado de del manguito (20) y acoplado de modo desmontable a en el primer extremo del mismo, el anillo (26) que rodea al tubo (12) tiene una superficie interior (40) orientada hacia la superficie exterior (14) del tubo (12); un acoplamiento (28) situado entre dicho anillo (26) y dicho primer extremo de dicho manguito (20), dicho acoplamiento (28) fijar de manera amovible dicho anillo (26) a dicho manguito (20) en una articulación entre los mismos; una junta (42) que se acopla de manera estanca a la superficie exterior (14) del tubo (12), el anillo (26) y el manguito (20) son móviles de manera deslizante axialmente con relación al tubo (12), caracterizado porque la junta (42) está montado sobre la superficie interior del anillo (26), y y la junta para sellado estanco (34) está montada en la superficie interior del acoplamiento (28) para proporcionar un sellado ajustado para el fluido en la unión entre el manguito (20) y el anillo (26).

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Junta de expansion

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a juntas de expansion utilizadas en largas lmeas de tubena sometidas a expansion y contraccion inducida termicamente. Mas particularmente, esta invencion se refiere a una junta de expansion definida por el preambulo de la reivindicacion 1.

Antecedentes de la invencion

Las lmeas de tubena utilizadas en la industria, tales como para la extraccion del petroleo, pueden ser largas y estar expuestas a ciclos alternados de calentamiento y enfriamiento. Lo anterior es de particular preocupacion para las lmeas de tubena que van por encima del suelo y que estan sometidas a una variacion mayor de la temperatura que las lmeas que van por debajo del suelo. El calentamiento y el enfriamiento pueden ser el resultado de grandes variaciones en la temperatura ambiente, tanto diariamente como estacionalmente, a la cual esta expuesta la lmea de tubena, asf como debido al calor contenido en el fluido que es bombeado a traves de la lmea de tubena. El fluido mismo ser caliente, o puede calentarse por la accion de bombeo. La friccion entre el fluido y la lmea de tubena tambien puede contribuir al calentamiento y la expansion.

Como es bien conocido, muchos materiales, especialmente los metales tales como el acero con el que con frecuencia se construyen las lmeas de tubena, se expanden y contraen en respuesta al calentamiento y enfriamiento. El coeficiente de expansion lineal del material es la caractenstica que describe de manera cuantitativa como se comportara un elemento alargado, como por ejemplo un elemento de tubena, en respuesta al calentamiento y enfriamiento. Las unidades del coeficiente de expansion lineal, especificadas en unidades de medicion inglesas, son pulgadas de expansion por pulgada de tubena por cambio de temperatura en grados Fahrenheit. Por lo tanto, esta claro que la expansion o contraccion de una lmea de tubena, sera directamente proporcional al cambio en la temperatura, asf como de la longitud de la lmea de tubena.

En las lmeas de tubena de largo alcance sometidas a incluso pequena variaciones de la temperatura ambiente o interior, es ventajoso proporcionar juntas de expansion a intervalos a lo largo de la lmea de tubena, para adaptarse a los cambios inducidos termicamente en la longitud y prevenir el dano de la lmea de tubena, que de otro modo podna ocurrir. Por ejemplo, la lmea de tubena se puede doblar cuando se somete a compresion, debido a la expansion en respuesta a un incremento en la temperatura, o una junta puede fallar cuando se somete a cargas de tension, debido a la contraccion de la lmea de tubena, en respuesta a una disminucion en la temperatura.

Una junta de expansion de la clase definida por el preambulo de la reivindicacion 1 se conoce a partir del documento US 4 030 740 A. El material de esta junta de expansion es de anchura sustancial entre miembros de anillo espaciados entre sf lo que resulta en un movimiento axial relativo del manguito y del tubo para fines de ajuste que se puede ver obstaculizado debido a una friccion considerable.

Sumario de la invencion

La invencion proporciona una junta de expansion definida por el preambulo de la reivindicacion 1 en la que un sello se esta colocado en la superficie interior del anillo y se acopla a la superficie exterior del acopamiento para proporcionar un sello estanco al fluido en la junta entre el manguito y el anillo

En un ejemplo de realizacion particular, el primer extremo del tubo tiene una superficie orientada hacia afuera, con una ranura circunferencial en la misma. El acoplamiento puede tener una pluralidad de segmentos arqueados unidos extremo a extremo rodeando al tubo. En este ejemplo, cada uno de los segmentos tiene una primera y segunda teclas que se proyectan radialmente hacia adentro, colocadas en una relacion separada, y el anillo tiene una superficie orientada hacia afuera con una ranura circunferencial en el mismo. El manguito tiene una superficie orientada hacia afuera colocada en el primer extremo del mismo, con una ranura circunferencial en la misma. La primera tecla acopla la ranura circunferencial en el anillo, la segunda tecla acopla la ranura circunferencial en el manguito.

En un ejemplo de realizacion adicional, el manguito tiene una superficie orientada hacia afuera colocada en el segundo extremo del mismo, con una ranura circunferencial en la misma.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En una realizacion particular, la junta comprende al menos una ranura circunferencial orientada hacia adentro, colocada en la superficie interior del anillo, con un elemento de sellado o cierre estanco colocado dentro de al menos una ranura. Por ejemplo, el elemento de cierre estanco puede comprender una junta torica. Ademas, un anillo antiextrusion colocado dentro de al menos una ranura. En otro ejemplo, el cierre estanco comprende una pluralidad de ranuras circunferenciales orientadas hacia adentro, colocadas en la superficie interior del anillo y una pluralidad de elementos de sellado, cada uno colocado dentro de una de las ranuras respectivas. En este ejemplo, los elementos de cierre estanco pueden comprender juntas toricas. Ademas, pueden posicionarse una pluralidad de anillos antiextrusion, cada uno, dentro de una de las ranuras respectivas.

En otro ejemplo de realizacion, la junta de expansion puede comprender al menos una ranura circunferencial orientada hacia adentro, colocada en la superficie interior del anillo y al menos un elemento de cojinete colocado dentro de al menos una ranura. Ademas, la junta de expansion tambien puede incluir al menos una ranura circunferencial orientada hacia adentro, colocada en la superficie interior del anillo y al menos un elemento de leva colocado dentro de al menos una ranura.

En otro ejemplo de realizacion, la junta comprende un reborde que se proyecta radialmente hacia adentro desde la superficie interior del anillo. Hay material para el cierre hermetico (goma) que rodea el tubo y que se coloca adyacente al reborde, entre la superficie interior del anillo y la superficie exterior del tubo. Una anilla esta unida al anillo y rodea al tubo. La anilla esta colocada adyacente al material para el cierre hermetico que esta capturado entre el anillo y el reborde. En este ejemplo, la anilla es axialmente movil con relacion al anillo, para comprimir el material para el cierre hermetico contra el reborde. Para efectuar el movimiento de la anilla, la junta de expansion comprende una pluralidad de elementos de sujecion ajustables. Cada elemento de sujecion se extiende entre la anilla y el anillo, en donde el ajuste de los elementos de sujecion mueve la anilla hacia el anillo, para comprimir el material para el cierre hermetico.

Un ejemplo de realizacion de la junta de expansion puede comprender ademas, una pluralidad de muelles. Cada uno de los muelles esta montado en uno de los elementos de sujecion y acopla la anilla para desviar la anilla hacia el anillo, comprimiendo por lo tanto el material para el cierre hermetico.

En otro ejemplo de realizacion, la junta de expansion comprende ademas, un segmento de entrada colocado en el primer extremo del tubo. El segmento de entrada tiene una superficie interior conica. La superficie interior conica puede seleccionarse del grupo que consiste de un cono recto y un cono con forma de S que tiene un punto de inflexion que marca la transicion entre una superficie interior concava y una superficie interior convexa. En este ejemplo de realizacion, el segmento de entrada puede estar separado del primer extremo del tubo y unido de manera desmontable del mismo. El segmento de entrada tiene primer y segundo extremos colocados de manera opuesta. Un segundo acoplamiento puede colocarse entre el primer extremo del tubo y el primer extremo del segmento de entrada, el segundo acoplamiento une de manera desmontable el segmento de entrada al tubo. A manera de ejemplo, el segundo acoplamiento tiene una pluralidad de segmentos arqueados unidos extremo a extremo rodeando el tubo. Cada uno de los segmentos tiene primeras y segundas claves que se proyectan radialmente hacia adentro, colocadas en una relacion separada. El primer extremo del tubo tiene una superficie orientada hacia afuera con una ranura circunferencial en la misma. El primer extremo del segmento de entrada tiene una superficie orientada hacia afuera con una ranura circunferencial en la misma. La primera tecla acopla la ranura circunferencial en el tubo, la segunda tecla acopla la ranura circunferencial en el segmento de entrada.

En otro ejemplo de realizacion, la junta de expansion comprende una primera saliente que se proyecta hacia afuera desde la superficie exterior del tubo y una segunda saliente que se proyecta hacia afuera desde una superficie exterior del anillo. Una varilla se une a una de las salientes y se extiende a traves de una abertura en otra de las salientes. La varilla grna y es un indicador del movimiento relativo entre el tubo y el anillo. En una realizacion particular, la varilla esta unida a la primera saliente. La varilla puede comprender una proyeccion que se extiende radialmente hacia afuera de la misma. La proyeccion se puede acoplar con la segunda saliente para limitar el movimiento relativo entre el tubo y el anillo. Un accionador puede colocarse entre la primera y segunda salientes. El mecanismo accionador aplica una fuerza a las salientes para mover el anillo y el tubo uno con relacion al otro. Par ejemplo, el accionador puede comprender un accionador hidraulico.

En otro ejemplo de realizacion de una junta de expansion para conectar elementos de tubena, la junta de expansion comprende un tubo que tiene una superficie exterior y un primer y segundo extremos colocados de manera opuesta. Un manguito se coloca rodeando al menos una porcion del tubo. El manguito tiene una superficie interior orientada hacia la superficie exterior del tubo. El manguito y el tubo se mueven de manera deslizable longitudinalmente, uno con relacion al otro. Se coloca una junta entre la superficie exterior del tubo y la superficie interior del manguito. Una primera superficie se proyecta transversalmente desde la superficie exterior del tubo, la primera superficie se coloca entre el primer extremo del tubo y el sello. Una segunda superficie se proyecta transversalmente desde la superficie interior del manguito hacia el tubo y es acoplable con la primera superficie para mover el movimiento de deslizamiento relativo entre el tubo y el manguito, cuando la primera y segunda superficies entran en contacto una con otra. En un ejemplo de realizacion particular, el manguito tiene una longitud menor que la longitud del tubo.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Ademas, el segundo extremo del tubo puede proyectarse axialmente desde el manguito.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 es una vista isometrica en seccion parcial de una junta de expansion ejemplar;

La figura 2 es una vista isometrica en despiece ordenado de un ejemplo de acoplamiento mecanico;

La figura 3 es una vista en seccion de una porcion de la junta de expansion de la figura 1;

La figura 4 es una vista en seccion de una seccion de un ejemplo de realizacion de una junta de expansion;

La figura 5 es una vista isometrica de un ejemplo de realizacion del conjunto de la junta de expansion;

La figura 6 es una vista en seccion parcial de un ejemplo de una junta de expansion en una tubena;

La figura 7 es una vista en seccion parcial de un ejemplo de realizacion de la junta de expansion;

La figura 8 es una vista isometrica en seccion parcial de un ejemplo de realizacion de la junta de expansion;

Las figuras 9, 9A, 98 y 9C son vistas en seccion parciales de ejemplo de los segmentos de entrada utiles con una junta de expansion;

La figura 10 es una vista isometrica en seccion parcial de un ejemplo de realizacion de la junta de expansion;

La figura 11 es una vista en seccion de una seccion de la junta de expansion de la figura 10;

La figura 12 es una vista isometrica en seccion parcial de la junta de expansion de la figura 10, en posicion acoplada;

La figura 13 es una vista en seccion parcial de un ejemplo de una junta de expansion en una tubena; y La figura 14 es una vista isometrica de un ejemplo de realizacion de la junta de expansion.

Descripcion detallada

La figura 1 muestra un ejemplo de una junta de expansion 10 de acuerdo con la invencion. La junta de expansion 10 comprende un tubo 12 que tiene una superficie exterior 14 y primer y segundo extremos 16 y 18 colocados de manera opuesta. Puede ser ventajoso colocar un revestimiento resistente a la abrasion 15 dentro del tubo 12. El revestimiento 15 puede comprender, por ejemplo, acero endurecido, o tener una capa de carburo de cromo o comprender una ceramica, que sea resistente a la abrasion. Puesto que el revestimiento 15 proporciona una superficie de sacrificio (que previene el desgaste del tubo 12), es ventajoso ademas, que el revestimiento 15 sea facilmente extrafble del tubo, para permitir la sustitucion inmediata de los revestimientos utilizados. Para facilitar el retiro, el revestimiento 15 puede tener una brida 17 que esta atornillada al extremo 16 del tubo 12.

Un manguito 20 rodea al menos una porcion del tubo 12, que incluye el segundo extremo 18. El manguito 20 tiene un primer y segundo extremos 22 y 24, respectivos, colocados de manera opuesta. Un anillo 26 esta unido al manguito 20. El anillo 26 esta separado del manguito 20 y esta unido de manera desmontable al primer extremo 22 del manguito, en este ejemplo, la union del anillo y el manguito se efectua usando un acoplamiento mecanico segmentado 28. La figura 2 muestra una vista en despiece ordenado del acoplamiento 28, que incluye segmentos arqueados 30 que tienen pares de teclas 32 en una relacion separada. Una junta de cierre estanco 34 se coloca entre las teclas 32 cuando los segmentos 30 se atornillan extremo con extremo, rodeando y uniendo el anillo 26 al manguito 20. Como se muestra en la figura 1, las teclas 32 acoplan una ranura circunferencial 36 en la superficie exterior del anillo 26 y una ranura 38 en la superficie exterior del primer extremo 22 del manguito 20. El acoplamiento entre las teclas 32 y las ranuras 36 y 38, proporciona un acoplamiento mecanico positivo entre el anillo 26 y el manguito 20, y la junta estanca 34 asegura un sello hermetico al fluido en la junta. Tambien son factibles otros tipos de acoplamientos mecanicos, por ejemplo, bridas atornilladas e interconectadas, colocadas en el anillo 26 y el manguito 20.

El anillo 26 rodea el tubo 12 y se coloca entre el primer y segundo extremos 16 y 18 del tubo. El anillo 26 tiene una

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

superficie interior 40 orientada hacia la superficie exterior a 14 del tubo 12. Una junta 42 esta montada en la superficie interior 40 del anillo 26. La junta 42 se acopla de manera hermetica a la superficie exterior 14 del tubo 12. El anillo 26 y el manguito 20 son moviles axialmente de manera deslizable, con relacion al tubo 12, la direccion axial se muestra con una la flecha con cabeza doble 44. La superficie exterior 14 del tubo 12 es lisa y facilita la formacion de un cierre estanco al fluido entre la junta 42 y el tubo 12. La superficie lisa tambien permite que el tubo 12 y el anillo 26 (junto con el manguito 20) se deslicen axialmente uno con relacion al otro mientras que se mantiene el cierre estanco.

En este ejemplo, como se muestra en la figura 3, la junta 42 comprende una pluralidad de ranuras circunferenciales 46 colocadas en la superficie interior 40 del anillo 26. Una o mas de las ranuras 46 reciben un elemento de cierre estanco 48, tal como una junta torica. Otros tipos de elementos de cierre estanco, tales como los quad rings (que son juntas de seccion basicamente cuadrada, cuyas aristas estan redondeadas formando cuatro lobulos) y juntas de obturacion tambien son factibles, ademas de los elementos de cierre, los anillos antiextrusion 50 tambien pueden colocarse dentro de las ranuras 46 adyacentes a cada elemento de cierre estanco 48. Los anillos antiextrusion 50 se instalan dentro de las ranuras 46 en el lado de baja presion de los elementos de cierre 48 y ayudan a evitar la extrusion de los elementos de cierre en el espacio entre el anillo 26 y el tubo 12. Los elementos de cierre y los anillos antiextrusion pueden estar hecho de materiales adaptables tales como EPDM, nitrilo y otros compuestos de caucho natural y sintetico, asf como otros polfmeros tales como PTFE, nylon, poliuretano y PEEK. Es ventajoso formar los anillos antiextrusion de elastomeros, de manera que puedan adaptarse a cambios significativos en el diametro del tubo 12, debido a los efectos termicos.

Es ademas ventajoso colocar otros elementos funcionales en las ranuras 46. Por ejemplo, uno o mas elementos de leva 52, que comprenden, por ejemplo, juntas quad formadas de plastico de tipo PTFE, pueden colocarse en una o mas de las ranuras 46. Los elementos de leva sirven para limpiar la superficie exterior 14 del tubo 12 de materia extrana, que puede danar de otra manera los elementos de cierre 48. Lo anterior es especialmente util cuando la junta de expansion transporta suspensiones acuosas espesas abrasivas, que pueden encontrar su salida por el agujero entre el tubo 12 y el manguito 20 al cual esta unido el anillo 26, y por lo tanto, contaminar la superficie exterior del tubo 14. Ademas, los elementos de cojinete 54, por ejemplo, anillos formados de plastico tal como PTFE o compuestos reforzados con fibra formados de grafito, tambien pueden colocarse dentro de las ranuras 46 para soportar y guiar el anillo 26 y el tubo 12 durante el movimiento relativo entre los dos componentes.

En el ejemplo de realizacion que se muestra en la figura 3, se coloca un reborde 58 adyacente al cierre estanco 42 y se proyecta hacia adentro desde la superficie interior 40 del anillo 26 hacia la superficie exterior 14 del tubo 12. Es practico hacer el reborde 58 integral con la superficie interior 40 del anillo 26 y hacer que sea parte de una superficie elevada con ranuras 60, que recibe los elementos de sellado 48, las levas 52, los cojinetes 54 y otros componentes de la interfaz entre el anillo 26 y el tubo 12. El reborde 58 permite que otro cierre 62 sea parte del anillo 26. El cierre 62 puede utilizarse solo como el cierre primario entre el anillo 26 y el tubo 12, o puede considerarse un cierre de refuerzo para el cierre estanco 42. El cierre 62 esta formado por un material para el cierre hermetico 64 colocado rodeando al tubo 12, el material para el cierre hermetico esta colocado adyacente al reborde 58 y entre una seccion de la superficie interior 40 del anillo 26 y la superficie exterior 14 del tubo 12. El material para el cierre hermetico 64 puede formarse, por ejemplo, de grafito trenzado, con o sin un relleno de PTFE. El cierre hermetico 64 se comprime inicialmente para efectuar un sello estanco al fluido. Para asegurar un sello estanco al fluido con el desgaste del cierre hermetico y la variacion de la presion, el cierre hermetico puede comprimirse adicionalmente. Se proporciona un anillo de compresion 66 para esta funcion. El anillo de compresion 66 esta unido al anillo 26 adyacente al material para el cierre hermetico 64 y rodea el tubo 12. La anilla 66 tiene una seccion transversal en angulo, con una extremidad 68 del angulo estando colocado entre la superficie exterior 14 del tubo 12 y la superficie interior 40 del anillo 26, para entrar en contacto con el material para el cierre hermetico 64. La otra extremidad 70 de la anilla de compresion 66 se extiende radialmente hacia afuera desde la extremidad 68. La anilla 66 se mueve axialmente hacia y lejos del material para el cierre hermetico 64, para ajustarse al abultamiento causado por la compresion del cierre hermetico y efectuar asf el cierre estanco. El movimiento de la anilla de compresion 66 es efectuado por una pluralidad de elementos de sujeciones ajustables, tales como vastagos y tuercas roscadas 72, que pasan a traves de la extremidad 70 y se acoplan de manera roscada con el extremo del anillo 26. Los vastagos y tuercas 72 estan distribuidos circunferencialmente alrededor de la anilla 66, de manera preferida, a intervalos iguales, separados estrechamente. Esto permite que se aplique una compresion uniforme al cierre hermetico, apretando las tuercas 72. Ha de tenerse en cuenta, que pueden montarse elementos de leva 52 y/o elementos de soporte 54 adicionales, en la extremidad 68 de la anilla 66, para soportar el anillo 26 en su interfaz movil con la superficie 14 del tubo 12. La ventaja de tener un sellado de refuerzo comprimible, tal como una junta 62 se pone de manifiesto, por ejemplo, cuando la junta estanca 42 empieza a tener fugas. A diferencia de la junta estanca 62, el cierre estanco 42 no es ajustable y debe repararse. Sin embargo, si la junta estanca 62 empieza a tener fugas, puede comprimirse mas tal y como se describio anteriormente, deteniendo cualquier fuga y ganando tiempo para el reemplazo del cierre estanco 42.

Tal y como se muestra en la figura 4, es ventajoso desviar la anilla 66 en acoplamiento con el material para el cierre hermetico 64, utilizando elementos de muelle 7 4. Los elementos de muelle se colocan en los elementos de sujeciones ajustables, en este ejemplo, que comprenden ejes roscados 76 que conectan la anilla 66 al anillo 26. Los

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

elementos de muelle 74 se colocan entre las tuercas de compresion 78 y la extremidad del anillo 70. En esta configuracion, el ajustar las tuercas 78 comprime los elementos de muelle 7 4 contra la anilla 66, comprimiendo por lo tanto, la anilla contra el material para el cierre hermetico 64 y tambien manteniendo la compresion a una fuerza de compresion sustancialmente constante conforme el material para el cierre hermetico 64 se deteriora y la anilla 66 se mueve hacia el anillo 26. El uso de elementos de muelle de desviacion 74 disminuye la necesidad potencial de ajustar periodicamente las tuercas 78. La figura 5 muestra una vista isometrica de la anilla desviada por el muelle 66 acoplado con el anillo 26.

La figura 6 muestra un ejemplo de la junta de expansion 10 montada en una lmea de tubena. Un primer elemento de tubena 80 de una seccion de la lmea de tubena se conecta al primer extremo 16 del tubo 12, y un segundo elemento de tubena 82 se conecta al segundo extremo 24 del manguito 20. El segundo extremo 18 del tubo 12 es recibido coaxialmente dentro del anillo 26 y dentro del manguito 20. El tubo 12 esta en acoplamiento de cierre hermetico deslizante con las juntas 42 y 62 del anillo 26 y en acoplamiento telescopico con el manguito 20. En este ejemplo, la union del anillo 26 al manguito 20 se efectua mediante un acoplamiento mecanico de la tubena 28 (mostrado en detalle en la figura 2 y descrito anteriormente). La union de los elementos de tubena 80 y 82 se efectua de manera similar, pero tambien podna lograrse mediante juntas de brida atornillada. Como se muestra en la figura 6, el primer extremo 16 del tubo 12 tiene una superficie orientada hacia afuera 84 con una ranura circunferencial 86 en la misma. De manera similar, el segundo extremo 24 del manguito 20 tiene una superficie orientada hacia afuera 88 con una ranura circunferencial 90 en la misma. Otro acoplamiento 28, que tiene segmentos 30 con teclas 32, acopla la ranura 86 en el primer extremo 16 del tubo 12 y una ranura 92 en el extremo del primer elemento de tubena 80. El segundo elemento de tubena 82 esta unido de manera similar al segundo extremo 24 del manguito 20. De esta manera, los acoplamientos 28 aseguran de manera mecanica el manguito 20 al anillo 26, el primer elemento de tubena 80 al tubo 12 y el segundo elemento de tubena 82 al manguito 20, con la interconexion de las teclas y las ranuras que proporciona un acoplamiento mecanico positivo. Como se muestra ademas en la figura 6, las juntas o cierres estancos de anillo 34 se extienden circunferencialmente alrededor de cada interfaz entre el anillo 26 y el manguito 20, el tubo 12 y el elemento de tubena 80, y el manguito 20 y el elemento de tubena 82. Los cierres hermeticos de anillo 34 se comprimen por los segmentos 30 contra las superficies de sellado orientadas hacia afuera en el anillo 26, el manguito 20 y los elementos de tubena 80 y 82, para proporcionar una conexion hermetica al fluido en cada acoplamiento 28. El uso de acoplamientos mecanicos para unir el tubo 12 al elemento de tubena 80, el anillo 26 al manguito 20, y el manguito 20 al elemento de tubena 82, proporciona la ventaja adicional de permitir que la junta de expansion 10 gire alrededor de su eje longitudinal sin desmontar la junta. Tan solo es necesario aflojar los elementos de sujecion que sostienen los segmentos 30 en una relacion extremo a extremo, aliviando por lo tanto la fuerza de sujecion de los acoplamientos 28. La junta de expansion 10 puede girarse entonces con relacion a los elementos de tubena 80 y 82, y los elementos de sujeciones se vuelven a apretar para asegurar la junta de expansion a los elementos de tubena. La capacidad para girar la junta de expansion es util para extender la vida de la junta en la cara del desgaste abrasivo, encontrado cuando las suspensiones acuosas espesas abrasivas se bombean a traves de la junta. El desgaste abrasivo no esta distribuido de manera uniforme en las superficies interiores de la junta de expansion, pero tiende a concentrarse en las superficies mas inferiores. Lo anterior se debe a que la materia abrasiva tiende a sedimentarse dentro de la corriente de flujo y se concentra cerca de las superficies mas inferiores de la junta de expansion. Si la junta de expansion 10 gira periodicamente alrededor de su eje longitudinal, distribuye el desgaste de manera mas uniforme en la superficie interior de la junta de expansion, lo cual resulta en una distribucion no uniforme de las partfculas abrasivas dentro del flujo. La rotacion de la junta tambien es efectiva para extender la vida de la junta cuando un revestimiento (como se muestra en la figura 1) esta presente dentro del tubo 12.

El movimiento axial relativo entre el tubo 12, y el anillo 26 y el manguito 20 es causado por la expansion y contraccion inducida termicamente de los elementos de tubena que comprenden la lmea de tubena. Para la mayona de los materiales, el calentamiento de la lmea de tubena causara que se alargue, en proporcion a su longitud y el incremento en la temperatura. Esto causara que el anillo 26 junto con el manguito 20 unidos, se muevan hacia el primer extremo 16 del tubo 12, y el segundo extremo 18 del tubo 12 se movera mas profundamente en el manguito 20. A la manera inversa, una disminucion en la temperatura causara que el anillo 26 y el manguito 20 unido se muevan lejos del primer extremo 16 del tubo 12, y el segundo extremo 18 del tubo 12 se movera a un acoplamiento menos profundo con el manguito 20.

De manera alterna, la conexion entre los elementos de tubena 80 y 82 y la junta de expansion 1, podna efectuarse interconectando las bridas que se extienden radialmente hacia afuera en los extremos de los elementos de tubena y la junta de expansion, las bridas estan empernadas juntas utilizando elemento de sujeciones roscados. La soldadura tambien es una opcion para la conexion, pero los metodos de acoplamiento mecanico (es decir, acoplamientos segmentados y acoplamientos bridados), tienen la ventaja de una facil instalacion y retiro, lo que puede ser util cuando se construye la lmea de tubena, y posteriormente para reemplazar las juntas de expansion conforme se desgastan.

Hay una direccion de flujo preferida a traves de la junta de expansion 10, que es del extremo del tubo 16 al extremo del tubo 18. Esta direccion de flujo preferida evita las interrupciones del flujo, que se producinan para el flujo que pasa en la direccion opuesta en el extremo 18 del tubo 12, lo que provoca un cambio abrupto en el area de seccion

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

transversal al flujo y puede causar turbulencia y su velocidad de desgaste incrementada asociada. El uso de una direccion de flujo preferida, reduce el desgaste abrasivo del tubo 12 cuando las suspensiones acuosas espesas que tienen un alto contenido de partmulas, tales como el petroleo que porta arenas de alquitran o residuos de minena, son transportadas a traves de la red de tubena.

La operacion de la junta de expansion 10 puede visualizarse facilmente utilizando la figura 6. Por ejemplo, un incremento en la temperatura ambiente causa que los elementos de tubena tales como 80 y 82 a lo largo de la lmea de tubena, incrementen su longitud. Como resultado, la junta de expansion 10 experimenta una fuerza de compresion, conforme la longitud de los tubos conectados respectivamente al tubo 12 y al manguito 20 se hace mas larga. La fuerza de compresion se aplica a la junta de expansion 10 en el extremo 16 del tubo 12 y en el extremo 24 del manguito 20. Esto causa que el tubo 12 y el anillo 26 y el manguito 20 se muevan en direcciones opuestas, axialmente unos hacia otros, puesto que una restriccion significativa de este movimiento es la friccion entre los sellos 42 y 62 (fijos al anillo 26) y la superficie exterior 14 del tubo 12, que no puede resistir la fuerza axial aplicada. De manera similar, con una disminucion en la temperatura ambiente, la lmea de tubena se enfna y los elementos de tubena se contraen, provocando una fuerza de tension en la junta de expansion 10. La lmea de tubena que se encoge axialmente jala el tubo 12 y el manguito 20 en direcciones opuestas, y nuevamente, una restriccion significativa contra el movimiento axial es la friccion en la interfaz entre los sellos 42 y 62 y la superficie exterior 14 del tubo 12, lo que da lugar a permitir el movimiento relativo. En aplicaciones practicas, para una lmea de tubena de acero, el coeficiente de expansion lineal del acero resulta en un cambio en la longitud de % de pulgada por cada 100 pies de lmea de tubena por cada cambio de 100°F en la temperatura. Dependiendo del rango de oscilacion de la temperatura ambiente y las longitudes de lmea de tubena entre juntas de expansion, la junta de expansion 10 puede tener que acomodarse hasta para 40 pulgadas de recorrido

Si bien es posible disenar juntas de expansion 10 para un amplio intervalo de desplazamiento axial, algunas veces es economico fabricar juntas de expansion con el mismo intervalo de desplazamiento axial y colocarlas en serie, en una junta de expansion compuesta, cuando los calculos predicen que se requerira mas desplazamiento para una instalacion particular que el que puede acomodarse por una sola junta de expansion. Puede apreciarse que el arreglo de dos juntas de expansion colocadas en serie, duplica la longitud del desplazamiento axial potencial, en comparacion con utilizar una sola junta de expansion del mismo tipo. El numero de juntas de expansion utiles extremo a extremo, para adaptar la capacidad de expansion a una aplicacion particular no esta limitado a dos, y que preve que las limitaciones practicas permitiran una mayor versatilidad en el diseno.

Es ventajoso emplear un indicador de tope externamente visible en la junta de expansion 10 para indicar el grado de acoplamiento entre el tubo 12 y el manguito 20. En un ejemplo mostrado en la figura 7, un indicador/tope 96 comprende una primera saliente 98 que se proyecta hacia afuera desde la superficie exterior 14 del tubo 12, y una segunda saliente 100 que se proyecta hacia afuera desde la superficie orientada hacia afuera del anillo 26. Una varilla 102 puede unirse a cualquiera de las salientes 98 y 100 y pasa a traves de un orificio en la otra saliente. La varilla puede estar calibrada, con una escala de longitud, por ejemplo, y servir para medir el movimiento relativo y la posicion entre el tubo 12 y el anillo 26 y el manguito 20. El indicador/tope 96 puede utilizarse para colocar inicialmente el tubo 12 con relacion al manguito 20, cuando la junta de expansion 10 se instala en una lmea de tubena, de manera que hay suficiente longitud de desplazamiento tanto en la expansion como la contraccion, para adaptarse a las excursiones de la longitud esperadas de la lmea de tubena. Para cumplir con la funcion de tope del indicador/tope 96, la varilla 1 02 puede tener una proyeccion que se extiende radialmente hacia afuera para acoplar la saliente a traves de la cual pasa, y limitar el movimiento relativo entre el manguito 20, el anillo 26 y el tubo 12. En el ejemplo mostrado, la proyeccion comprende una tuerca 104 roscada en el extremo de la varilla 102, sin embargo, tambien esta contemplado que puedan utilizarse otras formas de proyeccion, y que se coloquen de manera ajustable en cualquier punto a lo largo de la varilla, para fijar un punto de tope para el movimiento entre el tubo 12 y el anillo 26. Por supuesto, pueden utilizarse multiples indicadores/topes 96, como topes para distribuir la carga de la expansion o contraccion, y pueden utilizarse multiples proyecciones, por ejemplo, una en cualquier lado de las salientes para permitir que se efectue tanto la expansion como la contraccion de la junta. El uso del indicador/tope 96 es ventajoso cuando se utilizan multiples juntas de expansion 10 en serie, para hacer que todas las juntas de expansion operen para adaptarse al movimiento de la lmea de tubena. Es concebible que una junta de expansion pueda tener fuerzas de friccion menores entre su tubo y anillo que las otras juntas de expansion en la serie, si no fuera por el indicador/tope 96, esta junta de expansion podna, por lo tanto, tomar todo el movimiento, que para la contraccion de la lmea de tubena, podna resultar en un desacoplamiento entre el tubo 12 y el manguito 20.

Se espera que las fuerzas de friccion entre los cierres estancos 42 y 62 y la superficie exterior 14 del tubo 12, que resisten el movimiento axial entre el tubo 12 y el anillo y el manguito 26 y 20, seran mayores, debido a la alta precarga radial entre los cierres y la superficie 14, necesaria para asegurar la hermeticidad al fluido contra la presion interior dentro de la junta de expansion Por lo tanto, es ventajoso utilizar accionadores energizados, por ejemplo, accionadores hidraulicos 105, colocados temporalmente entre las salientes 98 y 100, para aplicar fuerzas dirigidas axialmente al tubo y el anillo, para montar y desmontar la junta de expansion 10 y establecer el grado deseado de acoplamiento entre el tubo 12 y el manguito 20.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Tal y como se senalo con anterioridad, es ventajoso girar periodicamente la junta de expansion alrededor de su eje longitudinal, para distribuir de manera mas uniforme el desgaste abrasivo causado por la distribucion no uniforme de partmulas abrasivas en una suspension acuosa espesa que pasa a traves de la junta. Las partmulas abrasivas tienden a sedimentarse y concentrarse cerca de las superficies mas inferiores de la junta de expansion, y causar por lo tanto, una velocidad de desgaste acelerada a lo largo de estas porciones inferiores de la junta, que a lo largo de las superficies superiores. Sin embargo, tambien se observa que la entrada a la junta de expansion sufre de una velocidad de desgaste abrasivo localizada mayor que las otras partes de la junta. Para incrementar ademas la vida de la junta de expansion, y para facilitar la reparacion de las partes gastadas, es ventajoso formar la porcion de entrada de la junta de expansion de un componente separado, retirable. Una modalidad ejemplar de tal junta de expansion 104 se muestra en la figura 8. La junta de expansion 104 comprende un segmento de entrada 106, acoplado al tubo 12 mediante un acoplamiento mecanico 28. El acoplamiento 28 comprende segmentos 30 atornillados juntos extremo a extremo, que rodean un extremo del segmento de entrada 106 y el tubo 12. En este ejemplo de junta de expansion, tanto el segmento de entrada 106 como el tubo 12 tienen ranuras circunferenciales 84 y 108 en sus extremos respectivos, que reciben teclas 32 en los segmentos de acoplamiento 30, como se muestra en la figura 8. El acoplamiento entre las teclas 32 y las ranuras 84 y 108 proporciona un acoplamiento mecanico positivo entre el acoplamiento 28 y las partes del componente que une. El cierre hermetico 34 capturado entre los segmentos de acoplamiento 30, el segmento de entrada 106 y el extremo del tubo 12, asegura una junta hermetica al fluido entre el segmento de entrada y el tubo. Otros tipos de acoplamientos mecanicos, por ejemplo, bridas empernadas interconectadas colocadas en el segmento de entrada 106 y el tubo 12, tambien son factibles para efectuar la conexion entre el segmento de entrada y el tubo, que permite el facil retiro del segmento de entrada del tubo.

Las figuras 9, 9A, 98 y 9C proporcionan vistas en seccion detalladas de los segmentos de entrada 106 ejemplares. Para reducir la turbulencia en la transicion del flujo entre un elemento de tubena (no mostrado) y el tubo 12 (vease tambien la figura 8), la superficie interior 110 del segmento de entrada 106, colocado entre el elemento de tubena y el tubo, puede ser conico. El estrechamiento puede ser un cono recto 111 como se describe en la figura 9. Alternativamente, como se muestra en la figura 9A, la superficie interior 110 puede tener una forma de "S" con un punto de inflexion 112 entre los extremos del segmento de entrada, que marca la transicion entre una seccion de superficie concava 114 y una seccion de superficie convexa 116. Ademas, la superficie interior 110 cerca de cada extremo del segmento de entrada 106, puede estar orientada angularmente con respecto a una lmea de referencia 118 paralela al eje longitudinal del segmento de entrada. Los angulos de orientacion 120 de aproximadamente 3° son ventajosos, y los angulos tan altos como 10° o tan bajos como de 2° son practicos.

Al fabricar la porcion de entrada de la junta de expansion 104 en un componente 106 separado, se simplifica el mantenimiento y reparacion de la junta de expansion. Por ejemplo, para prolongar la vida de la junta, el segmento de entrada 106 solo tiene que girarse alrededor de su eje longitudinal para uniformizar el desgaste abrasivo. El periodo de rotacion se basa en el tiempo de servicio y las condiciones de servicio, tales como la velocidad de flujo y la concentracion de la materia abrasiva. Esto es mas simple que hacer girar toda la junta de expansion 104. Ademas, cuando la rotacion del segmento de entrada 106 y no es suficiente para proporcionar un segmento de espesor aceptable, solo es necesario reemplazar el segmento de entrada 106, mas que toda la junta de expansion 104. El reemplazo se facilita ademas, mediante el usa de acoplamientos mecanicos 28 (vease las Figuras 2 y 8), que permiten el empernado y desempernado simple de los segmentos de acoplamiento, para permitir el reemplazo del segmento de entrada 106.

El mantenimiento y reparacion puede mejorarse economicamente de manera adicional, mediante el usa de un revestimiento resistente a la abrasion 115, colocado dentro del segmento de entrada 106, como se muestra en la figura 98. El revestimiento 115 puede comprender por ejemplo, acero endurecido, o tener una cubierta de carburo de cromo, o comprender una ceramica, que es resistente a la abrasion. Puesto que el revestimiento 115 proporciona una superficie de sacrificio (evitando el desgaste del segmento de entrada 106), es ventajoso ademas, que el revestimiento 115 sea facilmente retirable del segmento de entrada, para permitir la sustitucion facil de los revestimientos gastados. Para facilitar la sustitucion, el revestimiento 115 puede tener una brida 117, que esta empernada a un extremo del segmento de entrada. Como con la superficie interior del segmento de entrada 110, la superficie interior 19 del revestimiento 115 puede formarse para reducir la turbulencia. La superficie interior del revestimiento 119 puede tener un estrechamiento de cono recto 121 como se describe en la figura 9B, o como se muestra en la figura 9C, la superficie interior 119 del revestimiento 115 puede tener una forma de "S", con un punto de inflexion 112 entre los extremos del segmento de entrada, que marca la transicion entre una seccion de superficie concava 114 y una porcion de superficie convexa 116.

La figura 10 es una vista isometrica en seccion parcial de otro ejemplo de junta de expansion 122, para conectar unos con otros los elementos de tubena en una lmea de tubena, mientras que se adapta a la expansion y contraccion axial inducidas termicamente de la lmea de tubena. La junta de expansion 122 comprende un tubo 124. El tubo 124 tiene una superficie exterior 126, en la cual se manta un cierre hermetico 128. En este ejemplo, el cierre 128 comprende una pluralidad de ranuras circunferenciales 130 colocada en la superficie exterior 126 del tubo 124.

Tal y como se muestra en la figura 11, una o mas de las ranuras 130 recibe un elemento de cierre estanco 132, tal

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

como una junta torica. Otros tipos de elementos de cierre estanco, tales como los quad-rings y juntas de reborde disenados, tambien son factibles. Ademas, de los elementos de cierre estanco, los anillos antiextrusion 134 tambien pueden colocarse dentro de las ranuras 130, adyacentes a cada elemento de sellado 132. Los anillos antiextrusion 134 estan instalados dentro de las ranuras 130, en el lado de baja presion de los elementos de sellado 132, y ayudan a evitar la extrusion de los elementos de sellado en el espacio entre el tubo 124 y el manguito 136 al cual esta unido el tubo 124 (como se describe a continuacion). Los elementos de cierre estanco y los anillos antiextrusion pueden hacerse de materiales adaptables tales como EPDM, nitrilo y otros compuestos de caucho natural y sintetico, asf como otros polfmeros tales como PTFE, nylon, poliuretano y PEEK.

Tal y como se muestra en la figura 10, el manguito 136 mencionado anteriormente, rodea una porcion del tubo 124. El manguito 136 tiene una superficie exterior 138 y una superficie interior orientada hacia adentro 140. La superficie interior orientada hacia adentro 140 es lisa y esta dimensionada para acoplar el sella 128. En este ejemplo, los elementos de cierre estanco 132 son capturados en sus ranuras 130 respectivas y comprimidos entre la superficie exterior 126 del tubo 124 y la superficie interior 140 del manguito 136, para efectuar un sella hermetico al fluido entre el manguito y el tubo. La superficie interior lisa 140 del manguito 136 facilita el sellado hermetico al fluido y permite que el manguito 136 y el tubo 124 se deslicen axialmente, uno con relacion al otro. Es ventajoso ademas, colocar otros elementos funcionales en las ranuras 130. Por ejemplo, como se muestra en la figura 11, uno o mas elementos de leva 142, que comprenden, por ejemplo, quad-rings formados de plastico, tal como PTFE, pueden colocarse en una o mas de las ranuras 130. Los elementos de leva sirven para limpiar la superficie exterior 126 del tubo 124 de la materia extrana que pueda danar de otra manera, los elementos de cierre estanco 132. Lo anterior es especialmente util cuando la junta de expansion porta suspensiones acuosas espesas abrasivas, que pueden encontrar su camino hacia el espacio entre el tubo 124 y el manguito 136, y contaminar por lo tanto, la superficie exterior del tubo 126. Ademas, los elementos de cojinete 144, por ejemplo, anillos formados de plastico como el PTFE, o compuestos reforzados con fibra formados de grafito, tambien pueden colocarse dentro de las ranuras 130, para soportar y guiar el tubo 124 y el manguito 136 durante el movimiento relativo entre los dos componentes.

Con referencia nuevamente a la figura 10, una superficie 146 esta colocada en un extremo 148 del manguito 136. La superficie 146 se proyecta transversalmente desde la superficie interior 140 del manguito 136 hacia el tubo 124. Otra superficie 150 se proyecta transversalmente hacia afuera desde la superficie exterior 126 del tubo 124, la superficie 150 esta colocada entre el cierre 128 y el extremo 152 del tubo 124. La superficie 146 en el manguito 136 es acoplable con la superficie 150 en el tubo 124 y cuando entran en contacto, las superficies actuan como un tope para limitar el movimiento de deslizamiento axial relativo entre el tubo y el manguito. Es practico hacer la superficie 150 integral con la superficie exterior 126 del tubo 124 y hacer que sea parte de una superficie con ranuras elevadas 154 que comprende el cierre 128. Ademas, es practico que la superficie 146 en el 136 se forme de una pluralidad de segmentos curvos 156, que estan atornillados al manguito 136 utilizando elementos de sujecion 158 para formar una brida 157 unida al extremo 148 del manguito 136. Estas estructuras del manguito facilitan el montaje de la junta de expansion 122, como se muestra en la figura 12. El tubo 124 es preparado, colocando primero los elementos de sellado hermetico 132, los anillos antiextrusion 134, los elementos de leva 142 y los elementos de cojinete 144 en las ranuras 130 en la superficie exterior 126 del tubo 124. Los elementos de sellado hermetico, las levas y los soportes pueden estar lubricados, y el extremo 151 del tubo 124 se inserta coaxialmente en el manguito 136 desde su extremo 148. La insercion del tubo en el manguito se hace posible por un bisel 160 en el interior del manguito 136 en el extremo 148. El bisel 160 actua como una entrada para guiar el tubo 124 e inicia la compresion de los elementos de sellado 132, los elementos de rasqueta 142 y los elementos de soporte 144. La superficie interior 140 del manguito 136 tambien puede estar lubricada para facilitar el movimiento de deslizamiento entre el tubo y el manguito. Tengase en cuenta que la superficie 146 en el manguito 136 (vease la figura 10) todavfa no esta instalada para permitir que el manguito pase sobre la superficie con ranuras elevada 154, que define la superficie 150 en el tubo 124. Puesto que se requiere una fuerza considerable para insertar el tubo 124 en el manguito 136, de manera que los elementos de sellado hermetico acoplen la superficie interior lisa 140 del manguito, es ventajoso unir las salientes 162 a las superficies exteriores 126 y 138, respectivas, del tubo y el manguito, y pasar varillas roscadas 164 entre las salientes. Al ajustar las tuercas 166 en las varillas 164, es posible impulsar el tubo 124 hacia el manguito 136 de manera uniforme, de manera que no se tuerza y dane los elementos de sellado hermetico, que estan bajo compresion considerable entre el tubo y el manguito. Una vez que el extremo 148 del manguito 136 esta mas alla de la superficie 150 en el tubo 124, los segmentos 156 pueden empernarse al extremo 148 del manguito 136, para formar la brida 157, que proporciona la superficie 146 (vease la figura 1 0). Las varillas roscadas 164 pueden retirarse y el montaje de la junta de expansion 122 esta completo, como se muestra en la figura 10.

La figura 13 muestra un ejemplo de una junta de expansion 122 montada en una lmea de tubena. Un primer elemento de tubena 168 de una porcion de la lmea de tubena esta conectado al extremo 152 del tubo 124, y un segundo elemento de tubena 170 esta conectado a un extremo 153 del manguito 136. En este ejemplo, la conexion de la junta de expansion 122 con los elementos de tubena 168 y 170 es efectuada por los acoplamientos mecanicos de la tubena 28 (vease tambien la figura 2), que comprenden segmentos individuales 30, que estan atornillados juntos, rodeando los extremos de los elementos de tubena y las juntas de expansion. El extremo del tubo 152 y el extremo del manguito 153, asf como los extremos de los elementos de tubena 168 y 170, tienen ranuras circunferenciales 172 que reciben las teclas que se proyectan radialmente hacia adentro 32, que se extienden desde los segmentos 30. Las teclas 32 de los segmentos 30 respectivos acoplan las ranuras 172 en ambos elementos de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

tubena 168 y 170 y los componentes de la junta de expansion (tubo 124 y manguito 136) y los aseguran mecanicamente en una relacion extremo a extremo, con la interconexion de las teclas y las ranuras que proporcionan un acoplamiento mecanico positivo. Los cierres hermeticos 34 se extienden circunferencialmente alrededor de cada interfaz entre los elementos de tubena y la junta de expansion y son comprimidos por los segmentos contra las superficies de sellado en los elementos de tubena y la junta de expansion, para proporcionar una conexion hermetica al fluido. De manera alterna, la conexion entre los elementos de tubena 68 y 170 y la junta de expansion 122 podna efectuarse por bridas interconectadas que se extienden radialmente hacia afuera en los extremos de los elementos de tubena y las juntas de expansion, las bridas estan empernadas juntas. Tambien la soldadura es una opcion para la conexion, pero los metodos de acoplamiento mecanico (es decir, acoplamientos segmentados y embridados) tienen la ventaja de facilidad de instalacion y retiro, que puede ser util cuando se construye la lmea de tubena y posteriormente para reemplazar las juntas de expansion conforme se desgastan.

La ventaja de tener un manguito 136 mas corto que el tubo 124 se ilustra en la figura 13, puesto que permite que el extremo 151 del tubo 124 se extienda hacia el elemento de tubena 170 corriente abajo. Debe tenerse en cuenta que hay una direccion de flujo preferida a traves de la junta de expansion 122, que es del extremo del tubo 152 al extremo del tubo 151. El tubo 124 esta disenado con un orificio 174 que tiene una forma conica interna gradual del extremo 52 al extremo 151, para permitir que se inserte en el manguito 136 y el elemento de tubena 170, mientras que tambien evita las interrupciones del flujo, lo que puede causar turbulencia. Este diseno reduce el desgaste abrasivo del tubo 124 cuando las suspensiones acuosas espesas que tienen un alto contenido de partmulas, tales como petroleo que porta arenas de alquitran o residuos de minena se transportan a traves de la red de tubena. La insercion del extremo del tubo 151 hacia el elemento de tubena 170 corriente abajo, evita que la suspension acuosa espesa que fluye entre en contacto con la superficie interior lisa 140 del manguito 136, protegiendo por lo tanto esta superficie de la abrasion debida al flujo que pasa a traves de la junta de expansion.

El funcionamiento de la junta de expansion 122 se puede visualizar facilmente utilizando la figura 13. Por ejemplo, un incremento en la temperatura ambiente causa que los elementos de tubena a lo largo de la lmea de tubena incrementen su longitud. Como resultado, la junta de expansion 122 experimenta una fuerza de compresion, conforme crece la longitud de la tubena conectada en cada extremo de la junta. La fuerza de compresion es aplicada a la junta de expansion 122 en el extremo 152 del tubo 124 y el extremo 153 del manguito 136. Esto hace que el manguito y el tubo se muevan en direcciones opuestas, axialmente uno hacia el otro, puesto que una restriccion significativa en este movimiento es la friccion entre los elementos de sellado 132 (y otros componentes fijos en el tubo 124) y la superficie interior 140 del manguito 136, que no puede resistir la fuerza axial aplicada. De manera similar, con una disminucion en la temperatura ambiente, la lmea de tubena se enfna y contrae, provocando una fuerza de tension en la junta de expansion 122. La lmea de tubena que se encoge axialmente jala el tubo y el manguito en direcciones opuestas, y nuevamente, una restriccion significativa contra el movimiento axial es simplemente la friccion en la interfaz entre los elementos de sellado 132 (y otros componentes fijos en el tubo 124) y la superficie interna 140 del manguito 136, que es superada para permitir el movimiento relativo. En aplicaciones practicas, para una lmea de tubena de acero, el coeficiente de expansion lineal del acero resulta en un cambio en la longitud de % de pulgada por cada 100 pies de lmea de tubena por cada cambio de 100°F en la temperatura. Dependiendo del rango del cambio de la temperatura ambiente y las longitudes de la lmea de tubena entre las juntas de expansion, la junta de expansion 122 puede tener que adaptarse a hasta alrededor de 40 pulgadas de desplazamiento.

Aunque es posible disenar juntas de expansion 122 para una amplia gama de desplazamientos axiales, algunas veces es mas economico fabricar juntas de expansion con el mismo rango de desplazamiento axial y disponerlas en serie, cuando los calculos predicen que se requerira mas desplazamiento para una instalacion particular que el que puede acomodarse por una sola junta de expansion.

Tal y como se muestra en la figura 14, es ventajoso emplear un indicador/tope 194 externamente visible en la junta de expansion 122 para indicar el grado de acoplamiento entre el tubo 124 y el manguito 136. En este ejemplo, un indicador/tope 194 comprende una primera saliente 196 unida a la superficie exterior 126 del tubo 124, y una segunda saliente 198 unida a la superficie exterior 138 del manguito 136. Se puede unir una varilla 200 a cualquiera de las salientes, en este ejemplo, la saliente 196 en el tubo 124, y pasa a traves de un orificio 202 en la otra saliente 198 en el manguito 136. La varilla 200 puede estar calibrada, con una escala de longitud, por ejemplo, y servir para medir el movimiento relativo y la posicion entre el tubo 124 y el manguito 136. El indicador/tope 194 puede utilizarse para colocar inicialmente el manguito con relacion al tubo, cuando la junta de expansion 122 se instala en una lmea de tubena, de manera que hay suficiente longitud de desplazamiento tanto en la expansion como la contraccion, para adaptarse a las excursiones de la longitud esperadas de la lmea de tubena. Para cumplir con la funcion de tope del indicador/tope 194, la varilla 200 puede tener una proyeccion 204 que se extiende radialmente hacia afuera para acoplar la saliente 198 y limitar el movimiento relativo entre el manguito y el tubo. En este ejemplo, la proyeccion es una arandela atornillada al extremo de la varilla 200, sin embargo, tambien se pueden utilizar otras formas de proyeccion, y que se colocan de manera ajustable en cualquier punto a lo largo de la varilla 200, para fijar un punto de tope para el movimiento entre el manguito y el tubo. Por supuesto, pueden utilizarse multiples indicadores/topes 194, como topes para distribuir la carga de la expansion o contraccion, y pueden utilizarse multiples proyecciones, por ejemplo, una en cualquier lado de la saliente 198 para permitir que se efectuen lfmites tanto en la expansion

como en la contraccion de la junta. El uso del indicador/tope 194 es ventajoso cuando se utilizan multiples juntas de expansion 122 en serie, para hacer que todas las juntas de expansion operen para adaptarse al movimiento de la lmea de tubena. Es concebible que una junta de expansion pueda tener fuerzas de friccion menores entre su tubo y manguito que las otras juntas de expansion en la serie. Si no fuera por el indicador/tope 194, esta junta de expansion 5 podna, por lo tanto, acaparar todo el movimiento, que para la contraccion de la lmea de tubena, podna provocar la

desconexion entre el tubo y el manguito.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

REIVINDICACIONES

1. Junta de expansion (10) para la conexion de elementos de tubena, dicha junta de expansion (10) que comprende:

un tubo (12) que tiene una superficie exterior (14) y un primer y segundo extremos (16, 18) colocados de manera opuesta;

un manguito (20) que tiene primeros y segundos extremos (22, 24) colocados de manera opuesta, el manguito (20) esta colocado de manera que rodea al menos una seccion del tubo (12), dicha seccion incluye el segundo extremo (18) del tubo ( 12);

un anillo (26), separado de del manguito (20) y acoplado de modo desmontable a en el primer extremo del mismo, el anillo (26) que rodea al tubo (12) tiene una superficie interior (40) orientada hacia la superficie exterior (14) del tubo (12);

un acoplamiento (28) situado entre dicho anillo (26) y dicho primer extremo de dicho manguito (20), dicho acoplamiento (28) fijar de manera amovible dicho anillo (26) a dicho manguito (20) en una articulacion entre los mismos;

una junta (42) que se acopla de manera estanca a la superficie exterior (14) del tubo (12), el anillo (26) y el manguito (20) son moviles de manera deslizante axialmente con relacion al tubo (12),

caracterizado porque

la junta (42) esta montado sobre la superficie interior del anillo (26), y

y la junta para sellado estanco (34) esta montada en la superficie interior del acoplamiento (28) para proporcionar un sellado ajustado para el fluido en la union entre el manguito (20) y el anillo (26).
2. Junta de expansion (10) segun la reivindicacion 1, en la que:

un primer extremo (16) del tubena (12) tiene una superficie orientada hacia afuera (84) con una ranura circunferencial (86) en su interior; o que dicho acoplamiento (28) tiene una pluralidad de segmentos arqueados (30) unidos de extremo a extremo rodeando el tubo (12),

cada uno de los segmentos (30) tiene primeras y segundas teclas (32) que se proyectan radialmente hacia adentro posicionadas en relacion de separacion, la junta de sellado estanco (34) es recibida entre las teclas (32), el anillo (26) tiene una superficie orientada hacia afuera con una ranura circunferencial en el mismo, y el manguito (20) tiene una superficie orientada hacia afuera posicionada en el primer extremo (22) o que dicho segundo extremo (24) del mismo con una ranura circunferencial en este, dicha primera tecla de acoplamiento de la ranura circunferencial (36) en el anillo (26), la segunda tecla acoplada a dicha ranura circunferencial (36) en el manguito (20), o

el manguito (20) tiene una superficie orientada hacia afuera colocada en el extremo (24) del mismo con una ranura circunferencial en este.
3. Junta de expansion (10) segun la reivindicacion 1, en la que la junta (42) comprende:

al menos un ranura circunferencial orientada hacia adentro colocada en la superficie interna (40) del anillo (26); un elemento para cierre estanco (48) colocado dentro de al menos una hendidura; preferiblemente

el elemento de cierre estanco (48) comprende una junta torica; o

que comprende un anillo anti-extrusion (50, 134) colocado dentro de al menos una ranura; mas preferiblemente el anillo anti-extrusion (50, 134) esta formado de un elastomero.
4. Junta de expansion (10) segun la reivindicacion 1, en el que la junta (42) comprende:

una pluralidad de ranuras circunferenciales orientadas hacia dentro posicionados en la superficie interior (40) del anillo (26) y una pluralidad de elementos de sellado hermetico, cada uno situado dentro de una de las ranuras respectivas; o

una pluralidad de ranuras circunferenciales orientadas hacia dentro colocadas en la superficie interior (40)

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

del anillo (26) y una pluralidad de elementos de sellado hermetico, cada uno colocado dentro de una de las ranuras respectivas, los elementos de sellado hermetico comprenden juntas toricas; o

una pluralidad de ranuras circunferenciales orientadas hacia dentro colocadas en la superficie interior (40) del anillo (26) y una pluralidad de elementos de sellado hermetico, cada uno situado dentro de una ranura respectiva, y una pluralidad de anillos antiextrusion (50, 134), cada uno colocado dentro de una de las respectivas ranuras; o

una pluralidad de ranuras circunferenciales orientadas hacia dentro colocadas en la superficie interior (40) de dicho anillo (26) y una pluralidad de elementos de sellado hermetico, cada uno colocado dentro de una de las respectiva ranuras, y una pluralidad de anillos antiextrusion (50, 134 ), cada uno situado dentro de una de las respectivas ranuras, y los anillos antiextrusion (50, 134) que estan formados de un elastomero.
5. Junta de expansion (10) segun la reivindicacion 1, que comprende ademas:

al menos una ranura circunferencial orientada hacia dentro colocada en la superficie interior (40) del anillo

(26);

al menos un elemento de cojinete o una leva situado dentro de al menos una ranura.
6. Junta de expansion (10) segun la reivindicacion 1, en la que la junta (42) comprende:

un reborde que se proyecta radialmente hacia dentro desde la superficie interior (40) del anillo (26);

material para cierre hermetico que rodea el tubo (12) y colocado adyacente al reborde entre la superficie interior (40) del anillo (26) y la superficie exterior (14) del tubo (12);

una anilla unida al anillo (26) y que rodea el tubo (12), la anilla se situa adyacente al material de cierre hermetico, que es capturado entre la anilla y el reborde;

preferiblemente

la anilla es axialmente movil con relacion al anillo (26) para comprimir el material para el cierre hermetico contra el reborde; mas preferiblemente

que comprende ademas una pluralidad de elementos de sujecion ajustables, cada uno de los elementos de sujecion se extiende entre la anilla y el anillo (26); y

en el que el ajuste de dichos elementos de sujecion desplaza la anilla hacia el anillo (26) para comprimir el material de sellado hermetico; mas preferiblemente

que comprende ademas una pluralidad de muelles, cada uno de los cuales esta montado en uno de los elementos de sujecion y que se acoplan a la anilla para empujarla hacia el anillo (26).
7. Junta de expansion de conformidad con la reivindicacion 1, que comprende ademas un segmento de entrada (106) colocado en el primer extremo (16) del tubo (12).
8. Junta de expansion segun la reivindicacion 7, en la que el segmento de entrada (106) tiene una superficie interior que tiene una forma seleccionada del grupo que consiste de un estrechamiento conico recto y una forma de S que tiene un punto de inflexion que marca la transicion entre una porcion de superficie interior concava y una porcion de superficie interior convexa.
9. Junta de expansion segun la reivindicacion 7, que comprende ademas un revestimiento (15) colocado dentro del segmento de entrada (106); preferiblemente, el revestimiento (15):

• comprende una pestana que se extiende hacia fuera desde un extremo del mismo, la pestana esta atornillada a un extremo del segmento de entrada (106) para fijar de manera extrafble el revestimiento (15) a la misma; o

• tiene una superficie interior que tiene una forma seleccionada del grupo que consiste de un estrechamiento conico recto y una forma de S que tiene un punto de inflexion que marca la transicion entre una porcion de superficie interior concava y una porcion de superficie interior convexa.
10. Junta de expansion (10) segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un segmento de entrada (106) colocado en el primer extremo (16) del tubo (12), en el que el segmento de entrada (106) esta separado del primer

5

10

15

20

25

30

extremo (16) del tubo (12) y de forma desmontable esta unido al mismo, dicho segmento de entrada (106) que tiene primeros y segundos extremos colocados de forma opuesta; que comprende preferiblemente un segundo acoplamiento (28) colocado entre el primer extremo (16) de dicho tubo (12) y uno de los extremos del segmento de entrada (106), dicho segundo acoplamiento (28) se fija de manera extrafole a al segmento de entrada (106) del tubo (12); mas preferiblemente el segundo acoplamiento (28) tiene una pluralidad de segmentos arqueados (30) unidos de extremo a extremo que rodean el tubo (12), los segmentos (30) tienen primeras y segundas teclas (32) que se proyectan radialmente hacia adentro posicionadas cada una en relacion de manera separada, el primer extremo (16) del tubo (12) tiene una superficie orientada hacia el exterior con una ranura circunferencial, el primer extremo del segmento de entrada (106) tiene una superficie orientada hacia afuera con una ranura circunferencial, la clave de acoplamiento de la ranura circunferencial (36) en el tubo (12), la segunda clave acoplando la ranura circunferencial (36) en dicho segmento de entrada (106).
11. Junta de expansion (10) segun la reivindicacion 1, que comprende ademas:

una primera saliente que sobresale hacia afuera desde la superficie exterior (14) del tubo (12);

una segunda saliente que sobresale hacia afuera desde una superficie exterior (14) del anillo (26); y

una varilla unida a una de las salientes y que se extiende traves de una abertura en otra de las salientes, la varilla que grna y es un indicador de movimiento relativo entre el tubo (12) y el anillo (26).
12. Junta de expansion segun la reivindicacion 11, en la que la varilla esta unida a la primera saliente.
13. junta de expansion segun la reivindicacion 11, en la que la varilla comprende una proyeccion que se extiende radialmente hacia fuera, dicha proyeccion es acoplable con la segunda saliente para limitar el movimiento relativo entre el tubo (12) y el anillo (26).
14. Junta de expansion de acuerdo con la reivindicacion 11, que comprende ademas un accionador colocado entre las primeras y segundas salientes, el accionador aplica fuerza a las salientes y mueve el anillo (26) y el tubo (12) relativamente entre sf
15. Junta de dilatacion segun la reivindicacion 14, en la que dicho el accionador comprende un accionador hidraulico.