ES2800349A1 - Vaina de protección para sensores de medición de, al menos, un parámetro de un fluido que circula en el interior de una tubería - Google Patents
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Abstract
Se proporciona una vaina de protección para sensores de medición prevista como una pieza (1) con simetría de revolución respecto un eje (X) con una porción de brida (10), una porción de vástago (11) un taladro longitudinal (112) que se extiende a lo largo de dichas primera y segunda porciones de vástago (110 - 111) según el citado eje de simetría. La pieza (1) está prevista como una pieza enteriza/monobloque, obtenida mediante deformación mecánica de masa con ausencia de procedimientos de soldadura a partir de una preforma (PF) que consta de: un primer tramo (PF1) correspondiente a la primera sección de vástago (110) determinante tras mecanizar la primera extremidad de vástago proximal; un segundo tramo (PF2) correspondiente y determinante, tras mecanizar, de la porción de brida de sujeción (10); y un tercer tramo (PF3) correspondiente a la segunda porción de vástago (111) determinante, tras mecanizar la segunda extremidad de vástago distal.
Description
DESCRIPCIÓN
Vaina de protección para sensores de medición de, al menos, un parámetro de un fluido que circula en el interior de una tubería
Ámbito y técnica anterior
La medición de parámetros, en especial de temperaturas en el interior de un fluido que circula confinado, por ejemplo, dentro de una tubería es utilizada en numerosas industrias tales como la industria petroquímica, industria alimentaria, etc.
Para protección de los sensores se conoce proporcionar fundas o vainas de protección en forma de tubo que se fijan a la correspondiente tubería o canalización a través de una porción de brida y cuya porción de tubo se sumerge en el flujo del fluido. Se conoce configurar al menos una porción lateral del tubo sumergido con, por ejemplo, nervaduras en forma de hélice para disminuir las vibraciones en la vaina/funda de protección inducidas por el flujo del tubo sensor al reducir el desprendimiento de vórtices coherentes en el flujo del proceso.
A través del documento WO 2020035402 se conoce un tubo protector a introducir en una cámara con un flujo que tiene un cuerpo hueco para un sensor y en cuyo extremo superior está previsto un contorno en forma de brida en forma general de disco para montaje sobre la cámara y tiene una porción de tubo interiormente hueca para alojamiento del sensor que tiene al menos una parte de su superficie lateral con nervaduras, por ejemplo en forma de hélice. El contorno exterior en forma de brida está soldado a la porción tubular hueca.
El documento US2013142216A1 describe un tubo sensor para proteger un sensor insertado en un fluido de proceso en movimiento. El tubo sensor incluye una sección de acoplamiento para montar en un recipiente con el fluido y una sección en forma de tubo que se extiende desde la sección de acoplamiento. La sección en forma de tubo incluye un tramo retorcido alrededor de su eje longitudinal estando configuradas ambas secciones para determinar un taladro para recibir un sensor en su interior. La sección de tubo tiene en sección transversal, al menos tres paredes de igual tamaño y en la que las paredes forman hélices a lo largo del eje longitudinal la sección de tubo.
El documento US2009211368 se refiere a un dispositivo que comprende un tubo sensor con un elemento para modificación del flujo cuyo elemento está configurado para reducir las vibraciones inducidas en el tubo sensor con una superficie lateral en forma de hélice dado que tal formación helicoidal produce una reducción del desprendimiento de vórtices coherentes en el flujo del proceso.
Por medio del documento WO2010116517A1 se conoce un tubo protector de montaje en brida de un termómetro. El tubo protector comprende una porción tubular en cuya pared lateral se configura una pluralidad de nervios o bandas contra vibración formadas en espiral y el tubo protector tiene una forma tal que se fija a la tubería mediante montaje con brida, por medio de tornillos o unión por soldadura.
Aún cuando estos dispositivos permiten la atenuación de tales vibraciones, estas siguen estando presentes y producen una solicitación especialmente en la zona de montaje de la porción de acoplamiento a la tubería y la sección de tubo de protección que produce una fatiga especialmente aumentada en dicha zona de montaje.
En estos dispositivos el montaje de las respectivas porciones acoplamiento al tubo es bien mecánico o mediante soldadura, existe pues una necesidad técnica de proporcionar una vaina o funda de protección del tipo anteriormente indicado que permita proporcionar una resistencia aumentada a la fatiga en la zona de montaje de la porción de acoplamiento y la sección de tubo y además para proporcionar una reducción adicional de las vibraciones.
Objeto de la invención
Partiendo del estado de la técnica precedentemente descrito, la invención se plantea como objetivo proporcionar una vaina de protección para sensores especialmente resistente a la fatiga producida por las vibraciones inducidas por el flujo de un fluido.
Estos objetivos se alcanzan por medio de una vaina de protección con las características de la reivindicación independiente 1. Otras características y ventajas adicionales resultarán utilizando las características de las reivindicaciones independientes.
Se proporciona una vaina/funda de protección prevista como una pieza con simetría de revolución respecto un eje longitudinal y que comprende:
- una porción de brida de sujeción generalmente en forma de disco con una primera cara y una segunda cara opuesta a dicha primera cara;
- una porción de vástago generalmente cilíndrica/troncocónica que consta de una primera sección de vástago, formando una primera extremidad de vástago proximal que se extiende desde la primera cara de la citada porción de brida de sujeción y una segunda sección de vástago formando una segunda extremidad de vástago distal que se extiende desde la segunda cara de dicha porción de brida de sujeción; y teniendo formada la citada porción de vástago un taladro longitudinal extendiéndose a lo largo de dichas primera y segunda porciones de vástago según el citado eje de simetría, donde al menos una parte de la segunda sección de vástago lleva configurada exteriormente una nervadura helicoidal y además una punta convexa, en la que de conformidad con la invención:
- para aumentar la resistencia a fatiga inducida por vibraciones la pieza está prevista como una pieza enteriza/monobloque, es decir una sola pieza obtenida mediante deformación mecánica de masa con ausencia de procedimientos de soldadura.
De acuerdo con una característica adicional de la invención, resulta una ventaja cuando la pieza enteriza/monobloque se configura mediante mecanizado de una preforma obtenida por un proceso de deformación mecánica de masa, sobre aceros austeníticos, aceros aleados, aceros al carbono y aleaciones especiales, base níquel, níquel-cromo-molibdeno, titanio y otros elementos/aleaciones metálicas similares de uso en procesos químicos industriales. Aquí resulta adicionalmente ventajoso que el proceso de deformación mecánica es un proceso de forjado.
De manera ventajosa dicha preforma está configurada esencialmente con simetría de revolución respecto a un eje longitudinal y consta de:
- un primer tramo correspondiente a la primera sección de vástago determinante tras el mecanizado de la primera extremidad de vástago proximal;
- un segundo tramo correspondiente y determinante tras el mecanizado de la porción de brida de sujeción; y
- un tercer tramo correspondiente a la segunda porción de vástago determinante tras el mecanizado de la segunda extremidad de vástago distal.
Para facilitar el acoplamiento del sensor en el interior de la vaina de protección de acuerdo con otra característica adicional de la invención el taladro longitudinal de la porción de vástago es accesible, al menos, a través de la primera porción de vástago que forma la primera extremidad de vástago proximal.
También conforme a una característica adicional de la invención resulta ventajoso cuando la vaina se proporciona una con segunda sección de vástago que consta de un primer tramo, llamado tramo de raíz para acoplamiento a la tubería y de un segundo tramo que se extiende desde dicho primer tramo.
Breve descripción de los dibujos
Otras características y ventajas de la invención resultarán más claramente de la descripción que sigue realizada con la ayuda de los dibujos anexos, referidos a un ejemplo de ejecución no limitativo y en los que:
La figura 1, muestra una vaina de protección con según la técnica anterior, acoplada a una tubería en el interior de la cual circula un fluido en el que debe medirse un parámetro mediante un sensor introducido dentro de la vaina.
La figura 2, ilustra de manera esquemática la zona de unión entre la porción de brida y la porción de vástago de una vaina con diversas técnicas de soldadura utilizadas para formar una pieza monobloque conforme a la técnica anterior.
La figura 3 muestra una vista de una preforma forjada para una vaina de protección de acuerdo con la invención.
La figura 4 muestra un esquema de las líneas de deformación dentro de la preforma según la figura 3.
Las figuras 5A y 5B muestran respectivas macrografías de una vaina conforme a la invención parcialmente seccionada mecanizada a partir de la preforma según la figura 3.
La figura 6 es una vista en sección longitudinal parcial de una vaina conforme a la invención.
Descripción detallada de una realización preferida
Como puede verse en la figura 1 relativa a la técnica anterior muestra una vaina montada sobre un soporte acoplado a una tubería (T) a través de la cual circula un fluido (F), la vaina consta de una porción de brida para fijación al soporte que tiene forma de disco y una porción de vástago de disposición cilíndrica/troncocónica que se extiende atravesando
perpendicularmente dicha brida y cuyo extremo libre se introduce dentro de la tubería con la finalidad de medir un parámetro del fluido en circulación por medio de un sensor, no mostrado, que está alojado en un hueco interior que se extiende longitudinalmente según el eje de simetría de la vaina.
Como se muestra en la figura 2, según la técnica anterior, la vaina se proporciona habitualmente como una pieza única con las porciones de brida y de vástago unidas mediante técnicas soldadura de sello a una o dos caras con o sin roscado o bien soldadura a penetración completa.
Con referencia a la figura 6, puede verse que una vaina de protección para sensores de medición está configurada como una pieza (1) con simetría de revolución respecto un eje (X) y que comprende una porción de brida de sujeción (10) y una porción de vástago (11) generalmente cilíndrica/troncocónica.
Como se muestra la brida de sujeción (10) está configurada en general como un disco con una primera cara (100) y una segunda cara (101) opuesta a dicha primera cara; mientras que porción de vástago (11) generalmente cilíndrica/troncocónica está formada por una primera sección de vástago (110), formando a una primera extremidad de vástago proximal extendiéndose desde la primera cara (100) de la citada porción de brida de sujeción (10) y una segunda sección de vástago (111), determinante una segunda extremidad de vástago distal que se extiende desde la segunda cara (101) de dicha porción de brida de sujeción (10). Puede verse que la citada porción de vástago (11) lleva practicado un taladro longitudinal (112) que se extiende a lo largo de dichas primera y segunda porciones de vástago (110-111) según el eje de simetría (x) que está destinado a alojar un sensor de medición no mostrado.
Puede verse que además dicha pieza de vaina (1) está prevista como una pieza enteriza/monobloque con ausencia de procedimientos de soldadura y/o roscado en la zona de transición-acoplamiento entre brida y vástago.
Como puede verse en la figura 3 según la invención, mediante un procedimiento de deformación de masa, especialmente un proceso de forja, se proporciona una preforma (PF) a partir del cual se mecaniza una pieza con las características según la figura 6. Conforme a la invención el proceso de deformación mecánica de masa, se lleva a cabo sobre aceros austeníticos, aceros aleados, aceros al carbono y aleaciones especiales, a
base níquel, níquel-cromo-molibdeno, titanio y otros elementos/aleaciones metálicas similares de uso en procesos químicos industriales.
Como se muestra en la figura 3 dicha preforma (PF) está configurada esencialmente con simetría de revolución respecto a su eje longitudinal y consta de un primer tramo (PF1) correspondiente a la primera sección de vástago (110) determinante, tras la mecanización, de la primera extremidad de vástago proximal; un segundo tramo (PF2) correspondiente y determinante, tras la mecanización, de la porción de brida de sujeción (10); y un tercer tramo (PF3) correspondiente a la segunda porción de vástago (111) determinante, tras la mecanización, de la segunda extremidad de vástago distal.
Como se aprecia por las macrografías de las figuras 5A y 5B las líneas de forjado de la preforma o tocho proporcionan una zona de configuración alrededor de la porción de brida y la porción de vástago que presenta una resistencia al estrés inducido por vibraciones aumentada respecto de la técnica anterior.
En la figura 6, puede verse que la vaina de protección (1) el taladro longitudinal (112) de la porción de vástago (11) es accesible, al menos, a través de la primera porción de vástago (110) que forma la primera extremidad de vástago proximal, de amanera que un sensor, por ejemplo un sensor de temperatura, puede montarse y desmontarse fácilmente.
Como se aprecia también en la figura 6, la segunda sección de vástago (111) presenta un primer tramo (1112), llamado tramo de raíz para acoplamiento a la tubería (T) y de un segundo tramo (1113) extendiéndose desde dicho primer tramo en el que al menos una parte su superficie lateral (1110) está provista de una nervadura (1111) que se extiende helicoidalmente a través de dicha superficie lateral, hasta la punta redondeada (1110) de la dicho segundo tramo. De esta manera, las vibraciones inducidas por el flujo se ven atenuadas.
Como se conoce la nervadura helicoidal y la punta redondeada maximizan la distribución y la asincronía de los vórtices de desprendimiento provocados por el fluido, sobre esta zona, de acuerdo a los estudios y modelizaciones realizadas mediante CFD (Computational Fluid Dynamics). Cuyos resultados se obtuvieron y comprobaron al aplicar la normativa y teoría existente con referencias en: ASME PTC 19.3-1974/2010/2016. "Elimination of vortex inducted vibration in simple probes and thermowells using helical strakes” Knight T.,
Wimpenny A., He A., 2016. "Power Test Code: Thermometer Wells”, Murdock J.W., 1959. "Roark’s Formulas for stress and strain” Richard G. Budynas, Warren Clarence Young 1938.
Los tamaños de conexión de la brida seguirán normalmente el estándar ASME B16.5, desde tamaños de 1” 150 # hasta 2” 1500 # pudiéndose en ciertos casos ser inferiores o superiores en función del tamaño de la conexión donde debe ser conectado el equipo.
Se apreciará por los expertos en la técnica que podrían realizarse cambios a la realización descrita anteriormente sin apartarse del amplio concepto inventivo de la misma. Se entiende, por lo tanto, que esta invención no está limitada a la realización particular descrita, sino que se pretende cubrir las modificaciones dentro del alcance de la presente invención como se define en la presente descripción y se limita por el contenido de las siguientes reivindicaciones.
Claims (6)
1. Vaina de protección para sensores de medición de, al menos, un parámetro de un fluido que circula en el interior de una tubería, que está prevista como una pieza (1) con simetría de revolución respecto un eje (X) y que comprende:
- una porción de brida de sujeción (10) generalmente en forma de disco con una primera cara (100) y una segunda cara (101) opuesta a dicha primera cara
- una porción de vástago (11) generalmente cilíndrica/troncocónica que consta de una primera sección de vástago (110), formando una primera extremidad de vástago proximal que se extiende desde la primera cara (100) de la citada porción de brida de sujeción (10) y una segunda sección de vástago (111) formando una segunda extremidad de vástago distal que se extiende desde la segunda cara (101) de dicha porción de brida de sujeción (10); y teniendo formada la citada porción de vástago (11) un taladro longitudinal (112) que se extiende a lo largo de dichas primera y segunda porciones de vástago (110-111) según el eje de simetría (x) de la pieza (1),
caracterizada porque:
- la pieza (1) está prevista como una pieza enteriza/monobloque, obtenida mediante deformación mecánica de masa con ausencia de procedimientos de soldadura.
2. Vaina de protección de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que la pieza enteriza/monobloque se configura mediante mecanizado de una preforma (PF) obtenida por un proceso de deformación mecánica de masa, sobre aceros austeníticos, aceros aleados, aceros al carbono y aleaciones especiales, base níquel, níquel-cromo-molibdeno, titanio y otros elementos/aleaciones metálicas similares de uso en procesos químicos industriales.
3. Vaina de protección de acuerdo con la reivindicación 2, en la que dicha preforma (PF) está configurada esencialmente con simetría de revolución respecto a un eje longitudinal (X) y consta de:
- un primer tramo (PF1) correspondiente a la primera sección de vástago (110) determinante tras la mecanización de la primera extremidad de vástago proximal;
- un segundo tramo (PF2) correspondiente y determinante, tras la mecanización, de la porción de brida de sujeción (10); y
- un tercer tramo (PF3) correspondiente a la segunda porción de vástago (111) determinante, tras la mecanización de la segunda extremidad de vástago distal.
4. Vaina de protección de acuerdo con las anteriores reivindicaciones, caracterizado por que el proceso de deformación mecánica es un proceso de forjado.
5. Vaina de protección de acuerdo con al menos una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por que el taladro longitudinal (112) de la porción de vástago (11) es accesible, al menos, a través de la primera porción de vástago (110) que forma la primera extremidad de vástago proximal.
6. Vaina de protección de acuerdo con al menos una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque segunda sección de vástago (111) consta de un primer tramo (1112), llamado tramo de raíz para acoplamiento a la tubería (T) y de un segundo tramo (1113) extendiéndose desde dicho primer tramo en el que al menos una parte su superficie lateral (1110) está provista de una nervadura (1111) que se extiende helicoidalmente a través de dicha superficie lateral, hasta la punta redondeada (1110) de dicho segundo tramo.
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| EP2786106A2 (en) * | 2011-12-01 | 2014-10-08 | Rosemount Inc. | Twisted sensor tube |
| EP3553482A1 (en) * | 2018-04-10 | 2019-10-16 | Endress+Hauser Wetzer GmbH+CO. KG | Thermowell with reduced sensitivity to vortex induced vibrations |
| WO2020035402A1 (de) * | 2018-08-14 | 2020-02-20 | Wika Alexander Wiegand Se & Co. Kg | Schutzrohr mit schwingungsreduzierung |
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2020
- 2020-11-03 ES ES202031097A patent/ES2800349A1/es active Pending
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| WO2020035402A1 (de) * | 2018-08-14 | 2020-02-20 | Wika Alexander Wiegand Se & Co. Kg | Schutzrohr mit schwingungsreduzierung |
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