ES2903382T3 - Una herramienta de detención de flujo para tuberías - Google Patents
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Abstract
Una herramienta de detención de flujo (1) para tuberías, que comprende: - un elemento inflable en forma de globo (6) que está adaptado para bloquear un flujo (F) en una tubería (7); - una torre de detención dispuesta para introducir el elemento en forma de globo en la tubería; una varilla de presión (5) que está dispuesta de manera móvil dentro de la torre de detención; - una manguera (8) para inflar el elemento en forma de globo con un gas o un fluido, en donde un primer extremo de la manguera está en conexión con la varilla de presión, caracterizada porque un segundo extremo de la manguera está en conexión con un amortiguador (13), en donde el amortiguador está en conexión con el elemento en forma de globo y se proporciona entre el segundo extremo de la manguera y el elemento en forma de globo.
Description
DESCRIPCIÓN
Una herramienta de detención de flujo para tuberías
Campo técnico
La presente invención se refiere a herramientas de detención de flujo para operaciones de mantenimiento en vivo y operaciones de nueva construcción en tuberías.
Antecedentes de la técnica
Las tuberías son esenciales para aplicaciones urbanas e industriales. Por ejemplo, las tuberías se utilizan para el transporte de líquidos o gases por debajo y por encima del suelo o el mar. Estos tipos de tuberías típicamente tienen presiones de funcionamiento superiores a 8 bar (120 psi). Otro tipo de tuberías son tuberías de distribución o de servicios públicos con presiones de funcionamiento típicas menores o iguales a 8 bar (120 psi) y se utilizan comúnmente para la distribución de gases y líquidos a usuarios finales, como viviendas y áreas industriales. En caso de que sea necesario aislar una sección de una tubería de transporte o distribución, por ejemplo, para facilitar los trabajos de mantenimiento, reparaciones o la inserción de T o ramales, es necesario detener el flujo en la tubería. Las herramientas de detención de flujo se utilizan típicamente para este tipo de operaciones, ya que permiten al operador insertar un dispositivo de detención, como un elemento en forma de globo inflable, en la tubería. De esta forma el operario no es propenso a un flujo continuo de gases o líquidos que escapan una vez cortada la sección aislada.
Las herramientas conocidas para detener el flujo comprenden una cúpula externa que se monta en una válvula que se conecta a una tubería por medio de una montura o casquillo soldado. La cúpula exterior facilita un paso en donde se puede insertar una lanza hueca de manera móvil. La lanza hueca también comprende un paso en sí mismo, a través del cual se puede insertar de manera móvil una varilla de presión con un elemento inflable en forma de globo. La lanza hueca comprende además una zapata de inserción en su extremo inferior que se puede introducir en la tubería a través de la válvula. En uso, el elemento en forma de globo se empuja hacia abajo hacia la zapata de inserción, mientras que el elemento en forma de globo se encuentra en un estado desinflado. Una vez que el elemento en forma de globo se ha introducido en la tubería, el elemento en forma de globo se infla hasta que alcanza una etapa de inflado final en donde el elemento en forma de globo ejerce suficiente presión sobre la pared interna de la tubería de modo que un flujo en la tubería se pueda detener.
Es una práctica común colocar más elementos en forma de globo inflados en lugares de la tubería adyacentes al primer elemento en forma de globo utilizando herramientas adicionales para detener el flujo. Un mínimo de un elemento en forma de globo en cada lado de la sección aislada bloquea de esta manera el flujo dentro de la tubería.
El elemento en forma de globo de las herramientas de detención de flujo conocidas comprende normalmente una manguera, que tiene múltiples funcionalidades. En consecuencia, la manguera se usa para inflar el elemento en forma de globo, para alinear el elemento en forma de globo en la posición correcta en la tubería y para asegurar el elemento en forma de globo en una posición mientras el elemento en forma de globo se lleva al estado inflado.
En una etapa intermedia en donde el elemento en forma de globo se está inflando, pero aún no ha alcanzado su etapa de inflado final, el elemento en forma de globo y la parte del extremo de la manguera pueden experimentar una gran fuerza cinética resultante del flujo de la tubería en caso de que este flujo tenga una alta velocidad de flujo. Como consecuencia, la manguera puede dañarse, lo que puede resultar en una fuga del medio que se usa para inflar el elemento en forma de globo. En el peor de los casos, el elemento en forma de globo puede desprenderse por completo de la manguera y perderse en la tubería.
La solicitud de patente alemana DE 2923880 se refiere a una herramienta para detener el flujo que comprende un globo que está conectado a una varilla de presión insertable a través de una manguera. La manguera comprende juntas que están rodeadas por un resorte helicoidal. La construcción de juntas y resortes facilita la inserción del globo en una tubería, pero no refuerza la conexión entre la varilla de presión y el globo.
La solicitud de patente europea EP 0543458 describe tapones de cierre que comprenden un elemento en forma de globo. El elemento en forma de globo está provisto de cables de refuerzo de manera que, durante el inflado, el globo se extiende en la dirección radial pero se acorta en la dirección axial del globo. El elemento en forma de globo está provisto además de un eje de guía interno que tiene partes móviles telescópicas y un resorte. El eje de guía se acorta al inflarlo en la dirección axial. De esta forma, el globo solo se extiende en dirección radial. Tal eje de guía interno no refuerza la conexión entre la varilla de presión y el globo.
Objetos de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un elemento en forma de globo para su uso con la herramienta de detención de flujo que elimina los problemas inherentes a la conexión de la manguera y el globo. Este y otros objetivos se han logrado de acuerdo con la presente invención.
Resumen de la invención
En un primer aspecto de la invención, se proporciona una herramienta de detención de flujo para tuberías, en donde la herramienta de detención de flujo comprende un elemento inflable en forma de globo que está adaptado para bloquear un flujo en la tubería, y en donde la herramienta de detención de flujo comprende además una manguera para inflar el elemento en forma de globo con un gas o un fluido. Una parte que conecta la manguera con el elemento inflable en forma de globo comprende un amortiguador. Esta parte se ubica fuera del elemento en forma de globo.
La herramienta de detención de flujo puede comprender además una torre de detención que comprende una cúpula externa que se monta en una válvula que está conectada a las tuberías por medio de una montura o casquillo soldado, dispuesto para introducir el elemento en forma de globo en una tubería presurizada. La torre de detención comprende además una lanza hueca interna móvil con una zapata de inserción, en donde la lanza móvil puede moverse dentro de la cúpula externa. La herramienta de detención de flujo comprende además una varilla de presión que puede moverse dentro de la lanza móvil, en donde la varilla de presión está en conexión con el elemento inflable en forma de globo. Por tanto, la manguera comprende un elemento de acoplamiento que está en conexión con la varilla de presión, tal como un acoplamiento roscado. El elemento inflable en forma de globo puede estar hecho de caucho natural reforzado, un elastómero o un material elástico que pueda detener el flujo en la tubería después del inflado. La varilla de presión puede disponerse además con un dispositivo para medir la presión de inflado del elemento en forma de globo y un dispositivo para medir la presión en la tubería en frente del elemento en forma de globo.
Preferiblemente, el elemento en forma de globo tiene una parte del cuerpo hecha de caucho que está completamente reforzada con una fibra no elástica que se extiende desde un extremo de corte transversal al otro extremo de corte transversal del cuerpo de caucho del elemento en forma de globo. Si se infla un elemento en forma de globo de este tipo, la superficie del elemento en forma de globo no aumenta. Independientemente de sus tamaños, estos elementos en forma de globo requieren la misma presión de inflado interna.
Preferiblemente, el elemento en forma de globo puede resistir un flujo dentro de la tubería de 5 metros por segundo. Preferiblemente, el elemento en forma de globo es compatible con una presión de hasta 4 bar. En algunas realizaciones de la invención, el elemento en forma de globo preferiblemente está provisto de una solapa en uno o ambos de los extremos externos del elemento en forma de globo. En una realización preferida, el elemento en forma de globo está adaptado para cerrar una tubería que tiene un diámetro en el intervalo entre 200 y 600 milímetros. En una realización preferida, la herramienta de detención de flujo, que está adaptada para conectarse a la tubería, comprende una cúpula externa, una lanza móvil hueca interna y, dentro de la lanza móvil, una varilla de presión móvil. Preferiblemente, la lanza móvil comprende una zapata de inserción para la inserción del tapón tal como un elemento en forma de globo en una tubería, en donde la zapata de inserción está provista de una salida en ángulo a través de la cual el elemento en forma de globo se puede colocar correctamente en una tubería. En algunas realizaciones, la parte inferior de la zapata de inserción tiene forma parabólica.
El amortiguador puede comprender una primera parte que está en conexión con la manguera, y una segunda parte que está en conexión con el elemento inflable en forma de globo. La segunda parte puede recibirse de esta manera en la primera parte, o viceversa. La primera parte del amortiguador puede comprender además un acoplador asegurado que conecta la primera parte del amortiguador con la manguera.
La segunda parte está dispuesta de manera que la segunda parte pueda moverse en dirección longitudinal con respecto a la primera parte, o viceversa. La primera parte y/o la segunda parte pueden estar provistas de uno o más miembros elásticos, tales como resortes helicoidales.
La primera parte y/o la segunda parte también pueden estar provistas de uno o más anillos de sellado o juntas tóricas, para proporcionar medios de sellado del amortiguador y la manguera y evitar de esta manera la fuga del medio que se usa para inflar el elemento en forma de globo.
La primera parte puede comprender un conector de tipo hembra que puede comprender una caja hecha de, por ejemplo, acero inoxidable, titanio, acero al carbono, aluminio o latón. La segunda parte puede comprender una varilla que está hecha de, por ejemplo, acero inoxidable, titanio, acero al carbono, aluminio o latón. El al menos un miembro elástico se puede proporcionar en la caja.
En algunas realizaciones, las partes del amortiguador están dispuestas de manera que se facilita un pasaje para el paso del medio utilizado para inflar el elemento en forma de globo. En ese caso, las partes del amortiguador forman una parte que conecta la manguera con el elemento inflable en forma de globo.
En otras realizaciones, no según la invención reivindicada, la manguera forma una conexión que conecta la varilla de presión con el elemento en forma de globo. Es decir, una parte de extremo de la manguera se conecta a la varilla de presión por medio de, por ejemplo, un acoplamiento roscado. La otra parte del extremo de la manguera se conecta al elemento en forma de globo por medio de, por ejemplo, un acoplamiento que forma un cuerpo cónico. En ese caso, el amortiguador se puede proporcionar, por ejemplo, alrededor de la parte de la manguera que se conecta con un elemento inflable en forma de globo.
Durante la introducción del elemento en forma de globo en la tubería, el elemento en forma de globo puede arrastrarse por el flujo en la tubería. De esta manera, la varilla puede moverse a lo largo del interior de la caja en la dirección del flujo de la tubería y, de esta manera, puede comprimir o estirar el al menos un miembro elástico, que tiene una constante de resorte suficiente y está hecho de un material suficientemente fuerte para hacer retroceder las fuerzas cinéticas que se imponen en la conexión de manguera-globo durante el inflado del elemento en forma de globo en la tubería y, de esta manera, proporcionar medios de retroceso. Por lo tanto, la herramienta de detención de flujo de acuerdo con el primer aspecto de la invención es capaz de resistir una fuerza cinética de 9806,65 N (1000 kgf) o más, preferentemente 19613,3 N (2000 kgf) o más, incluso con mayor preferencia 29419,95 N (3000 kgf) o más, y con la máxima preferencia 39226,6 N (4000 kgf) o más.
El experto entenderá además que el amortiguador puede comprender cualquier otro tipo de miembro elástico, sistema u otro tipo de resorte, tal como una viga elástica o un sistema hidráulico, proporcionando de esta manera dichos medios de retroceso.
En un segundo aspecto, no de acuerdo con la invención reivindicada, se proporciona un amortiguador, en donde el amortiguador es compatible para su uso con una herramienta de detención de flujo para tuberías y está dispuesto de acuerdo con un amortiguador de una herramienta de detención de flujo para tuberías de acuerdo con el primer aspecto de la invención. La primera parte del amortiguador puede comprender un acoplador asegurado que conecta la primera parte del amortiguador con la manguera. El acoplador está dispuesto para recibir la primera parte del amortiguador. Por ejemplo, el acoplador asegurado puede comprender roscas que se ajustan a un perfil roscado que se proporciona en la primera parte del amortiguador. El experto comprenderá que también se pueden utilizar otras realizaciones del acoplador asegurado para acoplar de forma segura la primera parte del amortiguador a la manguera. Por tanto, el acoplador asegurado facilita los medios de conexión del amortiguador a la manguera y por lo tanto permite una fácil implementación del amortiguador en, por ejemplo, una manguera de una herramienta de detención de flujo existente.
En otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para detener un flujo en una tubería, que comprende los pasos de: instalar una herramienta de detención de flujo de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención; insertar el elemento en forma de globo en la tubería moviendo la varilla de presión en la dirección de la tubería; e inflar el elemento en forma de globo para detener un flujo en la tubería.
En algunas realizaciones, los siguientes pasos se llevan a cabo antes de la instalación de la herramienta de detención de flujo: montar una válvula de bola o una válvula de compuerta en una montura o casquillo soldado que está montado en la tubería; perforar un orificio en la tubería en un lugar donde la válvula de bola o la montura de la compuerta está montada en la tubería.
En aún otro aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para crear una sección aislada libre de flujo o una sección libre de flujo dentro de una tubería presurizada con flujo, que comprende los pasos de: instalar al menos una herramienta de detención de flujo en una tubería, de preferencia instalar una segunda herramienta de detención de flujo en una tubería; de preferencia instalar una tercera herramienta de detención de flujo en una tubería; de preferencia instalar una cuarta herramienta de detención de flujo en una tubería; en donde las cuatro herramientas de detención comprenden cada una: una cúpula externa con una lanza móvil hueca interna para insertar un elemento en forma de globo en una tubería; un elemento en forma de globo para bloquear el flujo de una tubería, en donde el elemento en forma de globo está hecho de caucho natural reforzado, un elastómero o un material elástico; medios para facilitar el inflado del elemento en forma de globo; una varilla de presión que está dispuesta de manera móvil dentro de la lanza móvil hueca interna, y en donde al menos una de las herramientas de detención está provista de un amortiguador de acuerdo con el segundo aspecto de la invención, para asegurar el elemento en forma de globo de dicha al menos una herramienta de detención; introducir el al menos un elemento en forma de globo de la herramienta de detención con dicho amortiguador como el primer elemento en forma de globo a ser inflado en la tubería moviendo la varilla de presión de dicho elemento en forma de globo en la dirección de la tubería; inflar dicho al menos un elemento en forma de globo para detener el flujo en la tubería.
En algunas realizaciones, antes de la instalación de las cuatro herramientas de detención de flujo se realizan las siguientes etapas: montar hasta cuatro válvulas de bola o válvulas de compuerta en casquillos soldados o monturas
que están en la tubería; perforar un agujero en la tubería en un lugar donde la válvula de bola o la válvula de compuerta está montada en la tubería.
Otras características y ventajas de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada que sigue.
Breve descripción de los dibujos adjuntos
La presente invención se describe con respecto a realizaciones ejemplares particulares de la misma y, en consecuencia, se hace referencia a los dibujos en los que:
La Figura 1 muestra una herramienta de detención de flujo de la técnica anterior;
La Figura 2 muestra una herramienta de detención de flujo que está provista de un amortiguador;
La Figura 3A muestra una realización ejemplar de una herramienta de detención de flujo que está provista de un amortiguador.
Las Figuras 3B-C muestran una sección transversal del amortiguador de la realización ejemplar de la Figura 3A;
Las Figuras 3D-E muestran una sección transversal del amortiguador de las Figuras 3A-C con más detalle. La Figura 4 muestra un ejemplo de una sección aislada sin flujo en una tubería que se crea utilizando una o varias herramientas de detención de flujo, en la que al menos una de las herramientas de detención de flujo está provista de un amortiguador.
Los dibujos muestran solo aquellos detalles esenciales para la comprensión de la presente invención.
Descripción detallada
Se apreciará que, por simplicidad y claridad de la ilustración, cuando se considere apropiado, los números de referencia pueden repetirse entre las figuras para indicar elementos o pasos correspondientes o análogos. Además, se establecen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión completa de las realizaciones descritas en este documento. Sin embargo, los expertos en la técnica entenderán que las realizaciones descritas en el presente documento se pueden poner en práctica sin estos detalles específicos. Además, esta descripción no debe considerarse como una limitación del alcance de las realizaciones descritas en el presente documento de ninguna manera, sino más bien como una mera descripción de la implementación de las diversas realizaciones descritas en el presente documento.
Con referencia a la Figura 1, se muestra una herramienta de detención de flujo 1 de la técnica anterior. La herramienta de detención de flujo 1 comprende una cúpula externa 2, una lanza móvil 3 que puede moverse dentro de la cúpula externa 1. La lanza móvil 3 comprende una zapata de inserción 4 y una varilla de presión móvil 5 con un elemento en forma de globo 6 como tapón de cierre. La varilla de presión 5 puede comprender un dispositivo para medir la presión de inflado del elemento en forma de globo (no mostrado). En uso, el elemento en forma de globo 6 bloquea un flujo (F) dentro de una tubería 7.
Durante la inserción del elemento en forma de globo 6 en la tubería 7, el elemento en forma de globo 6 está en un estado desinflado (I). Cuando está correctamente alineado con respecto a la tubería, el elemento en forma de globo 6 se presuriza con un gas o fluido a través de una manguera 8. De esta manera, el elemento en forma de globo 6 se lleva a un estado inflado (II) de modo que cierra el paso de la tubería 7 proporcionando suficiente presión sobre la pared interior de la tubería 7. Durante el inflado del elemento en forma de globo 6, el elemento en forma de globo 6 se expande y se acorta.
La manguera 8 se usa para guiar aire comprimido desde una fuente de presión (no mostrada) al elemento en forma de globo 6. La manguera 8 comprende una parte de extremo 9 que está en conexión con el elemento en forma de globo 6. La parte de extremo 9 funciona para asegurar el elemento en forma de globo 6 en su posición durante la fase de inflado. Puede parecer que el elemento en forma de globo 6 y la parte de extremo 9 de la manguera pueden experimentar una fuerza cinética inicial alta del flujo de la tubería (F). Por ejemplo, el flujo (F) en la tubería 7 puede propagarse con una velocidad de 5 metros por segundo o más. Como consecuencia, la parte de extremo 9 de la manguera y/o el elemento en forma de globo 6 pueden dañarse durante la fase de inflado, lo que puede resultar en una fuga del aire comprimido. En el peor de los casos, el elemento en forma de globo 6 puede desprenderse completamente de la manguera 8.
Se hace referencia a la Figura 2, que muestra una herramienta de detención de flujo de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. La herramienta de detención de flujo 1 comprende un elemento en forma de globo 6 para
bloquear un flujo (F) en una tubería 7. La tubería 7 es, por ejemplo, una tubería de gas o una tubería de líquido. Un ejemplo de un elemento en forma de globo 6 es un tapón de cierre inflable, tal como se fabrica mediante los métodos de acuerdo con la patente de Estados Unidos US 5,477,886 o de acuerdo con la solicitud de patente de Estados Unidos US 2012/0192983 A1.
La herramienta de detención de flujo 1 puede comprender un elemento en forma de globo 6 de acuerdo con dicho método. Tales elementos en forma de globo son compatibles con flujos de tubería fuertes y pueden resistir una contrapresión de, por ejemplo, hasta 4 bar (58 psi).
El elemento en forma de globo 6 se puede inflar a través de una manguera 8 que está conectada a una fuente de presión (no mostrada). El elemento en forma de globo 6 es inflable ya que está hecho de un material inflable, tal como un material elástico (por ejemplo, látex o caucho sintético), y puede comprender además un cable o un grupo de cables 10 (no se muestran) con baja elasticidad que se extienden desde un extremo al otro extremo del elemento en forma de globo 6. El cable o cables 10 pueden consistir, por ejemplo, en acero, fibra de vidrio, polietileno de peso molecular ultra alto (por ejemplo, Dyneema®) o aramida (por ejemplo, Twaron® o Kevlar®), que se pueden hilar previamente a los cables y se adhieren a la superficie del globo.
La herramienta de detención de flujo 1 comprende además una cúpula 2 externa dispuesta para introducir el elemento en forma de globo 6 en una tubería 7. La cúpula externa 2 se puede instalar en la parte superior de una válvula de bola o válvula de compuerta 11 que está montada en la tubería 7. La cúpula externa 2 puede estar provista de un desvío 12 para desviar un flujo de tubería (F) en la tubería 7. La cúpula externa 2 puede comprender una lanza hueca interna movible 3 configurada para moverse hacia arriba y hacia abajo en la dirección indicada por (T1). A su vez, la lanza móvil 3 puede comprender una varilla de presión 5 configurada para moverse hacia arriba y hacia abajo en la dirección indicada por (T2). En la presente realización ejemplar, la varilla de presión 5 está en conexión con el elemento en forma de globo 6 a través de un amortiguador 13. La varilla de presión 5 puede estar provista de un dispositivo para medir la presión delante del elemento en forma de globo, que comprende, por ejemplo, un manómetro 14. Además, la varilla de presión 5 se puede conectar a la manguera 8 a través de una placa 15 que sella el pasaje hueco dentro de la lanza móvil 3 y evita la fuga del medio de flujo de la tubería (F) hacia la parte superior de la lanza móvil 3.
La lanza móvil 3 puede comprender una zapata de inserción 4 con una salida 16 para facilitar la inserción del elemento en forma de globo 6 en la tubería 7 a través de la salida 16. La parte inferior 17 de la zapata de inserción 8 puede tener una forma parabólica. Esto tiene la ventaja de que el elemento en forma de globo 6 no se atasca ni se daña durante la inserción del elemento en forma de globo 6 en la tubería 7. Además, el elemento en forma de globo 6 puede estar provisto de una solapa 18 que protege el elemento en forma de globo 6 durante el contacto inicial con la tubería 7 durante el inflado. La solapa 18 puede estar hecha de un material de caucho. El elemento en forma de globo 6 también puede estar provisto de una solapa 18 a ambos lados del elemento en forma de globo 6.
Durante el funcionamiento, primero se inserta la lanza móvil 3 en la tubería 7. A continuación, el elemento en forma de globo 6 se inserta en la tubería 7 moviendo la varilla de presión 5 hacia la tubería 7. El elemento en forma de globo 6 comienza en el estado desinflado (I) y se inserta en la tubería 7 mediante el movimiento de la lanza móvil 3. El elemento en forma de globo 6 se empuja por lo tanto hacia la parte inferior 17 de la zapata de inserción 4 que se insertó en la tubería 7. Mientras se empuja hacia abajo, el elemento en forma de globo 6 avanza más hacia la tubería 7, que se muestra en la Figura 2. El elemento en forma de globo 6 se puede insertar en la tubería 7, con el flujo (F) o contra el flujo. Preferiblemente, el elemento en forma de globo se inserta con el flujo, como se muestra en la Figura 2.
Cuando se alinea correctamente con respecto a la tubería 7, el elemento en forma de globo 6 se presuriza con un medio como aire o un fluido que lleva al elemento en forma de globo 6 al estado inflado (II). El medio utilizado para el inflado puede ser compresible o incompresible, por ejemplo, aire, nitrógeno, aceite hidráulico o agua. El elemento en forma de globo 6 se lleva de esta manera a un estado inflado (II) de modo que el elemento en forma de globo 6 cierre el paso de la tubería 7 proporcionando suficiente presión sobre la pared interior de la tubería 7. Debido a las fibras no elásticas que están incorporadas en la pared del cuerpo de goma del elemento en forma de globo 6 y al mecanismo de resorte que se extiende de un extremo al otro extremo dentro del elemento similar al globo, el elemento en forma de globo se acorta mientras se expande, ya que la expansión del volumen interno se limita por las fibras aplicadas e incorporadas en la pared de caucho del elemento en forma de globo 6, el elemento en forma de globo se puede inflar a una alta presión de inflado y creará suficiente resistencia al cizallamiento con el fin de bloquear de manera adecuada y segura la presión y el flujo de la tubería (F).
Se hace referencia a la Figura 3A, que muestra el elemento en forma de globo 6, con mayor detalle. En esta figura, el grupo de cables 10 es visible. Además, la manguera 8 y una parte que conecta la manguera 8 con el elemento inflable en forma de globo 6 son visibles. De esta manera, la manguera comprende un elemento de acoplamiento que está en conexión con la varilla de presión 5, que en esta realización ejemplar es un acoplamiento roscado 19. La parte que conecta la manguera 8 con el elemento inflable en forma de globo 6 comprende un amortiguador 13. Se indica un plano A-A, que será el plano de referencia para las Figuras 3B-E. Además, se observa que el amortiguador
13 se proporciona en el exterior del elemento en forma de globo 6, lo que también es evidente a partir de las Figuras 3A-C.
El amortiguador 13 conecta la manguera 8 con el elemento en forma de globo 6, de modo que el amortiguador 13 refuerza la conexión manguera-globo, de otro modo frágil.
Se hace referencia a las Figuras 3B-C, que muestran una sección transversal del amortiguador 13 en el plano A-A. El amortiguador 13 comprende una primera parte que está en conexión con la manguera 8, y una segunda parte que está en conexión con el elemento inflable en forma de globo 6. La segunda parte puede recibirse en la primera parte o viceversa. En esta realización ejemplar, la primera parte comprende un conector tipo hembra 20 que comprende una caja 21. La caja 21 puede estar hecha de, por ejemplo, acero inoxidable, titanio, acero al carbono, aluminio o latón. La caja 21 recibe la segunda parte que en la presente realización ejemplar es una varilla hueca 22. La varilla 22 puede estar hecha de, por ejemplo, acero inoxidable, titanio, acero al carbono, aluminio o latón. La segunda parte del amortiguador 13 comprende además un cuerpo cónico 23 que está en conexión directa con el elemento en forma de globo 6.
La primera y la segunda parte del amortiguador 13 están dispuestas de manera que la primera parte y la segunda parte puedan moverse en la dirección longitudinal una con respecto a la otra. La dirección longitudinal está indicada por la flecha de dirección (L). En la presente realización ejemplar, la varilla 22 puede moverse en la caja 21 en la dirección longitudinal.
La caja 21 está provista de al menos un miembro elástico. En la presente realización ejemplar, la caja 21 está provista de un miembro elástico que es un resorte helicoidal 24. Durante la introducción del elemento en forma de globo 6 en la tubería 7, el elemento en forma de globo se arrastra en la dirección del flujo (F'), que en este ejemplo corresponde al flujo de la tubería (F). A medida que el elemento en forma de globo 6 se mueve en la dirección (F'), la varilla 22 se mueve a lo largo de esta dirección en la caja 21 y, de esta manera, comprime el resorte helicoidal 24. El resorte helicoidal 24 tiene una constante de resorte suficiente y está hecho de un material suficientemente fuerte para hacer retroceder las fuerzas cinéticas que se imponen sobre la conexión manguera-globo durante el inflado del elemento en forma de globo 6 en la tubería 7 y, de esta manera, proporciona una fuerza de retroceso. Por tanto, el amortiguador 13 proporciona medios de sujeción adicionales para asegurar el elemento en forma de globo 6 en su posición en la tubería 7 y evita que el elemento en forma de globo 6 se rompa de la herramienta de detención de flujo 1. Aunque en la presente realización ejemplar se usa un resorte helicoidal como miembro elástico, la persona experta entiende que se pueden usar otros miembros, sistemas u otro tipo de resortes elásticos, por ejemplo, una viga elástica o un sistema hidráulico o neumático. Además, uno o más resortes helicoidales u otro tipo de miembros elásticos también pueden estar ubicados en el otro lado de la caja 21 y pueden estar unidos a la caja 21 y la varilla 22. De esta manera, el resorte helicoidal puede estirarse en lugar de comprimirse en caso de que el elemento en forma de globo 6 se introduzca en la tubería 7. En esta configuración, el al menos un resorte helicoidal todavía proporciona una fuerza de retroceso. El experto entenderá que el amortiguador 13 puede comprender una combinación de miembros elásticos ubicados en dichas dos ubicaciones en la caja 21.
La caja 21 también puede estar provista además de uno o más anillos de sellado o juntas tóricas 25. En la presente realización ejemplar, los anillos de sellado 25 están unidos al extremo de la varilla 22. Los anillos de sellado 25 sellan la varilla 22 en la caja 21 y, de esta manera, evitan la fuga del medio que se usa para inflar el elemento en forma de globo.
La primera parte del amortiguador 13 (por ejemplo, el conector tipo hembra 20) puede comprender un acoplador asegurado 26 que conecta la primera parte del amortiguador 13 con la manguera 6. El acoplador 26 está dispuesto para recibir la primera parte del amortiguador 13. El acoplador 26 puede tener, por ejemplo, un perfil roscado 27. El acoplador 26 puede montarse fácilmente en la manguera 6 y de esta manera facilita los medios de conexión del amortiguador 13 a la manguera 6. El acoplador asegurado 26 permite por lo tanto una fácil implementación del amortiguador 13 en la manguera de las herramientas de detención de flujo existentes.
En la presente realización ejemplar, el acoplador asegurado 26 y las partes del amortiguador están dispuestos de manera que se facilita un paso 28 para el paso del medio utilizado para inflar el elemento en forma de globo. Sin embargo, el experto entenderá que también se puede utilizar un paso similar para guiar la manguera 8, de manera que la manguera 8 se conecte al elemento en forma de globo 6. En ese caso, no de acuerdo con la invención reivindicada, la manguera 8 forma una conexión que conecta la varilla de presión 5 con el elemento en forma de globo 6. Es decir, una parte de extremo de la manguera 8 está conectada a la varilla de presión 5 por medio de, por ejemplo, un acoplamiento roscado. La otra parte de extremo de la manguera 8 está conectada al elemento en forma de globo 6 por medio de, por ejemplo, un acoplamiento que forma un cuerpo cónico 23. El amortiguador en ese caso se proporciona entonces alrededor de la parte de la manguera 8 que está conectada con el elemento inflable en forma de globo 6.
Se hace referencia a las Figuras 3D y 3E, que muestran el amortiguador 13 de las Figuras 3A-C en la sección transversal A-A con mayor detalle. La Figura 3d muestra la posición inicial sin estirar (G) del amortiguador 13. En la posición inicial (G), la energía almacenada en el amortiguador 13 como resultado de la fuerza cinética potencial
sobre el globo es mínima, correspondiente, por ejemplo, a un resorte helicoidal 24 sin estirar o sin comprimir. Por ejemplo, en la posición inicial (G), el elemento en forma de globo está en reposo. El amortiguador 13 se lleva a un estado estirado (E) una vez que el elemento en forma de globo comienza a experimentar una fuerza, por ejemplo, del flujo (F) en la tubería 7. En la realización ejemplar de las Figuras 3A-E, el resorte helicoidal 24 se comprime en este estado en el amortiguador 13. En el estado estirado (E), la energía se almacenará en el amortiguador 13, absorbiendo de esta manera la energía del flujo (F) en la tubería 7. Dicha energía potencial ganada se usa posteriormente para retroceder el elemento en forma de globo 6 en la tubería 7.
Debido a la fuerte conexión de seguridad que proporciona el amortiguador 13, el amortiguador 13 permite que el elemento en forma de globo 6 absorba fuerzas cinéticas y energía más altas, generadas por el flujo, que las herramientas de detención de flujo convencionales. Simulaciones y pruebas experimentales han demostrado que una herramienta de detención de flujo para un diámetro de tubería de 300 mm, provista con dicho amortiguador, puede resistir una fuerza generada por una presión de 4 bar y una velocidad de flujo de 5 metros por segundo. La fuerza cinética correspondiente es igual a:
FUERZA CINÉTICA = C X FUERZA ESTÁTICA = 1,49 X nR2 X P0
en donde C es una constante adimensional que es igual a 1,49 y donde R es el radio de la tubería que es en este caso 0,15 metros y P0 es la presión estática que es en este caso igual a 4 bar. Esto da como resultado una fuerza cinética de 42129,36 N (4296 kgf).
Por tanto, la herramienta de detención de flujo de acuerdo con la presente invención puede resistir tal fuerza, mientras que las herramientas de detección de flujo convencionales en las que el elemento en forma de globo está simplemente asegurado por una manguera no son compatibles con dichos flujos fuertes. Por lo tanto, el elemento en forma de globo 6 con amortiguador 13 es adecuado para resistir una fuerza cinética de 9806,65 N (1000 kgf) o más, preferentemente 19613,3 N (2000 kgf) o más, incluso con mayor preferencia 29419,95 N (3000 kgf) o más, y con la máxima preferencia 39226,6 N (4000 kgf) o más.
La presente invención es particularmente ventajosa para las herramientas de detención de flujo que comprenden elementos en forma de globo relativamente grandes, por ejemplo, elementos en forma de globo que tienen un diámetro cuando se inflan de aproximadamente 250 mm o más, como por ejemplo en el intervalo entre 250 y 600 milímetros, y adaptados para cerrar tuberías en el intervalo entre 250 y 600 mm.
La instalación de una herramienta de detención de flujo 1 se puede realizar de la siguiente manera: se puede montar una válvula de compuerta o una válvula de bola 11 en la tubería 7. Posteriormente, se puede perforar un orificio en la tubería 7 en el lugar de la tubería 7 donde está montada una válvula de compuerta o válvula de bola 11. Se hace referencia a la Figura 4, que muestra cuatro herramientas de detención de flujo 1a, 1b, 1c y 1d que se utilizan para crear una sección aislada 29 sin flujo dentro de una tubería 7. La sección aislada 29 puede crearse por varias razones diferentes, por ejemplo, la sección aislada 29 requiere mantenimiento. Antes de la instalación de la herramienta de detención de flujo, se pueden montar monturas ramificadas o casquillos soldados 11a, 11b, 11c y 11d en la tubería 7. Alternativamente, se pueden montar válvulas de compuerta o de bola en las monturas. Posteriormente, se puede perforar un orificio en la tubería 7 en cada lugar de la tubería 7 donde se monta una válvula de compuerta o una válvula de bola. Las cúpulas externas 2a, 2b, 2c, 2d están instaladas en las válvulas de compuerta 11a, 11b, 11c y 11d respectivamente. Cada cúpula externa 11a, 11b, 11c y 11d está dispuesto para la inserción y el paso de una varilla de presión 5a, 5b, 5c y 5d con un elemento en forma de globo 6a, 6b, 6c y 6d respectivamente conectado a las varillas de presión 5a, 5b, 5c y 5d. Cada cúpula externa 2a, 2b, 2c y 2d puede comprender un dispositivo para medir la presión dentro del elemento en forma de globo, que comprende, por ejemplo, un manómetro 14a, 14b, 14c, 14d que están respectivamente en conexión con la varilla de presión 5a, 5b, 5c y 5d. Cada cúpula externa puede estar provista además de una derivación 12a, 12b, 12c y 12d para desviar un flujo de tubería (F) en la tubería 7, purgando gas nitrógeno o gas de antorcha de la sección aislada 29. Al menos una de las torres de detención puede ser una torre de detención de acuerdo con la presente invención. Es decir, al menos una de las torres de detención, por ejemplo, la torre de detención 1a, comprende un amortiguador 13, que conecta la varilla de presión con el elemento en forma de globo. Esta torre de detención se utiliza luego para que se infle el primer globo para detener el flujo en la tubería 7. Sin embargo, más o todas las torres de detención 1a, 1b, 1c y 1d pueden estar provistas de un amortiguador 13. Alternativamente, las otras torres de detención, por ejemplo, las torres de detención 1b, 1c y 1d, tienen un elemento en forma de globo que está en conexión con la varilla de presión simplemente a través de una manguera 8b, 8c y 8d respectivamente.
Al crear una sección aislada 29 libre de flujo, un primer elemento en forma de globo 6a, 6b, 6c o 6d de una de las herramientas de detención de flujo 1a, 1b, 1c o 1d se inserta en la tubería 7, con el flujo o en la dirección del flujo y posteriormente se lleva al estado inflado. Preferiblemente, esta torre de detención está provista de un amortiguador 13. Después de que el primer elemento en forma de globo se haya colocado en la tubería 7, por ejemplo, el elemento en forma de globo 6a, los elementos en forma de globo restantes se pueden introducir en la tubería 7. La colocación de estos elementos en forma de globo restantes 6b, 6c y 6d se puede realizar simultáneamente o uno tras otro, y se puede realizar con el flujo o en la dirección del flujo. Después de que todos los elementos en forma de globo 6a, 6b, 6c, 6d se hayan inflado y colocado en la tubería 7, la sección aislada 29 está libre de flujo, de manera
que el medio puede retirarse de la sección aislada 29 de modo que la sección aislada 29 pueda abrirse y acercarse. Una vez finalizadas las operaciones en la sección aislada 29, tales como los trabajos de mantenimiento, los elementos en forma de globo 6a, 6b, 6c y 6d se pueden desinflar y retraer de la tubería 7.
Aunque en la realización ejemplar anterior se utilizan cuatro torres de detención 1a, 1b, 1c y 1d para crear la sección aislada 29, el experto comprenderá que también se pueden utilizar menos torres de detención para crear una sección aislada 29, por ejemplo, con dos o tres torres de detención. Al menos una de estas torres de detención puede estar provista de un amortiguador 13. El experto en la técnica también comprende que, dependiendo de las circunstancias, puede ser necesaria la instalación de más de cuatro torres de detención para crear la sección aislada 29. El experto comprende además que cada torre de detención, tal como las torres de detención 1a, 1b, 1c y 1d, se pueden ubicar a cualquier distancia deseada una con respecto a otra, dependiendo de las circunstancias tales como el espacio disponible en la zanja.
La presente invención se ha descrito con respecto a realizaciones específicas; sin embargo, resultará obvio para los expertos en la técnica que se pueden realizar una serie de variantes y modificaciones sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (13)
1. Una herramienta de detención de flujo (1) para tuberías, que comprende:
- un elemento inflable en forma de globo (6) que está adaptado para bloquear un flujo (F) en una tubería (7); - una torre de detención dispuesta para introducir el elemento en forma de globo en la tubería; una varilla de presión (5) que está dispuesta de manera móvil dentro de la torre de detención;
- una manguera (8) para inflar el elemento en forma de globo con un gas o un fluido, en donde un primer extremo de la manguera está en conexión con la varilla de presión, caracterizada porque un segundo extremo de la manguera está en conexión con un amortiguador (13), en donde el amortiguador está en conexión con el elemento en forma de globo y se proporciona entre el segundo extremo de la manguera y el elemento en forma de globo.
2. La herramienta de detención de flujo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el amortiguador comprende:
- una primera parte (20) que está en conexión con el segundo extremo de la manguera;
- una segunda parte (22) que está en conexión con el elemento inflable en forma de globo; en donde la segunda parte se recibe en la primera parte o viceversa, y en donde la primera y la segunda parte están dispuestas para moverse en la dirección longitudinal una con respecto a la otra.
3. La herramienta de detención de flujo de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la primera parte y/o la segunda parte están provistas de uno o más miembros elásticos (24).
4. La herramienta de detención de flujo de acuerdo con la reivindicación 3, en donde al menos un miembro elástico es un resorte helicoidal (24).
5. La herramienta de detención de flujo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-4, en donde la primera y/o la segunda parte están provistas de uno o más anillos de sellado (25).
6. La herramienta de detención de flujo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-5, en donde la primera parte del amortiguador comprende una caja (21) y en donde la segunda parte del amortiguador comprende una varilla (22).
7. La herramienta de detención de flujo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-6, en donde la herramienta de detención de flujo comprende además un acoplador asegurado (26) que conecta la primera parte del amortiguador con el segundo extremo de la manguera.
8. La herramienta de detención de flujo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el elemento en forma de globo es adecuado para resistir una fuerza cinética de 9806,65 N (1000 kgf) o más, preferentemente 19613,3 N (2000 kgf) o más, incluso con mayor preferencia 29419,95 N (3000 kgf) o más, y con la máxima preferencia 39226,6 N (4000 kgf) o más.
9. La herramienta de detención de flujo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el elemento en forma de globo está adaptado para cerrar una tubería que tiene un diámetro en el intervalo entre 250 y 600 milímetros.
10. La herramienta de detención de flujo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la torre de detención comprende:
- una lanza interna móvil (3), en donde la lanza interna móvil comprende un paso para la inserción de la varilla de presión y en donde la lanza móvil comprende además una zapata de inserción (4) con una salida (16) para la introducción del elemento en forma de globo en la tubería;
- una cúpula externa que se adapta para estar en conexión fija con la tubería, en donde la cúpula externa comprende un paso para la inserción de la lanza interna móvil.
11. Un método para detener un flujo en una tubería, que comprende los pasos de:
- instalar una herramienta de detención de flujo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10 en una tubería (7);
- introducir el elemento en forma de globo en la tubería; inflar el elemento en forma de globo para detener un flujo (F) en la tubería.
12. Un procedimiento para crear una sección aislada en una tubería libre de flujo, que comprende los pasos de:
- instalar una primera herramienta de detención de flujo (1a) en una tubería (7); instalar una segunda herramienta de detención de flujo (1b) en la tubería; instalar una tercera herramienta de detención de flujo (1c) en la tubería;
- instalar una cuarta herramienta de detención de flujo (1d) en la tubería; en donde todas de las cuatro herramientas de detención comprenden cada una: un elemento inflable en forma de globo (6a, 6b, 6c, 6d) para bloquear un flujo (F) en la tubería;
- una torre de detención dispuesta para introducir el elemento en forma de globo en la tubería;
- una varilla de presión (5a, 5b, 5c, 5d) que está dispuesta de manera móvil dentro de la torre de detención; - una manguera (8b, 8c, 8d) para inflar el elemento en forma de globo con un gas o un fluido; y
en donde al menos una de las herramientas de detención de flujo está dispuesta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10;
- introducir el elemento en forma de globo de la al menos una herramienta de detención con el amortiguador (13) como el primer elemento en forma de globo a ser inflado en la tubería;
- inflar dicho al menos un elemento en forma de globo para detener el flujo en la tubería.
13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, en donde antes de la instalación de las cuatro herramientas de detención de flujo se realizan las siguientes etapas:
- montar cuatro válvulas de bola o válvulas de compuerta (11a, 11b, 11c, 11d) en una montura o casquillo soldado (11a, 11b, 11c, 11d) que se fijan sobre la tubería;
- perforar un agujero en la tubería en cada lugar donde se monta una válvula de bola o una válvula de compuerta en la tubería.
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