ES2909003T3 - Adaptador empotrado y sellado hidráulicamente de manera independiente - Google Patents

Abstract

Un adaptador de tubo, que comprende una carcasa anular, una matriz anular de agarre (36) en la carcasa, una junta de estanqueidad anular (56) semi-rígida en la carcasa espaciada axialmente de las garras (36), un actuador de agarre hidráulico (38) en la carcasa para constreñir radialmente las garras (36) en acoplamiento de agarre con un exterior de un tubo que se extiende dentro de la carcasa, y un actuador hidráulico (57) de la junta de estanqueidad, hidráulica y mecánicamente independiente del actuador de agarre (38), para forzar la junta de estanqueidad radialmente en acoplamiento con un exterior del tubo, un primer bloqueo mecánico (31) para bloquear mecánicamente el actuador de agarre hidráulico (38) para mantener las garras (36) en contacto con el tubo y un segundo bloqueo mecánico (76) para bloquear mecánicamente el actuador hidráulico (57) de la junta de estanqueidad para mantener la junta de estanqueidad en contacto con el tubo.

Description

DESCRIPCIÓN

Adaptador empotrado y sellado hidráulicamente de manera independiente

La invención se refiere a adaptadores útiles en reparación y/o unión de tubos.

Los adaptadores de reparación unidos mecánicamente, tales como los empleados para reparación ascendente de tuberías sumergidas, son útiles donde es impracticable soldarlos. Los adaptadores de reparación y de mantenimiento de tubos anteriores incluyen tipos empotrados y sellados mecánicamente así como tipos empotrados y sellados hidráulicamente. El tipo mecánico puede requerir numerosas etapas de apriete de bulones haciendo la instalación complicada y consumiendo tiempo, particularmente cuando se realizan debajo del agua. El tubo hidráulico puede ser costoso de producir, complicado en diseño, y difícil o no dispuesto para ser bloqueado en posición de una manera fiable y precisa. Permanece una necesidad de un adaptador de tubo simplificado, agarrado y sellado hidráulicamente de manera independiente. El documento US 4 078 832 A divulga un acoplamiento de tubería con un anillo de estanqueidad anular y pistones para deformar el anillo de estanqueidad hasta una posición de sellado contra un tubo. El documento US 3986728 A divulga un adaptador de tubo con un actuador de agarre hidráulico independiente y actuador de sellado hidráulico. Ninguno de estos documentos divulga bloqueos mecánicos para bloquear mecánicamente los actuadores hidráulicos. La invención se define por las reivindicaciones. La invención proporciona un adaptador de tubo que puede ser agarrado y sellado hidráulicamente de manera independiente sobre un tubo con sistemas hidráulicos independientes para proporcionar un alto nivel de control sobre estas operaciones. La actuación hidráulica de cada uno de los sistemas de agarre y de sellado es a través de una conexión de puerto individual, simplificando de esta manera grandemente los esfuerzos requeridos del instalador. Si se desea, la actuación hidráulica puede realizarse a través de una línea desde una localización remota desde el propio adaptador.

En la disposición descrita, cada uno de los actuadores de agarra y de sellado hidráulicos es un pistón anular individual. Los pistones pueden bloquearse mecánicamente en sus posiciones de agarra y de sellado extendidas respectivas con precisión de ajuste infinita y sin movimiento de retracción. Las funciones de agarre y de sellado, consecuentemente, no dependen de presurización de larga duración de los circuitos hidráulicos respectivos.

La invención se describirá ahora adicional mente a modo de ejemplo con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La figura 1 es una vista en perspectiva de un adaptador de tubo construido de acuerdo con la invención.

La figura 2 es una sección transversal longitudinal del adaptador inventivo montado sobre un tubo; y

La figura 3 es una vista en perspectiva de una matriz anular de segmentos de agarre.

Con referencia ahora a los dibujos, un adaptador de tubo 10 incluye una carcasa circular que se extiende axialmente, formada por secciones anulares de agarre, media y de sellado 11-13, respectivamente. Estas partes y varias otras partes descritas a continuación se fabrican generalmente de acero, con la excepción de las juntas de estanqueidad, y son de forma anular, excepto algunos accesorios o partes pequeñas. Las secciones 11-13 están coaxiales y cada una tiene preferiblemente una superficie de diámetro interior 16-18 adaptada para recibir el diámetro exterior de un tubo de acero 19 con un resbalón suave o ajuste deslizante.

Un margen cilíndrico 21 sobre un borde interior o extremo interior de la sección de agarre 11 tiene roscas interiores 22 engranadas con roscas exteriores 23 de una extensión cilindrica 24 de la sección media 12. Esto permite a la sección de agarre 11 ser fijada rígidamente a la sección media 12 con un extremo del margen 21 que se apoya en un hombro radial 25 de la sección media. La sección de agarre 11 tiene varios contrataladros 26-28 sucesivos en el interior de las roscas internas 22 del margen para recibir un anillo de bloqueo 31, un anillo de agarre exterior 32 y una junta de estanqueidad 33, respectivamente. La junta de estanqueidad 33 es un anillo de material semi-rígido, por ejemplo un elastómero, que se ajusta sobre el exterior del tubo 19 para excluir que entre material libremente en la carcasa o adaptador 10 a lo largo del exterior del tubo.

Un anillo de agarre 34 mostrado en perspectiva en la figura 3 está ranurado parcialmente a lo largo de la longitud del anillo desde extremos alternos del anillo para formar garras o segmentos de garras 36. Las ranuras 35 permiten al anillo de garras 34 constreñirse radialmente sobre el exterior del tubo 19, como se describirá a continuación. Caras interiores de los segmentos 36 pueden estar estriadas o tratadas de otra manera para mejorar su capacidad de agarre sobre el tubo 19.

Los segmentos 36 tiene una superficie exterior de doble cono con una porción complementaria de un taladro cónico del anillo de agarre exterior 32 y una porción opuesta complementaria de un taladro cónico de un anillo de agarre de empuje en la forma de un pistón anular, a continuación el pistón de agarre 38. El pistón de agarre 38 está dispuesto dentro del adaptador 10 entre la sección media 12 y la sección de agarre 11. El pistón de agarre 38 está desviado fuera del anillo de agarre 34 por una pluralidad de muelles de compresión 39 distribuidos alrededor del eje del adaptador y que se extienden desde bolsas asociadas en el cuerpo de la sección de agarre. Un diámetro exterior del pistón de agarre 38 está roscado a lo largo de una longitud 41, que se extiende fuera de la sección media 12. El anillo de bloqueo 31 roscado internamente está engranado con las roscas del pistón de agarre sobre la longitud 41.

Un margen 43 del pistón de agarre 38 se extiende telescópicamente en un espacio ciego anular 44 formado en la sección media 12 y que sirve como una cámara de pistón. Una cara extrema del margen 43 está equipada con juntas de estanqueidad anulares 46, 47, que sellan contra las paredes exteriores e interiores de la cámara de pistón 44, respectivamente. La cámara 44 está en comunicación de fluido con un acoplador hidráulico 47 a través de un paso 49.

La sección de junta de estanqueidad 13, similar a la sección de agarre 11, es un cuerpo circular hueco con una serie de contrataladros 51-53 para juntas de estanqueidad anulares 56, un anillo de estanqueidad de empuje o pistón anular, en adelante pistón de junta de estanqueidad 57 y extensión anular 58 de la sección media 12, respectivamente.

La sección de junta de estanqueidad 13 está fijada rígidamente a la sección media 12 por engrane de roscas internas respectivas sobre el contrataladro 53 y roscas externas sobre la extensión anular 58 de la sección media con una cara extrema 59 de la sección anular 13 poyándose en una superficie radial del hombro 61 de la sección media 12. Las juntas de estanqueidad 56 son un elastómero semi-rígido adecuado, conocido en la industria. Las juntas de estanqueidad 56 están separadas por un anillo espaciador de metal 62. Una muesca 63 sobre la periferia exterior del anillo espaciador 62 se comunica con un puerto de prueba en la pared de la sección de junta de estanqueidad 13. El pistón de junta de estanqueidad 57 recibe el tubo 19 a través de su taladro central 66. Una sección extrema 67 de diámetro reducido del pistón de junta de estanqueidad 57 se extiende dentro del contrataladro 51. El pistón de junta de estanqueidad 57 está proporcionado para deslizarse sobre el tubo 19 y en el contrataladro 51. En un extremo opuesto, el pistón de junta de estanqueidad 57 tiene una extensión anular 68, de diámetro interior incrementado, recibido en una muesca anular 69 formada en la cara adyacente de la sección media 12. La muesca anular 69 sirve como una cámara de pistón para la extensión 68 del pistón de junta de estanqueidad. Una pareja de juntas de estanqueidad concéntricas 71, 72 sobre la extensión 68 del pistón de junta de estanqueidad sellan la cámara de pistón 69. Un acoplador hidráulico 73 en el exterior del adaptador 10 se comunica con la cámara de pistón 69 a través de un paso 74. Un anillo de bloqueo mecánico 76 está roscado internamente y es recibido sobre roscas externas coincidentes sobre la superficie exterior del pistón de junta de estanqueidad 57.

Un anillo elevador oscilante 77 está montado en una muesca exterior sobre la sección de agarre 11. Anillos elevadores 78 están empernados a la sección de junta de estanqueidad y al anillo oscilante 77. El extremo exterior de la sección de junta de estanqueidad 13 incluye una pestaña 79 con taladros de bulón para conexión a una pestaña complementaria de un tubo u otro recipiente. Se pueden utilizar otras estructuras de conexión o de acoplamiento conocidas, además de la pestaña 79 ilustrada, con el adaptador divulgado.

El adaptador 10 está instalado punzando el extremo del tubo 19 dentro del adaptador, para que su extremo esté más allá de las juntas de estanqueidad 56 y esté soportado por la superficie 18 de la sección de junta de estanqueidad 13. Fluido hidráulico presurizado hasta 3000 psi, por ejemplo, es introducido a través del acoplador 48 dentro de la cámara de pistón 44. La presión hidráulica sobre el margen del pistón 43 causa que el pistón de agarre 38 se mueva axialmente en el adaptador 10. Una acción de leva entre las superficies cónicas del pistón de agarre 38 y las superficies cónicas complementarias de los segmentos de agarre 36 causa que los segmentos se constriñan radialmente sobre el exterior del tubo 19. Un movimiento axial limitado de los segmentos de agarre 36 resulta en constricción radial de la longitud distal o exterior de los segmentos por la acción de leva entre las superficies cónicas exteriores de los segmentos y la superficie cónica interior del anillo de agarre exterior 32. El pistón de agarre 38 puede ser bloqueado mecánicamente en la posición extendida hidráulicamente sin regresión del pistón de agarre por medio del apriete del anillo de bloqueo 31 enroscado sobre el pistón contra la cara extrema de la sección media 12. El engrane roscado entre el anillo de bloqueo 31 y el pistón de agarre proporciona ajuste infinito. El anillo de bloqueo 31 tiene una serie de taladros de torsión 82 ciegos espaciados distribuidos sobre su circunferencia exterior, como se muestra en la figura 1. El anillo de bloqueo 31 es girado manualmente sobre las roscas del pistón 41 acoplando un taladro 82 con una barra de torsión a través de una ranura 83 en la pared de la sección de agarre 11. El anillo de bloqueo 31, cuando se despliega como se acaba de describir, retiene el pistón de agarre 38 en su posición extendida apretada contra el anillo de agarre 34 sin deslizamiento hacia atrás cuando la cámara 44 está exhausta de fluido presurizado. Si existe una necesidad de retirar el adaptador 10 desde el tubo 19, se puede aflojar el anillo 31 fuera de la sección media 12 y los muelles 39 retraerán el pistón de agarre 38 para liberar las garras 36.

Fluido hidráulico presurizado de nuevo, hasta 3000 psi, por ejemplo, aplicado al acoplador 73 extiende el pistón de junta de estanqueidad 57 para comprimir axialmente y extender radialmente hacia dentro las juntas de estanqueidad 56 sobre el exterior del tubo 19. El anillo espaciador 62 es deslizable en el contrataladro 51, permitiéndole transferir fuerza compresiva a la junta de estanqueidad axialmente exterior.

La efectividad de sellado de las juntas de estanqueidad 56 sobre el exterior del tubo 19 se puede verificar introduciendo un fluido presurizado en el puerto de prueba 64 y observando si se produce fuga de tal fluido a través de las juntas de estanqueidad. Cuando se determina que una junta de estanqueidad es adecuada, se gira el anillo de bloqueo 76 enroscado sobre el pistón de junta de estanqueidad 57 para apoyarse herméticamente contra el extremo respectivo de la sección media 12 para bloquear mecánicamente el pistón de junta de estanqueidad en posición. Taladros ciegos 84 están dispuestos en la periferia del anillo de bloqueo 76, accesibles a través de una ranura arqueada 86 en la pared de la sección de junta de estanqueidad 13 y están engranados con un pasador o llave de tuercas manipulados manualmente desde el lado exterior del adaptador 10 para apretar manualmente el anillo de bloqueo contra la sección media 21 efectivamente con ajustabilidad infinita proporcionada por las roscas engranadas entre sí. La compresión axial sobre las juntas de estanqueidad puede liberarse aflojando el anillo de bloqueo 76 fuera de la sección media. Ambas ranuras de acceso 83, 86 pueden cerrarse con un tapón de elastómero adecuado o similar.

El área del pistón de agarre 38 es mayor que la del pistón de junta de estanqueidad 57, de manera que donde se utiliza la misma fuente de presión para cada pistón, no se excede la resistencia compresiva de las juntas de estanqueidad 56.

Debería ser evidente que esta divulgación es a modo de ejemplo y que se pueden realizar varios cambios añadiendo, modificando o eliminando detalles, por ejemplo los taladros roscados 41 o sus equivalentes se pueden extender a través de la pared del segmento 12, eliminando de esta manera los taladros 43 de diámetro reducido.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un adaptador de tubo, que comprende una carcasa anular, una matriz anular de agarre (36) en la carcasa, una junta de estanqueidad anular (56) semi-rígida en la carcasa espaciada axialmente de las garras (36), un actuador de agarre hidráulico (38) en la carcasa para constreñir radialmente las garras (36) en acoplamiento de agarre con un exterior de un tubo que se extiende dentro de la carcasa, y un actuador hidráulico (57) de la junta de estanqueidad, hidráulica y mecánicamente independiente del actuador de agarre (38), para forzar la junta de estanqueidad radialmente en acoplamiento con un exterior del tubo, un primer bloqueo mecánico (31) para bloquear mecánicamente el actuador de agarre hidráulico (38) para mantener las garras (36) en contacto con el tubo y un segundo bloqueo mecánico (76) para bloquear mecánicamente el actuador hidráulico (57) de la junta de estanqueidad para mantener la junta de estanqueidad en contacto con el tubo.

2. Un adaptador de tubo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los actuadores de agarre y de la junta de estanqueidad incluyen pistones anulares (38, 57) respectivos, estando dispuestos dichos bloqueos mecánicos para mantener los pistones anulares en posiciones desplegadas extendidas independientemente de la presurización hidráulica de dichos actuadores.

3. Un adaptador de tubo de acuerdo con la reivindicación 2, en donde cada uno de dichos bloqueos mecánicos son anillos (31, 57) roscados internamente, enroscados sobre roscas externas de un pistón anular (38, 57) respectivo.

4. Un adaptador de tubo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las garras comprenden segmentos de agarre arqueados (36), el actuador de agarre comprende un primer pistón anular (38) y cámara hidráulica asociada, y el actuador de junta de estanqueidad comprende un segundo pistón anular (57) y una cámara hidráulica asociada, aislada mecánica e hidráulicamente del primer pistón anular (38) y cámara hidráulica asociada, y en donde el adaptador comprende, además, primero y segundo circuitos hidráulicos separados, cada uno de los cuales se extiende desde un exterior de la carcasa, respectivamente, hasta la cámara hidráulica del primer pistón anular y la cámara hidráulica del segundo pistón anular, siendo efectivo el fluido presurizado introducido en el primer circuito hidráulico para mover por la fuerza el primer pistón anular (38) axialmente hacia los segmentos de agarre (36), superficies de cuña que están dispuestas para constreñir radialmente los segmentos de agarre (36) sobre un tubo que se extiende en la carcasa y de esta manera restringen axialmente el tubo en la carcasa en respuesta al movimiento axial del primer pistón anular (38) hacia los segmentos de agarre (36), siendo efectivo el fluido presurizado introducido en la segunda cámara para mover por la fuerza el segundo pistón anular (57) axialmente hacia la junta de estanqueidad semi-rígida (56) para comprimir axialmente la junta de estanqueidad (56), para que constriña y selle axialmente sobre el exterior del tubo en la carcasa.

5. Un adaptador de tubo de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la junta de estanqueidad anular semi-rígida comprende dos anillos anulares (56) separados por un anillo rígido (62), un espacio axial entre los anillos (56) que está conectado por un circuito al exterior de la carcasa para permitir la efectividad de sellado d ellos anillos (56) sobre el tuno que debe ensayarse.

6. Un adaptador de tubo de acuerdo con la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en donde los pistones anulares (38, 57) están orientados en direcciones axiales opuestas.

7. Un adaptador de tubo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en donde un exterior del primer pistón anular (38) está roscado y un anillo de bloqueo (31) roscado internamente está montado sobre las roscas del primer pistón anular, siendo giratorio el anillo de bloqueo (31) sobre el primer pistón anular (38) para bloquear el primer pistón anular (38) en una posición extendida para retener mecánicamente los segmentos de agarre (36) engranados con el exterior del tubo.

8. Un adaptador de tubo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en donde un exterior del segundo pistón anular (57) está roscado y un anillo de bloqueo (76) roscado internamente está montado sobre las roscas del segundo pistón anular, siendo giratorio el anillo de bloqueo (76) sobre el segundo pistón anular (57) para bloquear el segundo pistón anular (57) en una posición extendida para retener mecánicamente la junta de estanqueidad anular semi-rígida (56) en compresión axial.

9. Un adaptador de tubo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, en donde dicha matriz anular de segmentos de agarre comprende segmentos (36) con una superficie exterior de doble cono, de manera que los segmentos (36) forman colectivamente un diámetro exterior mínimo de la matriz anular en extremos axiales opuestos de la matriz y un diámetro exterior máximo en una longitud media de la matriz, un anillo de agarre exterior en la carcasa sobre un lado de la matriz opuesto al primer pistón anular (38), el anillo de agarre y el primer pistón anular (38) que tienen taladros cónicos, siendo la superficie exterior de los segmentos de agarre complementaria tanto del taladro cónico del anillo de agarre como también del taladro cónico del pistón anular.

10. Un adaptador de tubo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la carcasa anular comprende tres secciones coaxiales anulares, que incluyen una sección de agarre (11), sección media (12), y una sección de junta de estanqueidad (13), estando fijadas la sección de agarre (11) y la sección de junta de estanqueidad (13) separadamente a la sección media (12), estando las garras (36) en la sección de agarre (11) y la junta de estanqueidad (56) en la sección de junta de estanqueidad (13),