MX2008000918A - Acumulador de presion para establecer suficiente energia para manejar y hacer funcionar equipo externo, y su uso - Google Patents

Abstract

Se describe un acumulador de presión (10) para establecer la energía necesaria para accionar y hacer funcionar equipos externos, tales como sistemas hidráulicos y/o mecánicos que incluyen un cuerpo principal (12) con una cámara principal (14) interior, longitudinal que estádividida en varias sub-cámaras. La cámara principal (14) interior, incluye al menos tres sub-cámaras (14a, 14b, 14c), que están separadas una de la otra con la ayuda de pistones intermedios (16, 18) comunes, en donde la primera de dichas cámaras es una cámara de compensación (14a) colocada para que tome la misma presión que las inmediaciones, la segunda de dichas cámaras es una cámara de expansión de gas (14b) que incluye un generador de gas (20) con un iniciador/detonador (22), y la tercera de dichas cámaras es una cámara de presión (14c) dispuesta para ser presurizada con la ayuda de la cámara de expansión de gas (14b), y para ejercer una fuerza sobre el equipo externo.

Description

ACUMULADOR DE PRESIÓN PARA ESTABLECER SUFICIENTE ENERGÍA PARA MANEJAR Y HACER FUNCIONAR EQUIPO EXTERNO, Y SU USO La presente invención se refiere a un acumulador de presión para establecer la energ ía necesaria para manejar y hacer funcionar equipos submarinos externos, tales como sistemas hidráulicos y/o mecánicos, que comprenden por un cuerpo principal con una cámara principal interior, longitudinal , que está dividida en al menos tres sub cámaras que están separadas una de la otra con la ayuda de pistones intermedios comunes, en donde la primera de dichas cámaras es una cámara de compensación, colocada para aceptar la misma presión que las inmediaciones, y la tercera de dichas cámaras es una cámara de presión. La invención se refiere a sistemas y métodos que usan normalmente una función acumuladora para crear la energía necesaria para accionar sistemas o equipos mecánicos o hidráulicos, y puede usarse para sistemas que necesitan energía acumulada para poder funcionar, independientemente de si el equipo está colocado en el fondo del océano, una plataforma, una nave, un aparato o en tierra. La expresión acumulador significa un sistema que tiene una característica que le hace posible almacenar energ ía con la ayuda de bombeo de gas o de un l íquido en una cámara o recipiente, el cual, antes o después, está expuesto o se expondrá a una presión opuesta con la ayuda de un gas comprimido, aire o una función de resorte. A esta función de acumulador se hace referencia aquí más adelante como la denominación del acumulador. De manera simplificada, la invención representará una función acumuladora que puede ser activada de acuerdo a las necesidades. La invención se refiere tanto a sistemas que utilizan la función acumuladora directamente en el cuerpo que debe ser activado, como a sistemas que usan la función acumuladora indirectamente por medio de sistemas hidráulicos o neumáticos. La invención será apropiada especialmente para sistemas que necesitan de una función acumuladora que normalmente se cargan por anticipado a la presión circundante para ser trasladados posteriormente hacia una presión circundante diferente. Las áreas comunes son equipo temporal para su uso en instalaciones en el fondo del océano. La invención será capaz de contribuir a una reducción considerable en las necesidades de equipo y de volumen , cosa que puede ser de importancia decisiva en mayores profundidades en el océano. Los métodos actuales para proporcionar energ ía acumulada a equipos que tienen que llevar a cabo trabajo temporal en instalaciones en el fondo del océano, en un alto grado se basan en cargar un acumulador por anticipado en la superficie, para crear una sobrepresión disponible en relación a las inmediaciones. Esta sobrepresión se reduce considerablemente si el acumulador se baja a una profundidad en el agua , por ejemplo, de 2000 metros, en donde la reducción de presión será de aproximadamente 200 bar. La reducción de sobrepresión normalmente se compensa aumentando el volumen del acumulador, algo que a su vez es relativamente demandante con respecto a equipos y espacio. Una gran parte de las tareas de un acumulador, cuando forma parte de sistemas provisionales para trabajar en agua para transportar agua o hidrocarburos en instalaciones en el fondo del océano, es dar soporte a sistemas de emergencia que normalmente no serán puestos en funcionamiento. Esto hace que una gran parte de la energía del acumulador sea energía para emergencias, la cual no se planea utilizar. De la técnica anterior, se debe señalar las patentes US 4,777,800, US 6,41 8,970, US 6,202,753 y EP 0078031 , entre otras. El primer documento mencionado se considera como el único más cercano en términos de técnicas y se refiere a un acumulador de presión para uso en conexión con equipo submarino. El acumulador de presión está dividido en tres sub-cámaras, y el acumulador de presión se carga solo cuando se baja hasta el fondo del océano. No se conoce un acumulador de presión para uso submarino con una cámara de expansión con un generador de gas con un detonador, de acuerdo con estos documentos. La presente invención tiene como objetivo el reemplazo de piezas de un sistema que requiere de un acumulador pre-cargado, reemplazando este con una unidad generadora de presión que puede ser activada cuando sea necesario, combinando tecnología existente y nueva tecnología con nuevos métodos y sistemas.

El acumulador de presión de acuerdo con la invención preferiblemente incluye un generador de gas, preferiblemente una unidad explosiva de combustión lenta que se coloca en una cámara con presión compensada. La cámara está conectada con el cuerpo o fluido que será expuesto a la energía, con la ayuda de un pistón o de una membrana. El elemento principal de la invención , el generador de gas, puede ser activado con la ayuda de uno o más detonadores independientes con sistemas asociados. También se puede colocar varios elementos generadores de gas independientes con sistemas de iniciación asociados, dentro de los marcos de las mismas cámaras de presión compensadas para lograr el efecto y/o redundancia deseados. El acumulador de presión de acuerdo con la invención se puede poner en un depósito coleccionable para producir tanto la energía necesaria como la redundancia, y también ofrece posibilidades de transportar un sistema usado del almacén para reemplazarlo con una unidad no utilizada, mientras que el sistema que necesita la energía está funcionando. Para instalaciones en el fondo del océano, el transporte del depósito puede llevarse a cabo preferiblemente mediante un veh ículo operado a distancia (ROV, según siglas en inglés). Adicionalmente, la cámara de presión y la cámara de compensación pueden estar provistas con válvulas que hacen posible purgar la presión en forma segura cuando la cámara ha sido utilizada o ha estado sometida a una presión circundante más alta que cuando se colocaron juntas.

Para activar el generador de gas por medio de una función detonadora, se puede utilizar varios sistemas alternativos, posiblemente en combinación, para llevar a cabo esto. Se puede usar tanto sistemas conectados directamente como sistemas acústicos u otros sistemas indirectos. Esta invención comprende una cámara de presión compensada para un generador de gas, unidad de encendido y un pistón o vejiga/membrana para la transferencia de fuerzas. La invención no tiene en consideración cómo se transfieren y utilizan las fuerzas que son generadas, y como tal cubre cualquier forma de estos métodos. Una modalidad preferida de un acumulador de presión de acuerdo con la invención se reconoce por la característica indicada en la reivindicación independiente 1 , mientras que modalidades alternativas están caracterizadas en las reivindicaciones independientes 2 hasta 9. Un área de aplicación preferida está definida en la reivindicación independiente 10, con la reivindicación dependiente asociada 1 1 . Las ventajas con un acum ulador de presión de acuerdo con la invención son que puede estar sin energía hasta que se activa, y puede ser activado de acuerdo con las necesidades. La invención , en principio, puede utilizarse en sistemas o equipos en tierra, en altamar, en el espacio, así como en sistemas en el fondo del océano. Ésta puede ser colocada en depósitos recolectables que están acoplados (se forma eléctrica e hidráulica) en el fondo del océano con la ayuda de un ROV. Éste puede estar conectado en paralelo para obtener el efecto y/o redundancia deseados. Se puede ajustar directamente sobre el equipo (por ejemplo un interruptor de válvula) que necesita energía. La sobrepresión puede ser despresurizada de forma segura en un taller, sobre cubierta, y el equipo o la invención se puede utilizar nuevamente después de alistarse. Otras ventajas son que el acumulador de presión puede estar equipado con todos los mecanismos de encendido que están disponibles comercialmente de manera normal , o con soluciones diseñadas especialmente. Por ejemplo, puede estar equipado con un detonador o activador que sea del así llamado tipo seguro, es decir, no hay necesidad, por ejemplo, de cierres para silencio de radio u otro sistema, o puede estar provisto con sistemas redundantes de activador/detonador, preferiblemente de una hechura diferente, o de diferentes lotes de producción. Puede ser activado ya sea con la ayuda de señales directas eléctricas o hidráulicas, o con la ayuda de métodos de disparo indirectos, tales como acústicos y electromagnetismo, y puede estar provisto con todos los generadores de gas (carga de energía de ignición lenta) que normalmente están disponibles comercialmente o con soluciones diseñadas especialmente. La invención será descrita ahora en más detalle con referencia a las figuras anexas, en las cuales: La figura 1 muestra una modalidad de un acumulador de presión de acuerdo con la invención . La figura 2 muestra una modalidad alternativa preferida de un acumulador de presión de acuerdo con la invención. La figura 3 muestra un acumulador de presión ilustrado en la figura 1 a presión atmosférica. La figura 4 muestra un acumulador de presión ilustrado en la figura 1 a la presión circundante que es más alta que la presión atmosférica. La figura 5 muestra un acumulador de presión ilustrado en la figura 4 que está activado. La figura 6 muestra la función de un acumulador de presión ilustrado en la figura 5. La figura 7 muestra un acumulador de presión ilustrado en la figura 2, en donde la acumulación de presión ha tenido lugar. La figura 8 muestra la función de un acumulador de presión (1 0) para establecer la energía necesaria para accionar y hacer funcionar un equipo externo, tal como un sistema hidráulico o mecánico, que comprende un cuerpo principal ( 12) con una cámara principal interior, longitudinal ( 1 4), que está dividida en varias sub-cámaras. La cámara principal interior (14) se ensancha preferiblemente a lo largo de toda la longitud del cuerpo principal y comprende una pluralidad , al menos tres, sub-cámaras (1 4a, 14b, 14c), que están separadas una de la otra con la ayuda de pistones intermedios comunes ( 1 6, 1 8). La primera de dichas cámaras es una cámara de compensación (14a) colocada para alcanzar la misma presión que las inmediaciones, la segunda de dichas cámaras es una cámara de expansión de gas (14b) que comprende un generador de gas (20) con un iniciador/detonador (22), y la tercera de dichas cámaras es una cámara de presión (14c) configurada para ser presurizada con la ayuda de la cámara de expansión de gas ( 14b) y para ejercer una fuerza sobre el equipo externo. La figura 1 muestra una construcción típica de la invención cuando se utiliza para generar presión contra la cámara de presión ( 14c). Como lo muestra la figura, un generador de gas (20) está colocado con un activador/detonador (22) asociado entre dos pistones (1 6, 18) en el interior del cuerpo principal formado como funda ( 1 2). La cámara principal interior (14), como se muestra en la figura, preferiblemente está dividida en tres cámaras con la ayuda de dichos pistones (1 6, 18). La cámara de compensación (1 4a) está separada de la cámara de expansión de gas (1 4b) con la ayuda de un pistón de compensación (16). La cámara de expansión de gas ( 14b) a su vez está separada de la cámara de presión ( 14c) con la ayuda del pistón de presión (1 8). Los pistones (1 6, 1 8) representan una barrera de presión movible entre las cámaras. Adicionalmente, las válvulas (26, 28) se configuran para purgar presión desde la cámara de compensación y/o desde al cámara de expansión de gas ( 14 a y 1 4b), respectivamente. En la cámara de compensación (14a), se coloca una válvula de no retorno (24) que evita que la presión de la cámara sea liberada nuevamente. La cámara de presión (1 4c) contiene un medio, por ejemplo, en forma de l íquido o de gas, el cual será presurizado. La cámara de presión ( 1 4c) comprende, en un extremo, una salida (30) que está acoplada al sistema que hará uso de la presión. Una vejiga, membrana o similar (no se muestra) puede estar colocada en dicho extremo o abertura de salida para la transferencia de presión hacia el equipo externo. El generador de gas (20) en la cámara de expansión de gas (1 4b) puede ser preferiblemente una carga explosiva de combustión lenta (desinflada) (carga de energía de combustión lenta). El activado (22) puede ser de varias formas y principios que sean apropiados con el generador de gas y con los requerimientos funcionales reales (temperatura y seguridad de combustión en particular). Un cable eléctrico (34) puede ser conducido preferiblemente en el activador/detonador (22) desde el exterior por medio de penetraciones especiales resistentes a la presión con un conductor eléctrico dentro q ue sea capaz de disparar el activador/detonador y de esta forma activar el generador de gas. La figura 2 muestra una modalidad alternativa preferida que está construida con el mismo principio mencionado en conexión don la figura 1 , con la excepción de que la presión que es generada en la cámara de expansión de gas (14c) es transferida directamente hacia un eje (32) por medio del pistón de presión ( 1 8). En esta configuración, se coloca una función de válvula (36) en la funda, de manera que cualquier l íquido o gas pueda ser evacuado sin crear una posible situación de aseguramiento. Una vejiga, membrana o similar también puede usarse si se desea para transferir presión hacia el equipo externo. La figura 3 muestra una modalidad de la presente invención según se describe para la figura 1 . El acumulador de presión ( 1 0) ha sido alistado bajo condiciones circundantes a presión atmosférica. Como se puede ver en el dibujo, la cámara de compensación ( 14a) está reducida ahora a un mínimo con una presión atmosférica, y la contrapresión en la cámara de presión (14c) también corresponde a la presión atmosférica. La figura 4 muestra una modalidad de la presente invención como la descrita en la figura 3. Como ejemplo, el acumulador de presión ( 1 0) es bajado aquí hasta una profundidad de 2000 metros en el océano. Como puede verse en la figura, la cámara de compensación (1 4a) tiene ahora la misma presión que los alrededores. Esto conduce a que el acumulador de presión ( 10) obtenga el efecto completo de la presión que tiene que ser generada en la cámara de expansión de gas ( 1 4c) sin tener que superar primero la presión circundante. La figura 5 muestra el acumulador de presión según se describe en la figura 4, con la diferencia de que el generador de gas (20) se activa con la ayuda del iniciador/detonador (22) y que la acumulación de presión ha tenido lugar. El acumulador de presión ( 1 0) está presurizado ahora y representa energía almacenada disponible. La figura 6 muestra el acumulador de presión según se describe en la figura 5, con la diferencia de que tiene un consumo de energía desde la cámara de presión ( 14c), la cual a su vez conduce a un cambio de posición mediante el pistón de presión ( 1 8), y a una reducción de energía remanente en la cámara de presión ( 14c). La figura 7 muestra el acumulador de presión según se describe en la figura 2, en donde el generador de gas (20) es activado con la ayuda del activador/detonador (22) y la acumulación de presión ha tenido lugar. La figura 8 muestra el acumulador de presión según se describe en la figura 7, en donde la presión acumulada ha ejercido una fuerza suficientemente grande sobre el pistón de presión ( 1 8) y el eje (32) que ha cambiado esta posición hasta una posición activada .

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1 . Acumulador de presión (1 0) para establecer la energía necesaria para accionar y hacer funcionar equipo submarino externo, tal como sistemas hidráulicos y/o mecánicos, que comprende un cuerpo principal ( 12) con una cámara principal longitudinal interior ( 14) que está dividido en al menos tres sub-cámaras (14a, 14b, 1 4c), las cuales están separadas una de la otra con la ayuda de pistones intermedios comunes ( 16, 18), en donde la primera de dichas cámaras es una cámara de compensación (14a) colocada para acumular la misma presión que las inmediaciones, y la tercera de dichas cámaras es una cámara de presión (14c), caracterizado porque la segunda de dichas cámaras es una cámara de expansión de gas (1 4b) que comprende un generador de gas (20) con un iniciador y/o detonador (22) y caracterizado además porque dicha cámara de presión (14c) está colocada para ser presurizada con la ayuda de la cámara de expansión de gas (1 4b) y para ejercer una fuerza sobre el sistema externo.

2. Acumulador de presión (10) de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque uno de dichos pistones es un pistón de compensación (1 6) colocado entre la cámara de compensación ( 14a) y la cámara de expansión de gas (1 4b), y caracterizado además porque dicho pistón es un pistón a presión ( 1 8) colocado entre la cámara de expansión de gas ( 14b) y la cámara de presión (14c).

3. Acumulador de presión (1 0) de acuerdo con la reivindicación 2 , caracterizado además porque se proporciona una función de válvula de no retorno (24) hacia las inmediaciones en la cámara de compensación ( 14a), y caracterizado además porque una válvula de purga (26 y 28, respectivamente), está colocada en la cámara de compensación ( 1 4a) y/o en la cámara de expansión de gas (14b).

4. Acumulador de presión (10) de acuerdo con las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado además porque dicha cámara de expansión de gas ( 14b) contiene un material explosivo de combustión lenta como generador de gas.

5. Acumulador de presión ( 1 0) de acuerdo con las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado además porque dicha cámara de expansión de gas (14b) contiene un material químico como generador de gas.

6. Acumulador de presión (1 0) de acuerdo con una o más de las reivindicaciones 2 hasta 5, caracterizado además porque la cámara de presión (14c) incluye una abertura de salida (30) colocada para liberar presión de salida para influir sobre el equipo externo.

7. Acumulador de presión (1 0) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado además porque una vejiga, membrana o similar está colocada colindante a dicha abertura de salida (30) para transferencia de presión hacia el equipo externo.

8. Acumulador de presión (1 0) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado además porque dicho pistón de presión ( 1 8) comprende un eje (32) que se extiende a través de la abertura de salida (30) en la cámara de presión (1 4c), en donde el eje (32), cuando la presión en la cámara de presión ( 14c) es liberada, se configura para influir en el equipo externo.

9. Acumulador de presión (1 0) de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado además porque la cámara de presión ( 14c) incluye una función de válvula(36).

10. Uso de un acumulador de presión (1 0) de acuerdo con una o más de las reivindicaciones 1 hasta 9, en el cual el acumulador de presión (1 0) está colocado en el equipo que se utiliza en conexión con sistemas de pozos en el fondo submarino, de manera permanente o temporal. 1 1 . Uso de un acumulador de presión (1 0) de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado además porque el acumulador de presión (1 0) es parte de sistemas de emergencia temporales que normalmente no se accionarán en conexión con trabajo de transporte de agua o de transporte de hidrocarburos desde instalaciones en el fondo del océano, y caracterizado además porque el acumulador de presión se activa ya sea con la ayuda de señales eléctricas o hidráulicas directas, o con la ayuda de métodos de ignición indirecta, tales como acústicos o con electro magnetismo.