REFERENCIA RECÍPROCA A SOLICITUDES RELACIONADAS La presente invención reclama el beneficio te la solicitud provisional Serie N° 6C/565.750, consignada el 27 de abril de 2004 y titulada "Cabrestante Eléctrico", y la incorpora por referencia. ANTECEDENTES La presente invención se refiere en general a unos métodos y aparatos para elevación y alzado. De manera particular, la presente invención se refiere a unos cabrestantes y más específicamente a unos cabrestantes usados para elevar personal. En muchos ambientes de trabajo, se requiere que el personal realice ciertas funciones en lugares elevados en donde las plataformas u otras superficies de trabajo no son provistas. En estas situaciones, un cabrestante, u otro tipo de aparato elevador, es a menudo usado para elevar y soportar al trabajador mientras que realiza la tarea. Entre los ambientes de trabajo en los cuales los cabrestantes son comúnmente usados para manejar personal están las plataformas y embarcaciones de petróleo y gas a distancia de la costa. Muchas instalaciones tienen cabrestantes dedicados, especialmente diseñados, que son usados solamente para manejar personal. ¦ Estos cabrestantes son conocidos cerno cabrestantes 'montahombres* y a menudo son dise ados con mayores factores de diseño de seguridad en comparación con los cabrestantes estándar de uso corrien e. En ciertas regiones, tales como los Sectores Noruego y del Reino Unido del Mar del Norte, los cabrestantes montahombres están sujetos a unas normas y regulaciones estrictas como equipo usado en el manejo de personal. Los cabrestantes monta ombres, que deben soportar de manera segura a un trabajador en una posición elevada de trabajo; también deben permitir a ese trabajador cierta libertad de movimiento para realizar la tarea asignada. A menudo es difícil balancear la necesidad de un soporte completo de seguridad y contra caldas con la necesidad e permitir ai trabajador que es soportado cierta libertad de movimiento. Asi, queda la necesidad de desarrollar unos métodos y aparatos para cabrestantes desarrollados dentro de las normas y regulaciones, tales como aquéllos usados en Mar del Norte, que gobiernan equipos para manejar personal, que superen, algunas de las dificultades precedentes mientras que proporcionan unos resultados globales más ventajosos. SUMARIO DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS Los problemas discutidos anteriormente son encarados por unos aparatos y métodos para operar un sistema de cabrestante que comprende un alambre devanado sobre un tambor montado giratoriamente a un eje. Un imán permanente es montado al tambor de tal modo que, cuando una corriente eléctrica es aplicada a un bobinado enrollado montado ai eje, el tambor gira en torno al eje. El cabrestante comprende un primer sistema de frenado que controla la rotación del tambor en torno al eje controlando la aplicación de la corriente eléctrica al bobinado enrollado. El cabrestante también comprende un segundo sistema, de frenado que engancha mecánicamente el tambor de modo a prevenir la rotación del tambor en torno a-1 eje. El cabrestante es usado conjuntamente con un sistema de control que facilita el uso del cabrestante para la elevación y el soporte de personal que trabaja en ambientes elevados.
Las realizaciones preferidas incluyen un cabrestante eléctrico que .utiliza, un motor eléctrico de imán permanente integrado al carrete de cacle de alambre. El motor eléctrico de imán permanente proporciona un frenado de emergencia inducido por resistor y una bajada da emergencia controlada por motor si se pierde energía. Debido a que la velocidad y el momento de torsión del motor pueden ser controlados de manera fácil y precisa, las realizaciones preferidas pueden incluir funciones de trepado y caminado para soportar de manera segura el movimiento del trabajador mientras ¾ue se mantiene la seguridad. Algunas realizaciones son configuradas para montaje en parte superior de cabria, es decir, un numero reducido de cables de acero. Debido a que el motor es integrado al tambor, se reduce el número total de partes requeridas. El cabrestante totalmente eléctrico no requiere otras fuentes de energía, es decir, suministros hidráulicos o neumáticos. Asi, la presente invención comprende una combinación de caracteristicas y ventajas que le permiten superar varios problemas de dispositivos previos. Las varias caracteristicas descritas anteriormente, asi come ctras características, serán fácilmente evidentes para aquéllos versados en el arte durante la lectura de la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferidas de la invención, y mediante referencia a los dibujos acompañantes. 3R5VE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una descripción más detallada de las realizaciones preferidas de la presen-e invención, se hará referencia ahora a los dibujos acompañantes, en los cuales: la Figura 1 es una representación esquemática de un sistema de- cabrestante construido de acuerdo con las realizaciones de la invención; la Figura 2 es una visca en sección transversal del cabrestante de la Figura 1; y la Figura 3 es una vista esquemática de una unidad de control remoto del sistema de la Figura 1. DESCRIPCIÓN DETALLADA D£ LAS REALIZACIONES PREFERIDAS Haciendo referencia ahora a la Figura 1, se muestra un diagrama esquemático que ilustra la interconexión del sistema de cabrestante 10. El sistema de cabrestante 10 comprende el cabrestante 120, el panel de control 140, la estación operadora local 160, la unidad de base 180 y el control remoto 190. El cabrestante 120 es un tam or 122 operado por motor eléctrico montado en un bastidor 124. El alambre 126 es devanado sobre el tambor 122 y se axtiende desde la parte inferior del bastidor 124. Un sistema de frenado mecánico 126 es montado al tambor 122. El panel de control 140 es servido po:: el cable de energia 130 e incluye la electrónica requerida para operar el cabrestante 120. Esta electrónica puede inclui controladores lógicos progra ables ccn un sistema de control, una unidad de frecuencia, un sistema de distribución de energia, resistores y relés eléctricos y barreras. El panel ce control 140 suministra señales de control y energia al cabrestante 120 a lo largo de la conexión 132. La estación operadora local 160 es conectada al panel de control 140 por medio de la conexión 134, la cual transmite señales de control para el cabrestante 120 al panel de control 140. La estación operadora local 140 puede incluir un juego completo de interruptores de control, incluyendo activadores para funciones de emergencia tales como detención y bajado. La estación operadora local 160 es montada fijamente a la instalación en un lugar deseado. Diversas estaciones operadoras locales 160 pueden ser conectadas a un solo panel de control 140 y estar equipadas con enelavamien os para prevenir el uso de más de una estación operadora a la vez. Similarmente, ur.a estación operadora local 160 puede comunicarse selectivamente con diversos paneles de control 140 para controlar un cabrestante 120 seleccionado. La unidad de base 180 y el control remoto 190 operan conjuntamente para proporcionar una operación remota y móvil del cabrestante 120. La unidad de base 180 comprende una unidad de comunicaciones por radio que puede estar alojada en un área segura y está conectada al panel de control 140 y se comunica con el mismo por medio de la conexión 182. El . control remoto 190 incluye unos controles 192 de operador y un transmisor de radio para transmitir señales 194 a la unidad de base 180. En algunas realizaciones, el control remoto 190 puede ser conectado a la unidad de base 180 por un cable. Una vista en sección transversal del cabrestante 120 es mostrada- en la Figura. 2. SI cabrestante 120 incluye el bastidor 124, el tambor 122 y el sistema de frenado 128. El cabrestante 120 es preferiblemente construido para una instalación por arriba, el alambre extendiéndose hacia abajo con el fin de reducir el desgaste del alambre y eliminar los problemas de flojedad del alambre y devanado, tales como retroceso. El cabrestante 120 es preferiblemente construido S como un motor de imán permanente al revés en Gonce el tambor 122 gira en torno al eje 206. El motor es controlado, en frecuencia, proporcionando un control complete sobre la velocidad y el momento de torsión del motor. El tambor 122 rodea y está fijamente unido al rotor 202 que incluye imanes permanentes. El rotor 2C2 está dispuesto en torno al estator 204 que está conectado fijamente al eje 206 y es formado a partir de bobinados enrollados. El e e 206 y el estator 204 están conectados de manera estacionaria al bastidor 124 de modo que, cuando un corriente es aplicada al estator 204, el tambor 122, soportado por cojinetes 208, gira en torno al eje 206. El tambor 122 es preferiblemente elaborado con ranuras enrolladas hacia Is derecha que devanan una capa de alambre de 10 mm. La velocidad del tambor es mon erizada por un codificador digital externe. ?1 sistema de frenado 12S puede incluir tres sistemas de frenado diferentes, a saber, un freno de motor eléctrico, un freno externo autoprotectivo, y un freno de imán de motor. El motor eléctrico opera como un frene de motor eléctrico reduciendo- la velocidad y el momento de torsión del rotor reduciendo la corriente eléctrica suministrada a los bobinados enrollados. La velocidad . y el memento de torsión pueden ser "menitorizados por el sistema de control, y la velocidad del motor es controlada para reducir y detener el tambor de acuerdo con las señales del operador. ün freno 210 externo autoprotectivo es' energizado y se desengancha cuando arranca el cabrestante. El freno 210 controla el piñón 212 que engancha el engranaje 214 que está conectado al tambor 122. El freno 210 permanecerá desenganchado hasta que el cabrestante 120 sea •apagado o un interruptor de emergencia sea presionado. El freno 210. también se enganchará en caso de falla de energía y puede ser manualmente desenganchado accionando la palanca 216. En caso de falla de energía al motor y una falla del ¿reno 210, el motor comenzará a actuar como un dinamo. 3n ese modo el tambo 122 girará y arriará alambre a una tasa lenta constante de acuerdo con la carga en el alambre. Una bajada de emergencia a alta velocidad será imposible. El cabrestante 120 puede estar también equipado con una disposición para la liberación manual del freno desde el piso de perforación. Una válvula neumática sobre el piso de perforación suministra aire a un cilindro neumático sobre el cabrestante activando la palanca de freno 216. Cuando se corta el aire, el freno es aplicado. La velocidad del cabrestante estará aún limitada por la disposición de resistores. Para asegurar un devanado correcto del alambre, el cabrestante 120 es preferiblemente elaborado para solamente una capa de alambre sobre el tambor 122. Además de esto, el tambor está provisto de ranuras 218. El alambre es guiado sobre el tambor usando unos rodillos de guia 220 que presionan el alambre en las ranuras. El sistema de energía que opera el cabrestante 120 puede también comprender un convertidor de frecuencia - que incluye- un- supresor de frenado para operar el motor del cabrestante en el sentido de las agujas dei reioj y en el sentido contrario a las agujas del reloj. Un resistor de frenado puede ser usado para disipar la energía regenerada cuando se frena con el motor eléctrico. Una disposición de contactador/resistor puede ser suministrada para poner en cortocircuito los bobinados del motor para frenar en caso de pérdida del convertidor de frecuencia y para protección contra sobre-voltaje · del motor. El sistema de control del cabrestante puede estar equipado con un contactador libre de potencial separado que puede estar conectado a otros circuitos de paralización da energencia de máquinas en el piso de perforación, inhabilitando otra maquinaria conectada cuando el cabrestante esté en operación. En aparejos de perforación con un sistema avanzado de control y monitoreo de perforación, el cabrestante puede ser fácilmente incorporado al sistema anti-colisión del aparejo. El cabrestante también puede estar provisto de un sistema de compensación de movimientos alternantes hacia arriba y abajo, haciendo que le sea posible trabajar sobre equipos de pozo fijos en una embarcación flotante. Una realización de control remoto 190 es mostrada en la Figura 3. El control remoto 190 incluye un interruptor ce encendido/apagado 300, una palanca de mando 302, un interruptor de arranque/parada 304, un betón de caminar 306, un botón de trepar 308, una pantalla 310, unos controles de pantalla 312 y 314, unas luess ce advertencia 316 y 318, y un botón de parada de emergencia 320. Una vez cue el control remoto 190 es activado per el interruptor de encendido/apagado 300, el presionado del botón de arranque/parada 304 enviará una señal de pulso al panel de control 140 para iniciar una secuencia de arranque durante la cual el motor será energizado, la disposición de resistor de freno será inhabilitada y el freno será soltado. El presionado del interruptor de arranque/parada 204 iniciará nuevamente una secuencia de parada durante la cual la velocidad del motor es llevada a cero, el freno mecánico es s aplicado y la disposición de resistor de freno es habilitada. Cuando la secuencia de paralización es confirmada, el motor es desenergizado . Para operar el cabrestante hacia arri a o nacia abajo se utiliza la palanca de mando 302. La palanca de mando 302 está preferiblemente provista de un agarre de interrupción automática, es decir, un interruptor de activación separado, en el mango de la palanca de mande. El interruptor da activación debe ser presionado con la palanca de mando 302 en la posición cero con el fin de arrancar las operaciones. Si el interruptor de activación es soltado durante la operación con la palanca de mando 302 fuera de la posición cero, el cabrestante continuará funcionando, pero un nuevo arranque desde la posición cero requiere presionar el interruptor de activación. Cuando se recibe la señal ce elevar desde la palanca de mande 302, el convertidor de frecuencia cambiará la velocidad del motor de acuerdo con la posición de la palanca de mando. La máxima velocidad y aceleración de elevación ce limitada por el sistema de control. Cuando se baje la carga en la operación normal, el convertidor de frecuencia/suprescr de frenado medirá el voltaje del colector de CD y arrancará la operación (disipando la energía regenerada en el resistor de frenado) cuando se exceda el límite preestablecido. La tensión máxima en el alambre será controlada por el convertidor ce frecuencia. En caso de fuerza externa excesiva, la tensión no excederá un valor codificado programable. El cabrestante estará equipado con un sensor para topes de posición superior e inferior, tales que una señal proveniente de este sensor causará que el cabrestante se detenga en la posición hacia abajo independientemente de otras señales de control. La palanca de mando puede ser operada en posición "izquierda", er. esta posición el cabrestante está en modo de velocidad de movimiento lento, proporcionando 10% máximo de la velocidad normal. El cabrestante 120 puede ser equipado con una función de trepar 308 que puede .aer seleccionada/deseleccionada en el panel de control remoto. Cuando es seleccionada, la persona montada puede ajustar su posición aplicando fuerza adicional en la dirección hacia abajo o aliviando la tensión en una dirección hacia arriba. Los limites máximos da velocidad en ambas direcciones son 0,15 m/s cuando esta funci n es activada. El operador puede, en todo momento, tomar el control del movimiento usando la palanca de mando, la cual desactiva la función de trepar. El cabrestante 120 puede ser también equipado con una función de caminar 306 que puede ser seleccionada/ deseleccionada en el panel de control remóte. Cuando es activada, el cabrestante 120 mantendrá una baja tensión constante en el alambre, previniendo una situación de alambre flojo. La persona montada puede moverse de un lado a otro con una pequeña tracción en el alambre. La función puede ser solamente activada cuando la carga es inferior al 15% de la carga máxima. En caso de que una persona caiga desde una posición elevada con esta función activada, la persona será bajada con una velocidad preestablecida de C,15 m/s. El operador puede, en todo momento, tomar el con-rol de la operación del cabrestante, activando la palanca de mando, lo cual desactiva la función de caminar.
Cuando el sistema de control detecta un "alambre flojo", un bombillo indicador rojo 316 se iluminaré sobre la consola. La función de alambre flojo detendrá el movimiento hacia abalo si la tensión del alambre cae por debajo del 2% de la tensión máxima. Esta función es anulada operando el cabrestante en un modo de velocidad de movimiento lente. Haciendo referencia nuevamente a la Figura 1, el cabrestante 120 es equipado con dos paradas de emergencia. Una está localizada en la consola I9C de control remeto, la otra en la estación operadora local 160. Sor. unos botones de parada de emergencia 220 (véase la Figura 3) conectados por cable que engancharán el freno mecánico, engancharán el freno magnésico y desconectarán la energía del motor. El presionado del interruptor 220 de arada de emergencia detendrá inmediatamente el cabrestante 12C y aplicará el frene de estacionamiento . La energía al motor también será cortada pero el sistema de control 140 aún estaré monitor!zando el cabrestante 120. Cualquier detección de fallas internas, incluyendo exceso de velocidad, exceso de tracción, problemas de energía y problemas |de comunicaciones, también producirán una paralización de emergencia. Para estar en capacidad de bajar Is carga en caso de falla del equipo o pérdida de energía, el cabrestante 120 está equipado con un circuido de bajada de emergencia. Esta disposición bajará la carga de una manera controlada en caso de pérdida de energía desde' el convertidor de frecuencia. Si el frene mecánico esté enganchado y el control remoto PLC está trabajando, el frene puede ser soltado operando un interruptor de liberación de emergencia en la estación operadora local 160. /i la energía de control al circuito de liberación de freno de emergencia proviene del sistema UPS del aparejo. Un puente de diodos permitirá una se.f.al doble de liberación de freno, tanto para PLC (en la operación normal) como para el circuito de bajada de emergencia. La detección de exceso de velocidad aún eetará operando, y si se detecta exceso de velocidad, el freno se enganchará. En caso de falla en el sistema de control remoto/PLC, pero con la energía UPS disponible, la carga puede ser bajada activando el interruptor de bajada de emergencia en la estación operadora local 160. En caso de que no haya energía UPS disponible, el freno mecánico puede ser desenganchado manualmente por una palanca 216 operada a mano (véase la Figura 2) en el freno. En ese modo, la velocidad del cabrestante aún estará limitada por la disposición de resistores y todas las caracteristicas de seguridad del sistema de control están inhabilitadas. La velocidad de bajada de emergencia esté siempre limitada por la resistencia de frenado del motor (efecto dinamo) y la carga que está siendo bajada. La caída libre nunca será posible, excepto por ruptura del alambre o falla mecánica completa del cabrestante. El cabrestante 120 también puede estar equipado con una disposición para la liberación manual del freno desde el piso de perforación. Una válvula neumática manual en el piso de perforación puede suministrar aire a un cilindro neumático en el cabrestante que activa la palanca de freno 216 (véase la
Figura 2) . Cuando el aire es interrumpido, el freno es aplicado. La velocidad del cabrestante aún estará limitada por la disposición de resistores. Una característica de elevación t2 manivela puede ser insertado ai tambor, y al alambre del cabrestante puede ser manualmente devanado en una relación de engranajes de 1:8. En caso de pérdida de energía principal ai convertidor de frecuencia, el freno mecánico enganchará y la disposición de resistores de bajada de emergencia/contactadores se asegurará de que el motor no genere exceso de voltaje en los terminales del motor. En caso de pérdida de energia al PLC, el freno mecánico enganchará y la disposición de resistores de bajada de emergencia/contactadores se asegurará de que el motor no genere exceso de voltaje en ios terminales del motor. La falla de PLC causará que el freno mecánico enganche y el contactador de bajada de emergencia pondré en cortocircuito los bobinados del motor sobre la disposición de resistores de bajada de emergencia. Sí el PLC detecta una falla en el sistema de control remoto ^190_ el cabrestante^ 120 será apagado en una secuencia segura. Todas las funciones especiales serán apagadas- La velocidad será puesta en cero, y después de 3 segundos el. freno mecánico seré aplicado. La falla de control remoto causará que el freno mecánico enganche y el contactador de bajada de emergencia pondrá en cortocircuito los bobinados del motor sobre la disposición de resistores de bajada de emergencia. La falla en el sistema de control remoto 190 no afectará la operación desde la estación operadora local 160, la cual siempre puede ser activada. La f lla del convertidor de . frecuencia causará que el f eno mecánico enganche y la disposición de resistores de bajada de emergenc a con ac a ores se asegu exceso de voltaje en los terminales del moto . En todo momento, el PLC monitóréará y regulará la velocidad del tambor del cabrestante mediante el uso de dos sensores independientes. En caso de que la velocidad exceda el límite preestablecido, el FLC engancharé el freno mecánico. La detección tiene la misma prioridad en la espira de parada de emergencia que el botón pulsador de parada de emergencia. Sn todo momento, el PLC monitoreará la tensión del alambre a - través del momento de torsión del motor. En. caso de que la tensión exceda el limite preestablecido, el cabrestante arriará cable a menos que la velocidad exceda el limite de exceso de velocidad. Como una medición de momento de torsión de respaldo, la corriente de entrada al convertidor de frecuencia es monitoreada. Si. la corriente excede un limite preestablecido, el cabrestante será detenido y apagado. El PLC puede ser equipado con un software de monitoreo y. diagnóstico del' sistema. Este software monitcrea el estado del PLC, el convertidor de frecuencia y el control remoto por radio, y- también los enlaces de comunicaciones y la instrumentación en el cabrestante. Cualquier falla detectada generará una alarma. Las aiarmas generan ur. mensaje que será mostrado en la pantalla de cristal líquido 310 en la consola remota por radio 190 (véase la Figura 3). La consola remota de radie ISO puede estar equipada con un software de monitoreo y diagnóstico del sistema. Los errores internos relacionados con la consola remota de radio 190 serán mostrados en la pantalla de cristal liquido 310 en la consola. El convertidor ce frecuencia es equipado con un software de / monitoreo y diagnóstico del sistema. Los errores internos relacionados con el convertidor de frecuencia serán mostrados en una pantalla de cristal liquido en el convertidor de frecuencia. Las características únicas de este cabrestante se derivan del motor eléctrico que es usado. Éste es un motor de imán permanente de rotación lenta integrado al tambor. De esta manera se logra un muy buen control del momento de torsión, lo cual puéde ser usado para varias funciones nuevas. También, este motor produciré momento de torsión incluso a pérdida de energía, de modo que la caída libre normal es inposible. ¦ Aunque unas realizaciones preferidas de esta invención han sido mostradas y descritas, unas modificaciones de las mismas pueden ser efectuadas por aquéllos versados en el arte sin apartarse del alcance o las enseñanzas de esta invención. Las realizaciones descritas en la presente son ejemplos solamente y no son limitativas. Muchas variaciones y modificaciones del sistema y aparato son posibles y están dentro del alcance de la invención. Por ejemplo, las dimensiones relativas de las varias partes, ios materiales a partir de los cuales las varias partes son elaboradas, y otros parámetros, pueden ser variados, siempre que el aparato de cabrestante retenga las ventajas discutidas en la presente. Por consiguiente, el alcance de protección no esté limitado a las realizaciones descritas en la presente, sino que está solamente limitado por las reivindicaciones que siguen, cuyo alcance deberá incluir todos los equivalentes del contenido de las reivindicaciones.
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