WO2023049980A1 - Conexão de cabo umbilical com robô para intervenção em dutos remotamente controlado - Google Patents

Conexão de cabo umbilical com robô para intervenção em dutos remotamente controlado Download PDF

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André Viegas Wentz
Augusto Parigot DE SOUZA
Frederico Eggers
Anselmo Luís da Silva JÚNIOR
Lucas Bianco Garcia DA SILVA
Hugo Francisco Lisboa SANTOS
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    • H02G15/20—Cable fittings for cables filled with or surrounded by gas or oil
    • H02G15/24—Cable junctions

Definitions

  • the present invention is based on the development of a solution for a connection structure for equipment operating within pipelines.
  • Document CN209241285U reveals a utility model that aims to form a structure for locking and controlling umbilicals in an underwater robot.
  • the structure has the advantages of being simple, providing a small space for the umbilical, fixing and protecting the umbilical from damage.
  • the document is not capable of making bends with radii as small as five times the diameter of the duct (5D).
  • Document CN108177743A discloses a bullet-type device for connection between an umbilical and a ROV. Allows greater flexibility in turning the ROV underwater, reducing the need for electrical insulation, preventing cracks caused by torsion.
  • the document is not capable of making bends with radii as small as five times the diameter of the duct (5D).
  • Document US7906727B2 discloses a bullet-type connector for umbilicals, and for a method of disconnecting an umbilical from a bullet-type connector.
  • the bullet connector described herein comprises a tapered nose cone, a body comprising a cylindrical housing, a cylinder removablely mounted on the cylindrical housing, and a locking plate removablely attached to the lower region of the cylinder.
  • the document is not capable of making bends with radii as small as five times the diameter of the duct (5D).
  • the present invention proposes a connection structure for a robot that operates inside pipelines, since its small size allows high traction in restricted spaces. It can be applied to compose the connection structure of robotic systems of intervention that operate on traction. It can also be used to connect two umbilicals without using a large volume connector.
  • Umbilical cable connection with robot characterized by making the connection between two systems, at least one splice box (1) and at least one splice hood (5).
  • FIG. 1 illustrates a section of the splice box solution
  • FIG. 2 illustrates a sectional view of the splice hood solution inside the splice box
  • FIG. 3 illustrates the connection with the umbilical on the left and the connection with the robot on the right;
  • FIG. 4 illustrates the assembly of the gripping system, images without anchoring the umbilical aramid sleeve
  • the solutions Prior to the present invention, the solutions had a metal housing and were therefore too large and could not be applied inside pipelines. In state-of-the-art connectors, it is not possible to connect hydraulic or high-current lines from the top, in addition to the dimensions in relation to the few connectors available, it ends up making their use in flexible ducts unfeasible. [0016] By consuming space in the longitudinal direction, the present invention does not require space in the diameter of the section for the connectors between the umbilical and the robot to be spliced. The springs covered by the fiber sleeve physically protect the components and transmit the mechanical traction between the robot and the umbilical cable.
  • the rubber hood inside the spring creates a watertight compartment protecting the connectors from the aggressive environment, so we can connect several items along the splice hood and still perform the 5D curves (curvature radius equal to 5x the riser diameter) found in flexible ducts.
  • the solution found by this application solves the connection problems between two systems, the robot and the umbilical cable. It solves the prior art problem, using a splice box (1) which contains a splice hood (5).
  • the splice box as shown in Figure 1, is composed of two inverted anchorages (2), which are the screwed assembly of components 21 and 22 and the screwed assemblies of 23 and 24, in which each set is part of the anchorage of the sleeve wire, separated by a spring (4), mechanically interconnects the umbilical with the robot, transmitting traction through the wire sleeve (3), which allows high flexibility to make curves.
  • the anchorages are characterized by having a housing for an anchorage ring (9) through which the fabric is laced. Its connections are fixed through screws.
  • an anchorage ring 9
  • Its connections are fixed through screws.
  • the splicing hood (5) seen in section in Figure 2, protects the exposed cables of the umbilical (pig-tails), anchoring itself to the exposed polymer of the umbilical cable (13) through the gripping system (12) ( Figure 4d).
  • the splice coping (5) has two corrugated copings (15) in its design (which may be as many as necessary), joined by a transition flange (8), Figure 5.
  • the cover of the splicing hood serves as an interface for the connectors that will be crimped on the exposed cables.
  • Item 25, in Figure 2 is a traditional connector for the umbilical, which receives the inverted anchoring set (2), directly mechanically connected to the component (21) and (22), also by screwing.
  • the umbilical cables (26) can be hydraulic hoses, electrical cables or fiber optic conduit.
  • the cover (7) of the splice hood (5) is where the connectors are located that take the umbilical cable connections (26) out of this protection environment.
  • Figure 3a illustrates an assembly stage where the aramid sleeve is anchored to part 21 only, allowing access to the screws that secure this anchorage to the connector (25) of the umbilical cable where these screws are under traction.
  • Figure 3b illustrates the last assembly step, when the splice box is connected to the robot load cell (14) by screws under shear.
  • Figure 4a and Figure 4b show the assembly steps of the gripping system, respectively inserting first the interface cover (6) with the umbilical (13), then the gripper (10) and, finally, the closing stop (11 ) ( Figure 4c), screwing the entire system.
  • the grip (10) is a wedge that produces a force to fix the umbilical cable (13) to prevent slipping.
  • the splicing hood (5) assembled can be seen in Figure 5 and the complete solution with the splicing box (1), in Figure 6.
  • the splicing hood (5) is mounted.
  • the spring (4) introduced over the splicing hood.
  • the aramid sleeve (3) covering the spring (4).
  • the assembly shows that it is possible to make electrical, hydraulic and mechanical connections in a reduced space compared to previous technology solutions.

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Abstract

A presente invenção propõe uma estrutura de conexão de um robô que opera dentro de dutos, visto que seu tamanho reduzido permite altas trações em espaços restritos. Pode ser aplicada para compor a estrutura de conexão de sistemas robóticos de intervenção que operam sobre tração podendo ser usada também para ligar dois umbilicais sem que seja usado um conector de grande volume. Sendo assim, solução encontrada pelo presente pedido resolve os problemas de conexão entre dois sistemas, o robô e o cabo umbilical e resolve o problema do estado da técnica, usando uma caixa de emendas (1) que contém internamente uma coifa de emendas (5).

Description

‘“CONEXÃO DE CABO UMBILICAL COM ROBÔ PARA INTERVENÇÃO EM DUTOS REMOTAMENTE CONTROLADO” Campo da Invenção
[0001] A presente invenção está baseada no desenvolvimento de uma solução para uma estrutura de conexão de equipamentos que operam dentro de dutos.
Descrição do Estado da Técnica
[0002] Para o funcionamento de um sistema robótico remotamente controlado é necessária sua comunicação com a superfície, hoje comumente realizada através de um cabo umbilical. Para isto, é necessário conectar este robô com seu cabo umbilical, de maneira permanente ou não.
[0003] Devido à alta tração do sistema robótico para puxar o cabo umbilical, é necessário que as estruturas consumam excessivo espaço para resistir às solicitações mecânicas, o que dificulta a aplicação em dutos de diâmetro restrito, visto que é necessário espaço interno para a realização de conexões e/ou passagem de cabos.
[0004] Em dutos flexíveis é necessária a realização de curvas por parte do robô, podendo essas curvas ter raios de dobra tão pequenos quanto cinco vezes o diâmetro do duto (5D), logo a solução deve ser pequena e aceitar curvaturas deste tipo.
[0005] A operação do robô pode se dar em ambiente contendo petróleo e fluidos corrosivos, portanto se faz necessária a proteção dos cabos vindos do interior do umbilical quando o revestimento dos mesmos acaba e ocorre a terminação do mesmo.
[0006] O documento CN209241285U revela um modelo de utilidade que tem por objetivo formar uma estrutura para travamento e controle de umbilicais em um robô submarino. A estrutura apresenta vantagens de ser simples, prever um pequeno espaço para o umbilical, fixar e proteger o umbilical de danos. Apesar de apresentar meios de conexão para umbilicais, o documento, porém não é capaz de realizar curvas de raios tão pequenos quanto cinco vezes o diâmetro do duto (5D). [0007] O documento CN108177743A revela um dispositivo do tipo bullet para conexão entre um umbilical e um ROV. Permite uma maior flexibilidade no giro do ROV debaixo da água, reduzindo a necessidade de isolamento elétrico, evitando fissuras ocasionadas por torção. Apesar de apresentar meios de conexão para umbilicais, o documento, porém não é capaz de realizar curvas de raios tão pequenos quanto cinco vezes o diâmetro do duto (5D).
[0008] O documento US7906727B2 revela um conector do tipo bullet para umbilicais, e para um método de desligar um umbilical de um conector do tipo bullet. O conector bullet aqui descrito compreende um cone de nariz cônico, um corpo que compreende uma caixa cilíndrica, um cilindro montado de forma removível na caixa cilíndrica, e uma placa de bloqueio fixada de forma removível na região inferior do cilindro. Apesar de apresentar meios de conexão para umbilicais, o documento, porém não é capaz de realizar curvas de raios tão pequenos quanto cinco vezes o diâmetro do duto (5D).
[0009] Diante das dificuldades presentes no estado da técnica citado acima, e para soluções de conexão de cabo umbilical com robô em dutos com curvas de raios tão pequenos quanto cinco vezes o diâmetro do duto (5D), surge a necessidade de desenvolver uma tecnologia capaz de performar de maneira eficaz e que esteja em acordo com as diretrizes ambientais vigentes. O estado da técnica citado acima não possui as características únicas que serão apresentadas detalhadamente a seguir.
Objetivo da invenção
[0010] É um objetivo da invenção obter um equipamento capaz de viabilizar e simplificar a conexão de cabos umbilicais com robôs em ambientes confinados com dimensão reduzida e necessidade de realizar curvas com raios de cinco vezes o diâmetro.
Descrição Resumida da Invenção
[0011] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção propõe estrutura de conexão de um robô que opera dentro de dutos, visto que seu tamanho reduzido permite altas trações em espaços restritos. Pode ser aplicada para compor a estrutura de conexão de sistemas robóticos de intervenção que operam sobre tração. Podendo ser usada também para ligar dois umbilicais sem que seja usado um conector de grande volume.
[0012] Conexão de cabo umbilical com robô caracterizado por fazer a conexão entre dois sistemas, pelo menos uma caixa de emendas (1 ) e pelo menos uma coifa de emendas (5).
Breve Descrição dos Desenhos
[0013] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de realização da mesma. Nos desenhos, têm-se:
- A Figura 1 ilustra uma seção da solução da caixa de emendas;
- A Figura 2 ilustra uma vista em seção da solução da coifa de emendas dentro da caixa de emendas;
- A Figura 3 ilustra a conexão com o umbilical na esquerda e conexão com o robô na direita;
- A Figura 4 ilustra a montagem do sistema de agarre, imagens sem a ancoragem da manga de aramida do umbilical;
- A Figura 5 ilustra a coifa de emendas montada;
- A Figura 6 ilustra a montagem da solução de conexão.
Descrição Detalhada da Invenção
[0014] Abaixo segue descrição detalhada de uma concretização preferida da presente invenção, de cunho exemplificativo e de forma nenhuma limitativo. Não obstante, ficará claro para um técnico no assunto, a partir da leitura desta descrição, possíveis concretizações adicionais da presente invenção ainda compreendidas pelas características essenciais e opcionais abaixo.
[0015] Antes da presente invenção, as soluções tinham uma carcaça metálica e por isso eram demasiadamente grandes, não podendo ser aplicadas no interior de dutos. Nos conectores do estado da técnica não é possível conectar de topo linhas hidráulicas ou de alta corrente, além das dimensões em relação aos poucos conectores disponíveis, acaba inviabilizando seu uso dentro dos dutos flexíveis. [0016] Ao consumir espaço na direção longitudinal, a presente invenção não necessita de espaço no diâmetro da seção para que os conectores entre o umbilical e o robô sejam emendados. As molas recobertas pela manga de fibras protegem fisicamente os componentes e transmitem a tração mecânica entre o robô e o cabo umbilical. A coifa de borracha dentro da mola cria um compartimento estanque protegendo os conectores do meio agressivo, dessa forma podemos conectar diversos itens ao longo da coifa de emendas e ainda realizar as curvas 5D (raio de curvatura igual à 5x o diâmetro do riser) encontradas em dutos flexíveis.
[0017] A solução encontrada pelo presente pedido resolve os problemas de conexão entre dois sistemas, o robô e o cabo umbilical. Ele resolve o problema do estado da técnica, usando uma caixa de emendas (1 ) que contém uma coifa de emendas (5). A caixa de emendas, como mostra a Figura 1 , composta por duas ancoragens invertidas (2), sendo elas a montagem aparafusada dos componentes 21 e 22 e as montagens aparafusadas de 23 e 24, em que cada conjunto faz parte da ancoragem da manga de aram ida, separadas por uma mola (4), interconecta mecanicamente o umbilical com o robô, transmitindo a tração através da manga de aram ida (3), o que permite uma alta flexibilidade para realizar curvas. As ancoragens são caracterizadas por terem um alojamento para um anel de ancoragem (9) por onde o tecido é laçado. Suas conexões são fixadas através de parafusos. No caso do robô protótipo, unida com o robô por parafusos sob cisalhamento e no umbilical por parafusos sob tração, como mostra a Figura 4.
[0018] A coifa de emendas (5), vista em corte na Figura 2, protege os cabos expostos do umbilical (pig-tails), ancorando-se ao polímero exposto do cabo umbilical (13) através do sistema de agarre (12) (Figura 4d). Em uma concretização preferencial da invenção, a coifa de emendas (5) possui duas coifas corrugadas (15) em sua concepção (podendo ser tantas quanto necessário), unidas por um flange de transição (8), Figura 5. Por fim, a tampa da coifa de emendas serve de interface para os conectores que serão crimpados nos cabos expostos. O item 25, na Figura 2, é um conector tradicional do umbilical, que recebe o conjunto de ancoragem invertida (2), diretamente conectada mecanicamente no componente (21 ) e (22), também por aparafusamento. Os cabos do umbilical (26) podem ser mangueiras hidráulicas, cabos elétricos ou conduíte de fibra ótica. A tampa (7) da coifa de emendas (5) é onde se localizam os conectores que levam as ligações dos cabos do umbilical (26) para fora deste ambiente de proteção.
[0019] A Figura 3a ilustra uma etapa da montagem onde a manga de aramida está ancorada na peça 21 apenas, permitindo acesso aos parafusos que prendem esta ancoragem ao conector (25) do cabo umbilical onde estes parafusos encontram-se sob tração. A Figura 3b ilustra a última etapa da montagem, quando a caixa de emenda é conectada a célula de carga do robô (14) por parafusos sob cisalhamento. Na Figura 4a e Figura 4b são apresentadas etapas da montagem do sistema de agarre, inserindo respectivamente primeiro a tampa de interface (6) com o umbilical (13), logo em seguida o agarre (10) e, por fim, o batente de fechamento (11 ) (Figura 4c), aparafusando todo o sistema. O agarre (10) é uma cunha que produz uma força de fixar o cabo umbilical (13), para evitar escorregamento.
[0020] A coifa de emendas (5) montada pode ser vista na Figura 5 e a solução completa com a caixa de emendas (1 ), na Figura 6. Na figura 6a, esta montada a coifa de emendas (5). Na figura 6b vemos a mola (4) introduzida sobre a coifa de emendas. Na figura 6c, vemos a manga de aramida (3) revestindo a mola (4). A montagem evidencia que é possível realizar as conexões elétricas, hidráulicas e mecânicas em um espaço reduzido em relação às soluções anteriores a tecnologia.

Claims

6
Reivindicações
1 - CONEXÃO DE CABO UMBILICAL COM ROBÔ, caracterizado por fazer a conexão entre dois sistemas, pelo menos uma caixa de emendas (1 ) e pelo menos uma coifa de emendas (5).
2- CONEXÃO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pela caixa de emendas (1 ) compreender pelo menos duas ancoragens invertidas (2) separadas por uma mola (4), revestida por uma manga de aramida (3), o qual o conjunto interconecta mecanicamente o umbilical (13) com o robô.
3- CONEXÃO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pela coifa de emendas (5) compreender pelo menos uma tampa da coifa de emendas (7), pelo menos sistema de agarre (12) com o umbilical (13) e pelo menos uma coifa corrugada (15).
4- CONEXÃO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela fixação da caixa de emendas (1 ) ser feita por parafusos sob cisalhamento com o robô e parafusos sob tração no umbilical.
5- CONEXÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela coifa corrugada (15) ancorar-se ao polímero exposto do cabo umbilical (13) através do sistema de agarre (12) usando a cunha (10).
6- CONEXÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela coifa de emendas (5) compreender, alternativamente, duas coifas corrugadas (15) unidas por um flange de transição (8).
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