ES2264241T3 - Dispositivo de limitacion de la flexion para cables. - Google Patents

Abstract

Dispositivo (1) para limitar la curvatura de un cable (2), que comprende un cuerpo flexible (5) realizado con material polimérico y diseñado para alojar un tramo (2a) de dicho cable conectado a un elemento de empalme y que comprende además por lo menos dos elementos anulares rígidos (7; 7'') incorporados en el interior de dicho cuerpo (5) y que definen elementos de separación para dicho tramo de cable (2a) en la dirección radial, estando caracterizado dicho dispositivo (1) por el hecho de que dichos elementos rígidos (7; 7'') son coaxiales con un eje de simetría (3) del dispositivo (1), y son independientes mecánicamente uno del otro.

Description

Dispositivo de limitación de la flexión para cables.

La presente invención se refiere a un dispositivo para la limitación de la curvatura de cables y en concreto a un dispositivo para la limitación de curvatura de cables submarinos.

Tanto en el caso de un cable eléctrico como en el caso de un cable óptico, el mayor riesgo de daño debido a curvatura tiene lugar a lo largo de tramos discontinuos del propio cable, en concreto en las zonas de elementos rígidos de empalme. De hecho, en el caso de la curvatura del cable, y en concreto en el caso de la curvatura durante la tracción, puesto que el cable presenta una resistencia a la flexión relativamente pobre, la curvatura del tramo de cable que surge del elemento de empalme puede presentar un radio muy pequeño, que puede llegar a dañar o romper el cable mismo. Básicamente, cada tipo de cable tiene su propio valor límite para el radio de curvatura, por debajo del cual la capacidad funcional del cable se ve afectada negativamente.

Para reducir los riesgos de rotura de un cable en la zona de los elementos de empalme, se utilizan generalmente dispositivos de limitación de curvatura. Estos comprenden normalmente un cuerpo alargado flexible que se aplica en el exterior del cable en la zona del elemento de empalme y que es capaz de proporcionar una resistencia a la curvatura predefinida, asegurando que la curvatura que asume el cable no alcanza valores críticos. Por ejemplo, la patente de Estados Unidos US 5,461,690, a nombre de AT&T IPM Corp., propone un dispositivo para limitar la curvatura de un cable para utilizar en la zona de un conector. El dispositivo presenta una forma cilíndrica alargada y se compone de material elástico capaz de soportar cargas dentro de límites predefinidos. Sobre su superficie exterior, el aparato presenta ranuras circulares que delimitan uno o más tramos debilitados que se designan para curvarse bajo la acción de cargas relativamente pequeñas. Este dispositivo es adecuado para cables de pequeñas dimensiones, por ejemplo cables con una única fibra óptica, y las cargas que puede soportar el dispositivo mismo son las que pueden tener lugar durante la utilización de cables de este tipo.

En algunas aplicaciones, sin embargo, las cargas a soportar son muy altas, por ejemplo varias toneladas. Las cargas de este orden de magnitud se producen por ejemplo durante el proceso de tender los cables submarinos. Los cables submarinos son cables eléctricos o cables ópticos que se utilizan para transportar energía o para telecomunicaciones a gran distancia y que se diseñan para tenderse sobre los fondos marinos u oceánicos. El diámetro de estos cables puede variar entre aproximadamente 14 mm y 50 mm en el caso de cables ópticos y entre aproximadamente 50 mm y 160 mm en el caso de cables de suministro de energía.

Los cables submarinos comprenden generalmente secciones de cable de longitud limitada que se empalman por medio de elementos de empalme rígidos. En el caso de los cables de telecomunicaciones, las longitudes de las secciones puede alcanzar valores máximos de un centenar de kilómetros y los elementos de empalme pueden alojar repetidores de señal.

El tendido de cables submarinos se realiza por medio de barcos especiales de tendido de cables que disponen de miembros de guiado de cable, normalmente poleas con un diámetro adecuado (de aproximadamente 3 m para el tendido de cables ópticos y aproximadamente 6 m para el tendido de cables de suministro de energía) que permiten el tendido del cable en el agua sin dañarlo. El cable, durante el tendido, debe soportar una fuerza de tracción que puede alcanzar (dependiendo del peso del cable mismo y de la profundidad del tendido) varias decenas de toneladas (para cables ópticos, la fuerza de tracción puede variar entre 4 y 35 toneladas, dependiendo del tipo de cable). Cuando el elemento de empalme pasa sobre el miembro de guiado, se produce una situación en la que el elemento de empalme toca al miembro de guiado solamente en la región central del mismo, mientras que sus extremos permanecen a una distancia de la superficie anteriormente mencionada que depende de la curvatura de la superficie misma y de las dimensiones del elemento de empalme. Consecuentemente, el tramo de cable que emerge del elemento de empalme no se encuentra soportado por la superficie del elemento de guiado y, al soportar una fuerza de tracción dirigida transversalmente respecto al elemento de empalme, se somete a una curvatura severa. Si la curvatura del cable en el punto de curvatura máxima excede un valor crítico, el cable puede resultar dañado. Por ejemplo, en el caso de un cable de fibra óptica, se puede producir la rotura de la cubierta del cable o un daño de las fibras ópticas.

El cable submarino puede ser, por ejemplo, un cable óptico de tipo SA (armadura única). Una estructura típica de un cable SA comprende un núcleo que contiene las fibra ópticas y varias capas coaxiales de refuerzo y aislamiento, que comprenden una capa de acero de soporte de carga (para proporcionar al cable resistencia a la tracción), una cubierta de cobre, una capa aislante de polietileno y una armadura externa de hilo de acero para la protección mecánica. El cable puede tener, por ejemplo, un diámetro externo de 35,9 mm y un peso de 3 kg/m en el aire y de 2,5 kg/m en el agua.

Un cable submarino, con un elemento de empalme incorporado, para poderse considerar adecuado para su utilización, debe pasar con éxito pruebas de curvatura sobre poleas como establecen los estándares internacionales. Las pruebas comprenden hacer pasar el cable con el elemento de empalme sobre una polea de 3 m de diámetro, según los siguientes criterios (que simulan las condiciones más severas que pueden tener lugar durante el tendido):

a) cincuenta pasadas bajo una carga normal, es decir una carga NOTS (tensión de tracción nominal de funcionamiento) que en el caso de un cable de tipo SA es de 180 kN;

b) tres pasadas bajo una carga igual al 90% de la carga de rotura, es decir una carga NTTS (tensión de tracción nominal transitoria) que en el caso de un cable de tipo SA es igual a 260 kN.

Para asegurar que el cable puede soportar estas tensiones, puede ser necesario aplicar, al tramo del cable conectado al elemento de empalme, un dispositivo que realiza la función de dispositivo de limitación de curvatura.

Para proteger los cables submarinos, o en cualquier caso los cables que se someten a cargas muy grandes, de los riesgos de excesiva curvatura en las regiones de los empalmes, se han propuesto numerosos tipos de dispositivos de limitación de curvatura.

La solicitud de patente GB 2142788A, a nombre de British Telecommunications, describe un dispositivo de limitación de curvatura que comprende una pluralidad de segmentos anulares adyacentes y unidos que definen una cavidad cilíndrica que aloja al tramo de cable conectado al elemento de empalme. Los segmentos anulares se unen con juego por medio de pernos y son móviles en ángulo uno respecto al otro para proporcionar flexibilidad a la estructura. El dispositivo de limitación de curvatura propuesto presenta un radio de curvatura límite que depende de la forma y las dimensiones de los segmentos anulares y los pernos. Este dispositivo de limitación de curvatura presenta los inconvenientes de que es relativamente voluminoso, pesado y difícil de montar. Además, después de cierto periodo de tiempo dentro del agua marina, los fenómenos de corrosión pueden resultar en una rigidez permanente del dispositivo de limitación de curvatura, convirtiéndolo en inútil para el caso de la recuperación del cable. Un principio de funcionamiento similar se adopta en el dispositivo de limitación de curvatura según la patente EP 226188 a nombre de Società Cavi Pirelli S.p.A.

La patente US 4,367,967, a nombre de Preformed Line Marine Inc., describe un dispositivo para aliviar las fuerzas de curvatura que actúan sobre un cable, que comprende una pluralidad de elementos de funda que son rígidos y coaxiales uno respecto al otro y que se conectan juntos por medio de material elastómero. Los elementos de funda adyacentes presentan superficies cooperantes que interfieren entre ellas para limitar la curvatura del dispositivo. Más detalladamente, cada elemento de funda comprende dos tramos longitudinales con diámetros diferentes. El tramo de diámetro menor de cada elemento se extiende con juego dentro del tramo de diámetro mayor del elemento adyacente. La flexión del dispositivo se hace posible, dentro de determinados límites, por el juego antes mencionado entre partes superpuestas hasta que las partes mismas interfieren entre ellas. Un dispositivo de este tipo se describe en la patente US 4,396,797 a nombre de Horiba Ltd., en el cual los elementos de funda de tipo similar al arriba descrito se separan axialmente unos de otros por medio de anillos flexibles. También en el caso de los limitadores de curvatura según las patentes US 4,367,967 y US 4,396,797, la alta interdependencia funcional de los elementos de funda, a la vista de las grandes tensiones transmitidas por el cable durante la curvatura, pueden dar lugar a problemas de rigidez permanente de la estructura.

Otros tipos de dispositivos de limitación de curvatura se proponen en la solicitud de patente GB 2289577, a nombre de Northern Telecom Limited, y en la patente US 4,739,801, a nombre de Tysubakimoto Chain Co., donde ambas describen limitadores de curvatura de tipo modular. En concreto, la solicitud de patente GB 2289577 describe un limitador de curvatura que comprende una pluralidad de segmentos adyacentes donde cada segmento termina en un tramo esférico o semiesférico diseñado para encajar con un segmento adyacente. La patente US 4,739,801 describe un limitador de curvatura que comprende una pluralidad de segmentos que terminan en ambos lados en tramos semiesféricos y que se unen por medio de otros elementos que presentan cavidades esféricas que se diseñan para recibir los tramos semiesféricos.

DE 3015948 describe un cable que asegura ser capaz de proteger las fibras ópticas a lo largo de todo el cable. Dicho cable presenta una fibra óptica dispuesta centralmente rodeada por una cubierta intermedia y un manto externo resistente a la tensión donde dicha cubierta intermedia tiene forma de una pluralidad de proyecciones anulares y huecos alternados a lo largo de la longitud total del cable. Las proyecciones anulares de la figura 1 se fijan al manto externo mientras que las proyecciones anulares de la figura 2 se presionan contra el manto externo. Por tanto dichas proyecciones no son independientes mecánicamente una de la otra debido a que son meras partes de la misma cubierta intermedia.

Los dispositivos limitadores de curvatura arriba mencionados adecuados para la utilización con grandes cargas son estructuras semi-rígidas que se diseñan para permitir la curvatura del cable hasta un límite predefinido en el cual, una vez alcanzado, se traban juntas debido a la interferencia mecánica entre elementos rígidos adyacentes, evitando de esta forma una curvatura excesiva. Cuando el cable pasa sobre el elemento de guiado, la acción de estos dispositivos de limitación de curvatura es independiente de la acción de soporte del elemento de guiado mismo.

Con la presente invención, los solicitantes proponen un dispositivo que, en el caso de cables submarinos o, más generalmente, en el caso de cables que deben pasar sobre un miembro de guiado rígido de tipo polea (o de otro tipo similar), puede lograr una reducción de la curvatura del cable en la región del elemento de empalme mismo, por medio de explotar, de forma diferente a como tiene lugar en las técnicas conocidas, la acción de soporte que proporciona el elemento de guiado mismo. La presente invención propone, en concreto, explotar la acción de soporte del elemento de guiado por medio de un dispositivo de limitación de curvatura que realiza principalmente la función de un separador entre el cable y el elemento de guiado, permitiendo de esta forma que el cable transmita sobre la superficie del elemento de guiado las tensiones aplicadas sobre el mismo y se mueva hacia esta superficie, evitando que aparezca una curvatura local excesiva.

El dispositivo según la presente invención se diseña para aplicarse al cable en la región de un elemento de empalme rígido y comprende una pluralidad de elementos rígidos alojados dentro de un cuerpo flexible realizado con material polimérico. A diferencia de lo que ocurre en los dispositivos limitadores de tipo conocido, estos elementos rígidos son independientes operacionalmente uno del otro. Para los propósitos de la presente invención, el término "elementos rígidos" se entiende que se refiere a elementos que presentan una resistencia a la compresión y una resistencia a la flexión tales que no sufren deformaciones significativas cuando el dispositivo se somete a cargas del orden de magnitud de las que actúan normalmente en los cables que aquí nos ocupan. Además, para los propósitos de la presente invención, la expresión "elementos independientes mecánicamente" se comprende que significa elementos que no presentan conexiones mecánicas y se forman para evitar, bajo cualquier condición de funcionamiento del dispositivo, la interferencia entre sus partes.

En el dispositivo según la presente invención, los elementos rígidos son elementos anulares que realizan, independientemente uno del otro, la función de separadores entre el cable y la superficie del miembro de guiado y se mantienen en posición por medio del material polimérico del cuerpo flexible.

La forma concreta de los elementos rígidos y las características del material polimérico proporcionan al dispositivo según la presente invención una resistencia a la flexión de forma que se permite que el dispositivo mismo realice la función de dispositivo limitador de curvatura también en ausencia de una superficie exterior de soporte, mientras las cargas que actúan sobre el cable no sean particularmente altas (por ejemplo durante las operaciones de manipulación del cable anteriores al tendido para el almacenamiento y el mantenimiento del elemento de empalme). Los solicitantes han encontrado además que la presencia de agujeros pasantes en las inserciones permite aumentar la resistencia del cuerpo polimérico en la región de las inserciones, evitando en concreto la separación entre el material polimérico y las inserciones mismas que tiene lugar cuando el dispositivo se somete a tensiones de flexión y/o tracción.

El dispositivo se diseña con dimensiones que dependen de varios parámetros, que comprenden el tipo y dimensiones del cable, las dimensiones del miembro de guiado, las dimensiones del elemento de empalme, el valor de la fuerza de tracción a la cual se debe someter el cable y el valor de curvatura máximo al que se puede someter el cable.

El dispositivo de limitación de curvatura según la presente invención es simple y económico en la fabricación, tiene pequeñas dimensiones y es relativamente ligero de peso. Además, este dispositivo, al estar libre de partes mecánicas rígidas que cooperan, se encuentra libre de riesgos de rigidez permanente.

Según un primer aspecto de la misma, la presente invención se refiere a un dispositivo para limitar la curvatura de un cable según la reivindicación 1.

En concreto, dichos elementos rígidos presentan una forma sustancialmente anular y diferentes diámetros y se disponen en orden decreciente de diámetro al alejarse de dicho elemento de empalme. Además, dicho cuerpo presenta una estructura tubular e incorpora dichos elementos rígidos.

Preferiblemente, dichos elementos rígidos disponen de agujeros pasantes que alojan dicho material polimérico. Además, cada uno de dichos elementos rígidos tiene un eje y comprende una parte radialmente interior y una parte radialmente exterior, teniendo dicha parte radialmente interior dimensiones axiales mayores que dicha parte radialmente exterior. En concreto, dicha parte radialmente interior presenta dimensiones axiales que se encuentran entre un primer valor igual al diámetro de dicho cable y un segundo valor igual a dos veces el diámetro de dicho cable.

Preferiblemente, dicha parte radialmente interior define un tramo de enfundado y dicha parte radialmente exterior define un tramo de reborde sustancialmente anular. Dicho tramo de enfundado presenta preferiblemente una superficie radialmente interior que define una superficie de soporte para dicho cable, comprendiendo dicha superficie de soporte una parte de superficie central con un diámetro mínimo y partes de superficie de extremo con un diámetro que aumenta a partir de dicha parte de superficie central.

Preferiblemente, dicho cuerpo aloja un elemento de conexión rígido para conectar con dicho elemento de empalme, disponiendo dicho elemento de conexión de agujeros pasantes que alojan dicho material polimérico.

Preferiblemente, dicho material polimérico es un material elastómero, más preferiblemente una goma de poliuretano, un copolímero de etileno-propileno o una goma de silicona.

Preferiblemente, dichos elementos rígidos se realizan con material metálico. Alternativamente, dichos elementos rígidos se realizan con material termoplástico o material termoendurecible.

Para que se pueda comprender mejor la presente invención, a continuación se describe una realización preferida de la misma, puramente a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a las figuras adjuntas, en las cuales:

- la figura 1 es una sección longitudinal a través del dispositivo limitador de curvatura según la presente invención, que se muestra en una configuración en reposo no deformada del mismo;

- la figura 2 es una vista ampliada de un elemento que forma parte del dispositivo según la figura 1;

- la figura 3 es una vista en planta del elemento según la figura 2;

- la figura 4 es una vista ampliada de otro elemento del dispositivo según la figura 1;

- la figura 5 es una vista en planta del elemento según la figura 4;

- la figura 6 muestra una posible variación del elemento según la figura 4; y

- la figura 7 muestra el dispositivo según la figura 1 en una configuración deformada en funcionamiento.

En referencia a la figura 1, 1 indica en su totalidad un dispositivo limitador de curvatura - que se muestra en una configuración no deformada del mismo - que se diseña para aplicarse sobre el exterior de un cable 2 en la región de un tramo de cable 2a que presenta una discontinuidad, por ejemplo en la región de un tramo de cable 2a conectado a un elemento de empalme 8 (que se muestra solamente en parte y con líneas quebradas). El cable 2 puede ser, por ejemplo, un cable óptico submarino del tipo anteriormente descrito. El cable 2, el elemento de empalme 8 y el dispositivo 1 definen parte de un sistema para la transmisión de señales o de energía.

El dispositivo 1 tiene forma de un cuerpo tubular alargado que presenta, en su configuración no deformada, un eje de simetría 3. Internamente define un agujero cilíndrico 4 coaxial con el eje 3 para alojar el tramo de cable 2a. El dispositivo 1 comprende un cuerpo flexible 5 realizado con material polimérico, un elemento anular 6 para la conexión con el elemento de empalme 8 y una pluralidad de inserciones anulares 7 incorporadas dentro del cuerpo
5.

El cuerpo 5 define una estructura de soporte y retención para el tramo de cable 2a, para el elemento anular 6 y para las inserciones 7. El cuerpo 5 se realiza con material polimérico que se escoge para proporcionar al cuerpo 5 mismo propiedades elásticas predefinidas. Preferiblemente este material es una goma de poliuretano u otro material elastómero, como una composición basada en etileno propileno (EPR) o una goma de silicona. Se puede añadir al material un aditivo para la protección contra los rayos ultravioleta.

A modo de ejemplo, la tabla 1 a continuación muestra las principales características de la goma de poliuretano y de EPR.

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TABLA 1

	Goma de poliuretano	EPR
Carga de rotura (N/mm^{2})	5-16	5-12
Estiramiento máximo (%)	400-1000	200-600
Dureza (escala Shore A)	50-80	50-80

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El cuerpo 5 presenta un tramo central principal 5a, un primer tramo de extremo 5b y un segundo tramo de extremo 5c, presentando los dos primeros una forma troncocónica y siendo adyacentes uno con el otro y con el tercero presentando una forma sustancialmente cilíndrica y uniéndose al tramo central 5a por medio de otro tramo troncocónico 5e.

El primer tramo de extremo 5b aloja al elemento anular 6 y se encuentra limitado por una superficie plana anular 5d que se dispone sobre un plano perpendicular al eje 3 y se dispone encarando al elemento de empalme 8 (después de la instalación del dispositivo 1 sobre el tramo de cable 2a). El diámetro externo del primer tramo de extremo 5b aumenta progresivamente desde la superficie 5d.

El tramo central 5a incorpora las inserciones 7 y presenta un diámetro exterior que disminuye sustancialmente al alejarse del primer tramo de extremo 5b hacia el segundo tramo de extremo 5c. Si es necesario, el tramo central 5a puede comprender segmentos longitudinales con superficies exteriores con inclinaciones deferentes.

El segundo tramo de extremo 5c presenta un diámetro exterior sustancialmente constante que es ligeramente mayor que el del cable 2.

Las dimensiones del cuerpo 5 y, en concreto, del tramo central 5a y de los tramos de extremo 5b, 5c, deben escogerse sobre la base de parámetros de diseño como el diámetro del miembro de guiado sobre el que debe pasar el cable 2, las dimensiones del elemento de empalme 8, el diámetro del cable 2, la fuerza de tracción a la cual se debe someter el cable (que depende, en el caso de cables submarinos, del peso del cable 2 y de la profundidad de tendido) y la curvatura máxima permisible del cable 2 mismo.

El elemento anular 6 se realiza con material metálico resistente a la corrosión con características mecánicas similares a las del material del elemento de empalme 8. Por ejemplo, el elemento anular 6 se puede fabricar con acero ARMCO 17-4-PH (estado 1150) y presentar una dureza de 28/37 HRC. En referencia a la configuración que se muestra en la figura 1, el elemento anular 6 se dispone coaxial con el eje 3 y sus dimensiones longitudinales son preferiblemente menores que las del primer tramo de extremo 5b.

En referencia a las figuras 2 y 3, el elemento anular 6 comprende un tramo de enfundado 10 y un tramo de reborde anular 11. El tramo de enfundado 10 presenta internamente un engarce 10a que se extiende sobre prácticamente la totalidad de la longitud del tramo de enfundado 10 mismo, para permitir la unión con un tramo de enfundado engarzado (que no se muestra) del elemento de empalme 8. El tramo de reborde 11, que se realiza como una pieza en un extremo del tramo de enfundado 10 opuesto a la superficie 5d, tiene la función de "anclar" el elemento anular 6 al cuerpo 5. El tramo de reborde 11 se encuentra inclinado hacia la superficie 5d y define un ángulo predefinido (por ejemplo 30º) con un plano perpendicular al eje 3. Además, el tramo de reborde 11 presenta una pluralidad de agujeros pasantes 12 dispuestos en un anillo y sustancialmente equidistantes. Los agujeros 12 alojan material polimérico para asegurar la continuidad de material entre las dos caras opuestas del tramo de reborde 11. De esta forma, se aumenta el área útil de material que puede soportar fuerzas de tracción y de flexión en la zona del tramo de reborde 11
mismo.

En la interficie entre el elemento anular 6 y el material polimérico del cuerpo 5 puede existir una capa delgada de material adhesivo (imprimador) para evitar la separación del material polimérico de la superficie del elemento anular 6 mismo cuando el dispositivo 1 se somete a tensión de tracción. En el caso de un cable submarino, tienen lugar estos riesgos de separación, por ejemplo, cuando el cable pasa sobre un dispositivo con ruedas accionadas por motor, para mover el cable mismo hacia el elemento de guiado a una velocidad igual a la velocidad de tendido. De hecho, cuando el dispositivo 1 pasa a través del dispositivo con ruedas accionadas por motor, se somete a una tensión axial súbita que tiende a causar la separación del material polimérico del elemento anular 6. La presencia del material adhesivo y los agujeros 12 (que alojan material polimérico) ayuda a evitar que tenga lugar dicha separación.

Las inserciones 7 tienen la función de proporcionar al dispositivo 1 rigidez en la dirección radial. En concreto, si el cable 2 debe pasar sobre una superficie que no es plana (como la superficie de un miembro de guiado), las inserciones 7 funcionan como separadores entre el tramo de cable 2a y la superficie arriba mencionada, obligando al tramo de cable 2a mismo a pasar por una ruta con una curvatura dentro de los límites permitidos. Además, las inserciones 7 permiten al cuerpo 5 mantener una forma sustancialmente cilíndrica incluso cuando se somete a flexión, evitándose de esta forma fenómenos de ovalización de su sección transversal que causarían una reducción repentina del radio de curvatura del cable 2.

Las inserciones 7 están realizadas con un material que se diseña para soportar fuerzas de compresión (en la dirección radial) hasta un límite predefinido. Este límite depende principalmente de la fuerza de tracción a la cual se debe someter el cable 2 y del radio de curvatura del miembro de guiado sobre el que debe pasar el cable 2. Si este límite es alto, las inserciones 7 se realizan preferiblemente con material metálico, de un tipo resistente a la corrosión, por ejemplo acero austenítico. Si, por otro lado, este límite no es alto, las inserciones 7 se pueden realizar con un material termoplástico (como nilón, por ejemplo) o un material termoendurecible.

De nuevo con referencia a la configuración según la figura 1, las inserciones 7 se disponen de forma que sean coaxiales con el eje 3 y preferiblemente equidistantes. Las inserciones 7 presentan diámetros externos diferentes y se encuentran situadas en orden de diámetro decreciente al alejarse del primer tramo de extremo 5b hacia el segundo tramo de extremo 5c. El número y las dimensiones de las inserciones 7 se escogen principalmente sobre la base de las dimensiones del elemento de empalme 8, el diámetro del cable 2, la fuerza de tracción a la que se va a someter al cable 2 mismo y la curvatura de la superficie externa del miembro de guiado.

En referencia a las figuras 4 y 5, cada inserción 7 es simétrica respecto a un plano perpendicular al eje 3 y la intersección del mismo con el plano de la figura 4 se indica como 5, y presenta un tramo de enfundado 13 y un tramo de reborde 14 sustancialmente radial. El tramo de enfundado 13 presenta una superficie radialmente interna 16 para sostener al cable 2, que se define por un tramo de superficie central 16a, que es sustancialmente cilíndrico y presenta un diámetro que es sustancialmente igual al diámetro del agujero 4, y por dos tramos 16b de superficie lateral redondeada, que se extienden con continuidad desde el tramo 16a y con un diámetro que aumenta gradualmente desde el tramo 16a mismo. Esta forma de la superficie 16 se escoge para evitar la presencia de bordes superficiales que, en el caso de flexión del dispositivo 1, podrían dañar el tramo de cable 2. El tramo de enfundado 13 presenta también una superficie radialmente externa 17 con un diámetro sustancialmente constante.

La dimensión axial del tramo de enfundado 13 se escoge para asegurar buena estabilidad de la inserción 7 y evitar que la inserción 7 misma se pueda inclinar de forma no deseada, con el riesgo de dañar localmente el tramo de cable 2, cuando el dispositivo 1 pasa sobre el miembro de guiado. La dimensión axial del tramo de enfundado 13 puede ser la misma para todas las inserciones 7 y se escoge preferiblemente en un campo que se encuentra entre el valor del diámetro del cable 2 y dos veces este valor.

El tramo de reborde 14 se extiende en voladizo en una dirección radial desde la superficie externa 17 del tramo de enfundado 13 y presenta una primera y una segunda pluralidad de agujeros pasantes 18, 19. Los agujeros 18, 19 alojan material polimérico para asegurar la continuidad de material entre las superficies opuestas del tramo de reborde 14. De esta forma, en la sección del cuerpo 5 definida por el plano 15, se aumenta el área útil de material que puede soportar las fuerzas de flexión y tracción. Si estos agujeros no estuvieran presentes, debido a que el material polimérico se adhiere pobremente a las superficies del reborde 14, todas las fuerzas se cargarían sobre el tramo estrecho de material polimérico dispuesto externamente, en dirección radial, respecto al tramo de reborde 14. En el caso de tensiones grandes, este tramo estrecho de material polimérico tendería a desgarrarse.

En referencia al plano de la figura 5, los centros de los agujeros 18, 19 se disponen sobre una primera circunferencia 20 con su centro sobre el eje 3 y, respectivamente, sobre una segunda circunferencia 21 concéntrica con la primera y en el interior de la misma. Preferiblemente, los agujeros 19 son iguales en número a los agujeros 18, tienen un diámetro menor que el de los agujeros 18 y se disponen desplazados angularmente respecto a los agujeros 18 para optimizar la fuerza de compresión de la inserción 7. El número, el tamaño y la disposición de los agujeros puede ser diferente a la que se ha indicado, dependiendo de los requerimientos. En concreto, estos parámetros se deben escoger para alcanzar un compromiso entre la fuerza de compresión radial de la inserción 7 y la fuerza de flexión y tracción del material polimérico en la zona de la inserción 7 misma.

El grosor axial del tramo de reborde 14 se escoge según el tipo de material utilizado para las inserciones 7 y según las fuerzas de tracción a las que debe someterse el cable 2, para evitar la flexión respecto al plano 15.

La forma y la distancia entre ellas de las inserciones 7 se escogen para evitar la interferencia mecánica entre las inserciones 7 mismas cuando se deforma el cuerpo 5. De hecho, cuando el cuerpo 5 se deforma como resultado de la flexión, las inserciones 7 sufren una rotación relativa y varía la distancia entre ellas. Por ejemplo, cuando pasa sobre una polea, el cuerpo 5 se flexiona de forma que sigue la curvatura de la superficie de la polea misma y las inserciones 7 tienden a girar una respecto a la otra para disponer los tramos de reborde respectivos 14 perpendiculares a la superficie de la polea. Las inserciones 7 definen de esta forma separadores dispuestos entre la superficie de la polea y el cable 2 y definen una ruta de curvatura limitada para el tramo de cable 2a. La forma de las inserciones 7 es tal que tanto los tramos de enfundado 13 como los tramos de reborde 14 no presentan interferencia en todas las condiciones de funcionamiento del dispositivo 1.

A continuación se dan dimensiones posibles del dispositivo 1, puramente a modo de ejemplo, donde los solicitantes han considerado que son dimensiones preferidas para el caso de un cable 2 con un diámetro externo de 50 mm, conectado a un elemento de empalme con una longitud de 460 mm y un diámetro externo de 180 mm, y adecuado para pasar sobre un miembro de guiado con un diámetro de 3 m y soportando, durante el tendido en el mar, una fuerza de tracción de aproximadamente 35 toneladas. Se ha asumido también un radio de curvatura mínimo permisible del cable 2 de 700 mm.

Para funcionar de forma efectiva en las condiciones arriba descritas, el dispositivo 1 puede presentar las siguientes dimensiones:

- longitud total: 670 mm

- diámetro máximo (en la unión entre el tramo central 5a y el primer tramo de extremo 5b): 240 mm

- longitud del segundo tramo de extremo 5c: 40 mm

- diámetro del segundo tramo de extremo 5c: 70 mm

- diámetro del agujero 4: variable desde un máximo de 58 mm en el primer tramo de extremo 5b hasta un mínimo de 54 mm en el segundo tramo de extremo

- inclinación del tramo central 5a respecto al eje 3: variable desde un mínimo de 0º hasta un máximo de 15º

- inclinación del primer tramo de extremo 5b: 20º

- inclinación del tramo de conexión: 30º

- número de inserciones: 4

- diámetros externos de las inserciones: 195 mm, 210 mm, 220 mm y 230 mm, respectivamente

- longitud del tramo de enfundado 13: 76 mm

- diámetro de las circunferencias 20 y 21: 160 mm y 100 mm, respectivamente

- diámetro de los agujeros 18 y 19: 32 mm y 15 mm, respectivamente

- número de agujeros 18 y 19 para cada inserción 7: 12.

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La figura 6 muestra una inserción 7' que se puede utilizar junto con otras inserciones con la misma forma, en lugar de las inserciones 7. La inserción 7' se puede hacer con material metálico, material termoplástico o material termoendurecible. La inserción 7' puede ser simétrica respecto a un plano perpendicular al eje 3 y la intersección del mismo con el plano de la figura se indica por medio de 15' y tiene una dimensión axial que decrece gradualmente hacia el exterior para evitar la interferencia mutua con las inserciones adyacentes 7' cuando el dispositivo limitador de curvatura sufre una curvatura. La inserción 7' tiene una superficie radialmente interna 16' que es sustancialmente la misma que la superficie 16 de la inserción 7, con un diámetro mínimo sustancialmente igual al diámetro del agujero 4. De forma similar a la inserción 7, la inserción 7' presenta agujeros pasantes longitudinales 18' que alojan material polimérico. Como arriba ya se ha mencionado, la presencia de estas regiones de continuidad longitudinal del material polimérico es importante para asegurar que el cuerpo 5 presenta una buena resistencia local a la tracción y la flexión. La disposición, el número y la forma de los agujeros 18' se escogen según los requerimientos.

Respecto a las inserciones 7, las inserciones 7' son más voluminosas pero, dependiendo de las características del material utilizado, pueden soportar, sin sufrir curvatura respecto al plano 15', tensiones radiales de compresión mayores. Además, la forma concreta de las inserciones 7' proporciona al dispositivo limitador de curvatura una mayor rigidez puesto que entre las inserciones 7' se encuentra presente una menor cantidad de material polimérico que en el caso de las inserciones 7. Las dimensiones, la distancia entre cada una y el material de las inserciones 7' se escogen con los mismos criterios que se han utilizado para las inserciones 7.

En la figura 7 se ilustra el funcionamiento del dispositivo 1, con referencia al caso de un cable 2 diseñado para pasar bajo condiciones de tracción sobre una superficie curvada 24, por ejemplo la superficie externa de un miembro de guiado de tipo polea. Cuando el elemento de empalme 8 pasa sobre la superficie 24, el dispositivo 1 sufre curvatura y se adhiere con su superficie externa a la superficie 24 misma. Las inserciones 7 se orientan para ser sustancialmente perpendiculares a la superficie 24 y definir soportes de altura gradualmente decreciente para el tramo 2a sobre la superficie 24. Las inserciones 7 definen, en concreto, con sus propios tramos de enfundado 13, una ruta para el tramo 2a con una curvatura que es ligeramente mayor que la de la superficie 24 para mover el tramo 2a hacia la superficie 24 gradualmente. Durante la curvatura del dispositivo 1, las inserciones 7 no presentan áreas de interferencia mutua y la curvatura del dispositivo 1 se limita debido a la acción de soporte de la superficie 24. El dispositivo 1 está realizado con un proceso de moldeado que permite formar el cuerpo 5 que consiste en material polimérico alrededor del elemento anular 6 y las inserciones 7 (o 7'). Este proceso de moldeado es simple y económico si se utilizan materiales poliméricos adecuados para la inserción en un molde, mientras que es más complejo si se utilizan otros materiales con una viscosidad mayor, como por ejemplo una composición EPR.

El dispositivo 1 se fabrica utilizando un molde (que no se muestra) que comprende un huso, diseñado para sostener las inserciones 7 y el elemento anular 6, y un estuche que se puede abrir y que aloja el huso y presenta una superficie interna con la misma forma que la superficie externa del cuerpo 5.

El huso se orienta verticalmente y presenta un diámetro externo tal que puede sostener con juego las inserciones 7. Además, el huso presenta en la parte superior un extremo libre y en la parte inferior un reborde anular que se engarza externamente y está diseñado para recibir y sostener al elemento anular 6. Además, para facilitar las operaciones (que más abajo de describen) de situar las inserciones 7 antes de la etapa de moldeado y las operaciones de extracción del dispositivo 1 al final de la etapa de moldeado, el diámetro del huso presenta, en la dirección ascendente, reducciones de diámetro de aproximadamente 1 mm en posiciones axiales predefinidas. Estas posiciones axiales delimitan un número correspondiente de tramos longitudinales del huso diseñadas para sostener una inserción respectiva 7.

Antes de la disposición de las inserciones 7, se dispone el elemento anular 6, atornillándose sobre el reborde engarzado del huso. A continuación se disponen las inserciones 7 una a la vez, en orden decreciente de diámetro. Cada inserción 7 se sitúa por medio de disponerla sobre el extremo superior abierto del huso y a continuación desplazarla hacia abajo hasta que se dispone a lo largo del tramo dedicado a ello. Las inserciones 7 se encuentran separadas por separadores tubulares, cada uno con un diámetro externo aproximadamente igual al diámetro externo del tramo de enfundado 13 y que se diseña para sostener una inserción respectiva sobre la inserción anterior a una distancia predefinida de la última. Otro elemento de separación tubular, que se dispone sobre el elemento anular 6 antes de situar la primera inserción (es decir la inserción con un diámetro mayor), se diseña para sostener la primera inserción misma sobre el elemento anular 6 a una distancia predefinida de este último.

Los elementos de separación se realizan con material polimérico y preferiblemente del mismo material del que se va a hacer el cuerpo 5.

Una vez se ha completado la etapa de situar las inserciones 7, se cierra el estuche del molde y el material polimérico se introduce en el molde, desde arriba. Durante esta etapa de moldeado, los elementos tubulares situados entre las inserciones 7 permanecen dentro del molde y el material que las forma ayuda a formar el cuerpo 5. El material de moldeado sufre reticulación que produce un aumento de la temperatura. Este fenómeno de reticulación se puede acelerar calentando las paredes del molde para proporcionar calor al material de moldeado.

Al final del proceso de moldeado, se abre el estuche del molde y el dispositivo 1 se desplaza angularmente respecto al eje del huso para liberarlo del reborde anular del huso. Después de liberarse del reborde anular, el dispositivo 1 se extrae del huso.

En el caso en el que se utiliza EPDM, el proceso de moldeado se realiza preferiblemente en dos etapas para asegurar la situación correcta de las inserciones 7 dentro de la estructura final.

Finalmente, es obvio que el dispositivo de control puede estar sujeto a modificaciones y variaciones sin salir del ámbito de protección de la presente invención.

Claims (17)

1. Dispositivo (1) para limitar la curvatura de un cable (2), que comprende un cuerpo flexible (5) realizado con material polimérico y diseñado para alojar un tramo (2a) de dicho cable conectado a un elemento de empalme y que comprende además por lo menos dos elementos anulares rígidos (7; 7') incorporados en el interior de dicho cuerpo (5) y que definen elementos de separación para dicho tramo de cable (2a) en la dirección radial, estando caracterizado dicho dispositivo (1) por el hecho de que dichos elementos rígidos (7; 7') son coaxiales con un eje de simetría (3) del dispositivo (1), y son independientes mecánicamente uno del otro.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dichos elementos rígidos (7; 7') presentan una forma sustancialmente anular y diferentes diámetros y se disponen en orden decreciente de diámetro al alejarse de dicho elemento de empalme (8).

3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que dicho cuerpo (5) presenta una forma tubular e incorpora dichos elementos rígidos (7; 7').

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que dichos elementos rígidos (7; 7') presentan agujeros pasantes (18, 19; 18') que alojan dicho material polimérico.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que cada uno de dichos elementos rígidos (7; 7') presenta un eje (3) y comprende una parte radialmente interna (13) y una parte radialmente externa (14), presentando dicha parte radialmente interna dimensiones axiales mayores que dicha parte radialmente externa.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que dicha parte radialmente interna (13) presenta dimensiones axiales comprendidas entre un primer valor igual al diámetro de dicho cable (2) y un segundo valor igual a dos veces el diámetro de dicho cable.

7. Dispositivo según la reivindicación 5 o 6, caracterizado por el hecho de que dicha parte radialmente interna (13) define una parte de enfundado y dicha parte radialmente externa (14) define una parte de reborde sustancialmente anular.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que dicha parte de enfundado (13) presenta una superficie radialmente interna (16) que define una superficie de soporte para dicho cable (2), comprendiendo dicha superficie de soporte una parte central de superficie (16a) con un diámetro mínimo y tramos de extremo de superficie (16b) con un diámetro que aumenta desde dicha parte central de superficie.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que dicho cuerpo (5) aloja un elemento de conexión rígido (6) para la conexión con dicho elemento de empalme (8), disponiendo dicho elemento de conexión (6) de agujeros pasantes (12) que alojan dicho material polimérico.

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que dicho material polimérico es un material elastómero.

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que dicho material elastómero es una goma de poliuretano.

12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que dicho material elastómero es un copolímero de etileno-propileno.

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que dicho material elastómero es una goma de silicona.

14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho de que dichos elementos rígidos (7; 7') están hechos de material metálico.

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho de que dichos elementos rígidos (7; 7') están hechos de material termoplástico.

16. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho de que dichos elementos rígidos (7; 7') están hechos de material termoendurecible.

17. Sistema para la transmisión de señales o de energía, que comprende un cable (2) para la transmisión de señales o de energía, por lo menos un elemento de empalme (8) para unir diferentes tramos de dicho cable, y un dispositivo de limitación de curvatura (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.