ES2283372T3 - Acoplamiento de liberacion de emergencia en respuesta a una traccion axial fuerte. - Google Patents

Abstract

Acoplamiento para tuberías hidráulicas constituido por dos piezas de acoplamiento (1, 2) que se hacen pasar a través de conductos axiales respectivos (10) para el flujo de fluido y conectadas entre sí mediante medios de acoplamiento rígidos (3) que son adecuados para permitir la separación automática de las mismas piezas en el caso de una tracción axial mayor que un límite predeterminado, comprendiendo al menos una primera pieza (1, 2) del acoplamiento medios para interceptar el flujo de fluido que están constituidos por una válvula de segmento esférico (24) que responde al movimiento de separación de dos piezas (1, 2) del acoplamiento con un movimiento combinado de rotación alrededor de un eje perpendicular al eje longitudinal del conducto axial respectivo (10) y de deslizamiento a lo largo de dicho eje longitudinal hasta alcanzar una posición de cierre, estando provista dicha válvula (24) con un mecanismo accionador de rotación-deslizamiento que comprende al menos un soporte de biela de deslizamiento (16) y al menos un segmento dentado (19) que están cooperando desde lados opuestos con al menos una rueda dentada (20) que constituye una bisagra conductora (21) para dicha válvula (24), y proporcionándose medios elásticos (15) que empujan dicho soporte de biela (16) hacia una posición que es adecuada para determinar el cierre de dicha válvula (24), medios de bloqueo (35) que, cuando el acoplamiento está acoplado, mantienen dicha válvula (24) en posición abierta, y medios de resistencia (28, 27) conectados con dicho soporte de biela (16) para controlar la velocidad de avance de dicho soporte de biela (16) hacia la posición de cierre de dicha válvula (24), estando constituidos dichos medios de bloqueo (35) por un segmento de conducto (35) que está dispuesto como una extensión del conducto axial (10) de la primera pieza del acoplamiento y contra el que dicha válvula (24) se apoya cuando el acoplamiento está acoplado, caracterizado porque dicho segmento de conducto (35) se ajustafirmemente contra dicho conducto axial (10) de la primera pieza del acoplamiento, y dicho soporte de biela (16) es adecuado para funcionar sobre dicho segmento de conducto (35) para controlar su movimiento axial de expulsión desde dicha primera pieza del acoplamiento y además está conectado operativamente con dicha válvula (24) de manera que controla el comienzo de su movimiento de cierre solo después de que dicho movimiento axial de expulsión del segmento de conducto (35) haya determinado la retirada del mismo segmento de conducto (35) de la trayectoria del movimiento de cierre de dicha válvula (24).

Description

Acoplamiento de liberación de emergencia en respuesta a una tracción axial fuerte.

La presente invención se refiere a un acoplamiento para tuberías hidráulicas con desacoplamiento de emergencia y cierre hidráulico en condiciones de tracción axial fuerte.

Se conocen acoplamientos para tuberías hidráulicas, particularmente utilizados en el campo del petróleo para el acoplamiento de mangueras en movimiento, por ejemplo, entre un barco y otro, un barco y tierra firme, un barco y una plataforma petrolera, en los que sería de esperar que las posibles tensiones de tracción axial fuerte debidas a causas de cualquier clase provocaran automáticamente el desacoplamiento de la conexión y la detención inmediata del flujo hidráulico en curso. De esta manera es posible evitar que una tracción axial mayor que el límite máximo soportable por la manguera pueda determinar el deterioro de la propia manguera.

En particular hay acoplamientos conocidos que están compuestos por dos piezas que se hacen pasar a través de conductos axiales respectivos, que están conectados mediante medios de conexión rígidos que son adecuados para permitir la separación automática de las piezas mencionadas anteriormente en el caso de una tracción axial mayor que un límite predeterminado. Al menos una de dichas piezas comprende un medio para interceptar el flujo de fluido constituido por una válvula de segmento esférico que responde al movimiento de separación de las dos piezas del acoplamiento con un movimiento combinado de rotación alrededor de un eje perpendicular al eje longitudinal del conducto axial respectivo y de deslizamiento a lo largo de dicho eje longitudinal hasta alcanzar una posición de cierre.

Un acoplamiento de este tipo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 se describe en el documento WO-A-99/17044 y para la válvula de segmento esférico mencionada anteriormente proporciona al menos un mecanismo de operación rotatoria-deslizante que comprende al menos un soporte de biela deslizante y al menos un segmento dentado que están cooperando desde lados opuestos con al menos una rueda dentada que crea una bisagra conductora de dicha válvula. Se proporcionan medios elásticos que mediante un disco deslizante empujan dicho soporte de biela hacia una posición de cierre de dicha válvula, medios de bloqueo que, cuando el acoplamiento está acoplado, mantienen dicha válvula en posición abierta, y medios de cilindro y pistón conectados con dicho soporte de biela para controlar la velocidad de avance de dicho soporte de biela hacia la posición de cierre de dicha válvula.

Los medios de bloqueo mencionados anteriormente están constituidos por un segmento de conducto unido a la otra pieza del acoplamiento o interpuestos libremente entre las dos piezas del acoplamiento, contra las cuales se apoya la válvula de segmento esférico cuando el acoplamiento está acoplado.

El uso de dicho segmento de conducto para bloquear la válvula en una posición de cierre determina la necesidad de dos medidas igualmente importantes: una es evitar una discontinuidad entre dicho segmento de conducto y los conductos axiales de las dos piezas del acoplamiento, para evitar que el fluido que se está transportando invada los mecanismos responsables del funcionamiento de la válvula, determinando en consecuencia las dificultad del movimiento, erosiones, formación de óxido y demás; otra, no fácil de combinar con la anterior, es asegurar que el segmento de conducto mencionado anteriormente lleva por sí mismo a la posición de desbloqueo antes de que haya empezado el movimiento de cierre de la válvula, para evitar la interferencia mecánica entre las
dos.

El objeto de la presente invención es realizar un acoplamiento del tipo mencionado anteriormente que satisfaga los dos requisitos mencionados anteriormente.

De acuerdo con la invención dicho objeto se obtiene con un acoplamiento para tuberías hidráulicas que está constituido por dos piezas de acoplamiento que se hacen pasar a través de conductos axiales respectivos para el flujo de fluido y están conectadas entre sí mediante medios de acoplamiento rígidos que son adecuados para permitir la separación automática de las mismas piezas en caso de una tracción axial mayor que un límite predeterminado, comprendiendo al menos una primera pieza del acoplamiento un medio para interceptar el flujo de fluido que está constituido por una válvula de segmento esférico que responde al movimiento de separación de las dos piezas del acoplamiento con un movimiento combinado de rotación alrededor de un eje perpendicular al eje longitudinal del conducto axial respectivo y de deslizamiento a lo largo de dicho eje longitudinal hasta alcanzar una posición de cierre, estando provista dicha válvula con un mecanismo accionador de rotación-deslizamiento que comprende al menos un soporte de biela deslizante y al menos un segmento dentado que están cooperando desde lados opuestos con al menos una rueda dentada compuesta por una bisagra conductora para dicha válvula, y se proporcionan medios elásticos que empujan dicho soporte de biela hacia una posición adecuada para determinar el cierre de dicha válvula, medios de bloqueo que, cuando el acoplamiento está acoplado, mantienen dicha válvula en posición abierta, y medios de resistencia conectados con dicho soporte de biela para controlar la velocidad de avance de dicho soporte de biela hacia la posición de cierre de dicha válvula, estando compuestos dichos medios de bloqueo por un segmento de conducto que se dispone como una extensión del conducto axial de la primera pieza del acoplamiento y contra el cual se apoya dicha válvula cuando el acoplamiento está acoplado, caracterizado porque dicho segmento de conducto se ajusta firmemente contra dicho conducto axial de la primera pieza del acoplamiento, y dicho soporte de biela es adecuado para funcionar sobre dicho segmento de conducto para controlar su movimiento axial de expulsión desde dicha primera pieza del acoplamiento y además está conectado de forma operativa con dicha válvula de manera que controla el comienzo de su movimiento de cierre solo después de que dicho movimiento axial de expulsión del segmento de conducto haya determinado la retirada del mismo segmento de conducto de la trayectoria del movimiento de cierre de dicha válvula.

Debido a este recurso el fluido transportado permanece confinado dentro del conducto destinado para ello y no implica los mecanismos operativos de la válvula y al mismo tiempo asegura que el segmento de conducto que mantiene la válvula en estado abierto no interfiera de ninguna manera con el movimiento de cierre de la misma válvula en caso de un desacoplamiento determinado por una tensión axial fuerte.

Naturalmente, como ya se ha descrito en la patente WO-A-99/17044 mencionada anteriormente, ambas piezas del acoplamiento pueden estar provistas con una válvula de segmento esférico con movimiento rotatorio-deslizante con mecanismo operativo relativo y en dicho caso las características que se describen para la primera pieza del acoplamiento deben repetirse para la segunda pieza del mismo acoplamiento, es decir, el segmento de conducto que se utiliza para bloquear la válvula de la segunda pieza del acoplamiento que se sitúa de una forma similar respecto al conducto axial relativo y está sometido también a un movimiento de expulsión axial desde dicha segunda pieza del acoplamiento antes de que la válvula mencionada anteriormente se controle para ejecutar un movimiento de cierre.

Un acoplamiento del último tipo se ilustra como un ejemplo no limitante en los dibujos adjuntos, en los que

La Figura 1 muestra en sección axial, en posición operativa; un acoplamiento con dos válvulas de acuerdo con la presente invención;

La Figura 2 muestra el acoplamiento mencionado anteriormente en sección longitudinal de acuerdo con la línea II-II en la Figura 1;

La Figura 3 muestra el mismo acoplamiento en sección transversal de acuerdo con la línea III-III en la Figura 1;

La Figura 4 muestra un detalle ampliado del mismo acoplamiento en sección de acuerdo con la línea IV-IV en la Figura 1;

Las Figuras 5, 6 y 7 muestran vistas similares a las de las Figuras 1, 2 y 4 al principio de la etapa de desacoplamiento de emergencia de las dos piezas del acoplamiento;

Las Figuras 8, 9 y 10 muestran vistas similares a las de las Figuras 1, 2 y 4 al principio de la etapa posterior de cierre de las válvulas;

Las Figuras 11, 12 y 13 muestran vistas similares a las de las Figuras 1, 2 y 4 al final del movimiento de cierre de las válvulas.

El acoplamiento para tuberías que se ilustra en los dibujos es del tipo de dos válvulas y comprende una primera y una segunda pieza 1 y 2 que pueden fijarse entre sí mediante una serie circunferencial de tornillos de fractura 3 que tienen un segmento intermedio 4 con una sección reducida y por lo tanto debilitada (Figura 1).

Cada una de dichas piezas 1 y 2 del acoplamiento comprende un primer y un segundo reborde terminal 5 y 6, al primero de los cuales puede fijarse una tubería respectiva 8 mediante tornillos 7. Desde el mismo reborde 5, en correspondencia con su orificio central 9, un conducto cilíndrico 10 que define un pasaje axial para el flujo de fluido que fluye a través del acoplamiento se extiende en el sentido opuesto, alineado axialmente con dicha tubería 8. Coaxial respecto al conducto 10 y fuera del mismo se extiende un manguito de acoplamiento cilíndrico 11 que tiene un extremo fijado al reborde 5 mediante tornillos 12 y que termina en el otro extremo con el reborde 6 desde el reborde 5.

Al manguito de acoplamiento 11 de la pieza de acoplamiento 1 se le suelda un reborde externo 51 que, cuando el acoplamiento está acoplado, se ajusta contra un reborde externo 52 correspondiente constituido por una pieza sólida con una banda anular 53 soldada alrededor del reborde terminal 6 de la pieza de acoplamiento 2 y que se extiende axialmente desde el mismo para rodear el reborde terminal 6 de la pieza de acoplamiento 1 en engranaje deslizante. Los tornillos de fractura 3 se ajustan como una conexión de dos rebordes externos 51 y 52.

En el espacio anular 13 definido entre el conducto 10 y el manguito de acoplamiento 11 se dispone un disco 14 de manera axialmente deslizante sobre el conducto 10, que es empujado hacia la derecha (mirando a la Figura 1) mediante un resorte de compresión 15, posiblemente sustituible por diversos resortes coaxiales entre sí.

Al disco deslizante 14 se fijan simétricamente dos soportes de biela 16 (Figuras 1 y 2), cada uno de los cuales se mantiene de forma deslizante mediante un soporte 17 que se fija dentro del manguito de acoplamiento 12. Un soporte fijado 18 similar lleva un segmento dentado 19 con posibilidad de un deslizamiento axial limitado (Figura 2). Con los soportes de biela 16 y los segmentos dentados 19 correspondientes las ruedas dentadas 20 respectivas se engranan de manera que para realizar el engranaje mencionado anteriormente pueden girar alrededor de bisagras 21 respectivas que están alineadas sobre un único eje perpendicular al eje longitudinal del conducto 10 y del manguito de acoplamiento 12 y pasando a través del mismo, también para deslizarse en paralelo a dicho eje longitudinal.

Sobre las bisagras de rotación 21 de las ruedas dentadas 20, con una pequeña holgura angular en el ángulo dado por las clavijas 22 insertadas en las cavidades periféricas 23 de las bisagras 21 (Figura 4), una válvula de segmento esférico 24 (1/4 de una esfera en el ejemplo presentado en este documento) se embisagra, de manera que el movimiento rotatorio-deslizante de las ruedas dentadas 20 puede desplazarse desde la posición abierta ilustrada en la Figura 1 a la posición de cierre ilustrada en las Figuras 11 y 12. En esta última posición la parte trasera esférica 25 de la válvula no solo gira perpendicular al eje del acoplamiento sino que se presiona también contra un sellado anular de obturación 26 que está embebido en un alojamiento de reborde 6 correspondiente.

Cada soporte de biela 16 termina con un pistón 27 que está alojado de manera deslizante dentro de un cilindro 28 respectivo fijado al reborde 6. El cilindro 28 normalmente se llena con aceite que no está a presión, que en caso de avance del pistón 27 con respecto a la posición de la Figura 1, como se explicará mejor posteriormente, puede sobresalir a una velocidad controlada a través de un orificio calibrado 29 que está conectado mediante pequeños tubos 30 a una abertura de purga lateral 31 (Figuras 2 y 3).

Desde cada pistón 27 hacia el reborde 6 se extiende un vástago 32, que pasa de forma deslizante a través del mismo reborde 6 y se engrana con una palanca 33 que tiene un extremo embisagrado 39 sobre la cara externa del reborde 6. El otro extremo de la palanca 33 está engranado a tope con una proyección radial 34 de un segmento de conducto cilíndrico 35 que, cuando el acoplamiento está acoplado, se sitúa en la posición intermedia entre los conductos 10 de las dos piezas del acoplamiento y como la conexión axial de los mismos conductos 10, que se hace hermética por la presencia de los obturadores 36 (Figuras 1 y 2). Se interponen obturadores 37 adicionales entre el segmento de conducto 35 y el rebordes 6 de las dos piezas del acoplamiento.

Como se muestra en la Figura 2, el segmento intermedio del conducto 35, cuando el acoplamiento está acoplado, sirve como medio de bloqueo para mantener las dos válvulas 24 en una posición abierta.

Una cadena 38 mantiene el segmento del conducto 35 acoplado al reborde 6 de una de las dos piezas del acoplamiento (Figuras 2 y 3).

El estado de funcionamiento normal del acoplamiento es el ilustrado en las Figuras 1,2 y 3, donde los tornillos de fractura 3 mantienen las dos piezas 1 y 2 del acoplamiento juntas y por lo tanto las dos tuberías 8, ambas válvulas 24 están abiertas y se mantienen así mediante su contraste con la pared cilíndrica del segmento de conducto 35 y el fluido que se está distribuyendo puede fluir sin ningún obstáculo desde una tubería 8 a la otra a través del pasaje axial definido por los dos conductos cilíndricos alineados 10 y por el segmento intermedio del conducto 35.

Si en este estado una de las dos tuberías tuviera que someterse a una tensión de tracción axial mayor que el límite permitido, las piezas debilitadas 4 de los tornillos de fractura 3 se romperían, permitiendo de esta manera la separación mutua de dos rebordes terminales 6 entre sí bajo la guía del engranaje deslizante producido entre la banda anular 53 de la segunda pieza del acoplamiento 2 y el reborde terminal 6 de la primera pieza del acoplamiento 1. La guía mencionada anteriormente asegura que la rotura de los tornillos 3 tiene lugar únicamente en el caso de una tensión de tracción fuerte, evitando de esta manera las roturas indeseadas de los tornillos y las consecuentes separaciones de las dos piezas del acoplamiento por fatiga de los mismos tornillos como resultado de pequeñas y repetidas tensiones de torsión entre una pieza y la otro del acoplamiento.

Cuando ocurre esto, bajo el empuje de los resortes 15 los dos discos deslizantes 14 fuerzan los soportes 16 a moverse hacia delante provocando de esta manera el avance posterior de los pistones 27 en los cilindros 28 respectivos; la velocidad de avance de los pistones 27, y por lo tanto de los soportes 16, se controla debido a los orificios calibrados 29, que regulan el derrame del aceite desde los cilindros 28. Para efectuar dicho avance los vástagos 32 fuerzan las palancas 33 para que giren alrededor de sus puntos de apoyo 39 para separar las proyecciones radiales 34 del segmento intermedio del conducto 35 desde los dos rebordes 6 y por lo tanto para determinar la expulsión del segmento de conducto 35 desde las dos piezas 1 y 2 del acoplamiento (figuras 5 y 6).

Durante la primera parte de la carrera de avance de los soportes 16 la holgura deslizante que existe entre los segmentos dentados 19 y sus soportes 18 permite girar a las ruedas dentadas 20 alrededor de su eje sin deslizarse (Figuras 5 y 6) y la holgura rotacional que existe entre las ruedas dentadas 20 y las válvulas 24 evita que la rotación de las ruedas dentadas 20 se transmita a las válvulas 24 (Figura 7).

El avance posterior de los soportes 16, con los segmentos dentados 19 y las clavijas 22 que casi han llegado al final de la carrera y el segmento intermedio del conducto 35 extraído sustancialmente de las dos piezas de acoplamiento 1 y 2 (Figuras 6 y 7), provoca no solo la rotación sino también el avance de las ruedas dentadas 20 y al mismo tiempo la rotación de las válvulas 24 y su deslizamiento a lo largo del eje común de los conductos 10 (Figuras 8-10).

Las dos válvulas 24 pueden alcanzar, por lo tanto, la posición de cierre y engranarse con los obturadores 26 que se ilustra en las Figuras 11-13, sin ninguna posibilidad para que el segmento de conducto 35 interfiera con sus movimientos rotatorios-deslizantes. Con las dos piezas del acoplamiento 1 y 2 liberadas y separadas y las dos válvulas 24 cerradas, la sección intermedia del conducto 35 se mantiene unida a la pieza 1 del acoplamiento mediante la cadena 38 (Figura 12).

Claims (7)

1. Acoplamiento para tuberías hidráulicas constituido por dos piezas de acoplamiento (1, 2) que se hacen pasar a través de conductos axiales respectivos (10) para el flujo de fluido y conectadas entre sí mediante medios de acoplamiento rígidos (3) que son adecuados para permitir la separación automática de las mismas piezas en el caso de una tracción axial mayor que un límite predeterminado, comprendiendo al menos una primera pieza (1, 2) del acoplamiento medios para interceptar el flujo de fluido que están constituidos por una válvula de segmento esférico (24) que responde al movimiento de separación de dos piezas (1, 2) del acoplamiento con un movimiento combinado de rotación alrededor de un eje perpendicular al eje longitudinal del conducto axial respectivo (10) y de deslizamiento a lo largo de dicho eje longitudinal hasta alcanzar una posición de cierre, estando provista dicha válvula (24) con un mecanismo accionador de rotación-deslizamiento que comprende al menos un soporte de biela de deslizamiento (16) y al menos un segmento dentado (19) que están cooperando desde lados opuestos con al menos una rueda dentada (20) que constituye una bisagra conductora (21) para dicha válvula (24), y proporcionándose medios elásticos (15) que empujan dicho soporte de biela (16) hacia una posición que es adecuada para determinar el cierre de dicha válvula (24), medios de bloqueo (35) que, cuando el acoplamiento está acoplado, mantienen dicha válvula (24) en posición abierta, y medios de resistencia (28, 27) conectados con dicho soporte de biela (16) para controlar la velocidad de avance de dicho soporte de biela (16) hacia la posición de cierre de dicha válvula (24), estando constituidos dichos medios de bloqueo (35) por un segmento de conducto (35) que está dispuesto como una extensión del conducto axial (10) de la primera pieza del acoplamiento y contra el que dicha válvula (24) se apoya cuando el acoplamiento está acoplado, caracterizado porque dicho segmento de conducto (35) se ajusta firmemente contra dicho conducto axial (10) de la primera pieza del acoplamiento, y dicho soporte de biela (16) es adecuado para funcionar sobre dicho segmento de conducto (35) para controlar su movimiento axial de expulsión desde dicha primera pieza del acoplamiento y además está conectado operativamente con dicha válvula (24) de manera que controla el comienzo de su movimiento de cierre solo después de que dicho movimiento axial de expulsión del segmento de conducto (35) haya determinado la retirada del mismo segmento de conducto (35) de la trayectoria del movimiento de cierre de dicha válvula (24).

2. Acoplamiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho soporte de biela (16) funciona sobre dicho segmento de conducto (35) a través de un vástago (32) que se monta de manera fija a dicho soporte de biela (16) y se ajusta contra una palanca (33) que es adecuada para producir un movimiento de expulsión de dicho segmento de conducto (35).

3. Acoplamiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dichos medios de resistencia (28, 27) comprenden un pistón (27) que se fija a un extremo de dicho soporte de biela (16) y que se desliza dentro de un cilindro hidráulico (28) provisto con un orificio calibrado (29) para el derrame de un fluido hidráulico que normalmente no está a presión y está contenido dentro de dicho cilindro (28), extendiéndose dicho vástago (32) axialmente desde dicho pistón (27) dentro de dicho cilindro (28) de manera que, como consecuencia del avance de dicho soporte de biela (16), dicho vástago (32) sobresale axialmente desde dicho cilindro (28) para funcionar sobre dicha palanca (33) para expulsar dicho segmento de conducto (35).

4. Acoplamiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho segmento dentado (19) está soportado por un soporte fijado (18) con posibilidad limitada de holgura de deslizamiento axial y dicha válvula (24) se une a dicha bisagra de rotación (21) de dicha rueda dentada (20) con posibilidad limitada de holgura rotacional, de manera que una pieza inicial del movimiento de avance del soporte de biela (16) puede determinar únicamente un deslizamiento axial de dicho segmento dentado (19) y una rotación de dicha rueda dentada (20) sin un movimiento de deslizamiento simultáneo de dicha rueda dentada (20) y tiene lugar un movimiento rotatorio y deslizante simultáneo de dicha válvula (24).

5. Acoplamiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios elásticos (15) están constituidos por al menos un resorte de compresión (15) que funciona sobre un disco deslizante (14) fijado al otro extremo del soporte de biela (16).

6. Acoplamiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de acoplamiento rígidos (3) están constituidos por tornillos fracturables (3) con sección intermedia debilitada (4).

7. Acoplamiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque dichos tornillos fracturables (3) se ajustan como una conexión entre un reborde externo (51) fijado a una de dichas piezas (1, 2) del acoplamiento y otro reborde externo (52) unido a una banda externa (53) que se une a la otra pieza del acoplamiento y se extiende axialmente desde ella para rodear el extremo opuesto de dicha pieza del acoplamiento en engranaje deslizante.