ES2994100T3 - Tensioner - Google Patents

Abstract

Un tensor, típicamente hidráulico, para elementos roscados, comprendiendo el tensor: una base (4) y un pistón (6) que definen un espacio de presión (13) entre ellos, estando dispuestos la base (4) y el pistón (6) para ser empujados alejándose a lo largo de un eje (17) tras la introducción de un fluido en el espacio de presión (13); y un elemento de acoplamiento de rosca (7), que comprende una porción de cuerpo (8) en forma de manguito y que tiene un interior roscado (30) para acoplarse con un elemento roscado (2) y una porción de acoplamiento de pistón (9) que lleva una protuberancia; en el que el pistón (6) se apoya contra la protuberancia de tal manera que el pistón (6) ejerce una fuerza sobre la protuberancia cuando es empujado alejándose de la base (4) mediante la introducción de fluido en el espacio de presión (13); el tensor comprende además un sensor de desplazamiento dispuesto para determinar la posición relativa de la porción de cuerpo del elemento de enganche de hilo y la base, comprendiendo el sensor de desplazamiento una primera parte (12) llevada sobre la base (4) y una segunda parte (11) llevada sobre la porción de cuerpo (8); típicamente el sensor de desplazamiento es un codificador magnético. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Tensor

Esta invención se refiere a un tensor de miembros roscados de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Los tensores se usan comúnmente para, entre otras tareas, estirar elementos como pernos o espárragos, de tal manera que una tuerca roscada pueda entonces deslizarse por el perno estirado, capturando por tanto la tensión en el perno estirado. Típicamente, se usan en cualquier campo que requiera fijar grandes cargas mediante el uso de sujeciones roscadas; un uso común es en las turbinas eólicas, cuando tales tensores pueden usarse para fijar muchas sujeciones, como las palas de la turbina a su cojinete, o la torre de dicha turbina a sus cimientos.

Es deseable conocer el alargamiento del miembro roscado, particularmente en situaciones en las que es importante la trazabilidad de la fijación de la tuerca en el miembro roscado, como en el ejemplo de las turbinas eólicas analizado anteriormente. Aunque en cierta medida es posible calcular el alargamiento del miembro roscado usando la presión del fluido hidráulico introducido en el espacio de presión en combinación con las dimensiones y propiedades del material del perno, no se trata, sin embargo, de una medida especialmente fiable.

También es posible medir el alargamiento del miembro roscado mediante ultrasonidos; un transductor de ultrasonidos fijo que emite ondas de ultrasonidos en el extremo del miembro roscado puede medir la distancia hasta el extremo del miembro roscado midiendo el tiempo de vuelo de las ondas de ultrasonidos reflejadas en el extremo del miembro roscado. Sin embargo, tal equipo es engorroso de instalar y es difícil de calibrar.

Los tensores hidráulicos son bien conocidos en la técnica; ejemplos de los mismos pueden verse en la Solicitud de Patente Europea publicada como EP 2522 465 y en la Solicitud de Patente Japonesa publicada como JP3-204406. Este último documento divulga un tensor para miembros roscados de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Tales tensores pueden usarse para estirar un miembro roscado como un espárrago, perno o similar, y generalmente comprenden cuerpos anulares coaxiales interiores y exteriores generalmente cilíndricos que se colocan alrededor del miembro roscado. El cuerpo interior se acopla de manera roscada con el miembro roscado. Un espacio entre los cuerpos interiores y exteriores define un espacio de presión, en el que puede introducirse un fluido, típicamente un fluido hidráulico, para separar los cuerpos de su eje común.

Se ha propuesto, en las dos publicaciones de solicitud de patente a las que se ha hecho referencia anteriormente, usar un miembro roscado especial que tiene un orificio central. En el orificio central se coloca una varilla central, y un aparato de medición sujeto al extremo del miembro roscado. El movimiento del aparato de medición con respecto a la varilla permite entonces medir el alargamiento del miembro roscado. Sin embargo, esto requiere de nuevo el acceso al extremo del miembro roscado y requiere una holgura significativa en el extremo del miembro roscado.

Un objeto de la invención es superar los inconvenientes del estado de la técnica, como el problema de obtener una medición fiable del alargamiento del miembro roscado, particularmente en situaciones donde el acceso al espacio alrededor del miembro roscado es limitado. Además, es deseable de proporcionar un tensor que pueda usarse convenientemente con una pluralidad de miembros roscados dimensionados de manera diferente, sin requerir que los miembros roscados se formen especialmente.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, proporcionamos un tensor para miembros roscados como se define en la reivindicación 1, el tensor comprendiendo:

una base y un pistón que definen un espacio de presión entre ambos, estando la base y el pistón estando dispuestos para ser separados a lo largo de un eje tras la introducción de un fluido en el espacio de presión; y

un miembro de acoplamiento roscado, que comprende una parte de cuerpo en forma de manguito y que tiene un interior roscado para el acoplamiento con un miembro roscado y una parte de acoplamiento del pistón que lleva una protuberancia;

en el que el pistón se apoya en la protuberancia de tal manera que el pistón ejerce una fuerza sobre la protuberancia cuando se le separa de la base por la introducción de fluido en el espacio de presión;

el tensor comprendiendo además un sensor de desplazamiento dispuesto para determinar la posición relativa de la parte de cuerpo del miembro que se acopla con la rosca y la base, el sensor de desplazamiento comprendiendo una primera parte que se lleva en la base y una segunda parte que se lleva en la parte de cuerpo.

Las realizaciones preferidas de la invención son la materia de las reivindicaciones dependientes.

Como tal, determinando la posición relativa de la parte de cuerpo con respecto a la base, es posible de medir el alargamiento del miembro roscado. Esto proporciona un método más fiable de medir el alargamiento del miembro roscado que los métodos del estado de la técnica y no requiere el uso de miembros roscados especiales ya que el sensor de desplazamiento se lleva en el tensor en lugar de acoplarlo directamente al miembro roscado.

Por tanto, si la base está dispuesta para apoyarse en una superficie fija con respecto al miembro roscado, el pistón, en la introducción del fluido al espacio de presión, será alejado de la base a lo largo del miembro roscado, con objeto de colocar el miembro roscado en tensión. Si se desliza una tuerca a lo largo del miembro roscado para apoyarse en la superficie fija, la tensión generada en el miembro roscado puede almacenarse y aplicarse a la superficie fija. A continuación, puede soltarse y retirarse el tensor de pernos, dejando una tuerca y un miembro roscado fijados.

De esta manera, el miembro roscado y la tuerca pueden usarse para fijar entre sí una pluralidad de objetos; esto puede apreciarse más fácilmente en el caso de que el miembro roscado sea un perno, en el que una serie de objetos en forma de lámina pueden sujetarse entre la tuerca y la cabeza del perno.

El uso de un miembro de acoplamiento con rosca separado que se acopla al miembro roscado y es accionado por el pistón permite, por ejemplo, proporcionar una variedad de miembros de acoplamiento por rosca que se acoplan a una variedad de miembros roscados de diferentes tamaños, ya que para el miembro roscado en cuestión puede seleccionarse el interior del miembro de acoplamiento por rosca; por lo tanto, puede proporcionarse una pluralidad de tales miembros roscados. Una ventaja adicional es que las piezas del sensor pueden intercambiarse y almacenarse fácilmente.

Además, hemos apreciado que, midiendo más cerca de la base del miembro roscado en lugar de en el extremo del miembro roscado (típicamente en la parte del miembro de acoplamiento por rosca que se acopla a la rosca del miembro roscado), las mediciones del alargamiento son más precisas, ya que las deformaciones elásticas del propio tensor serán menos pronunciadas más cerca de la base el miembro roscado.

El sensor de desplazamiento puede ser un codificador lineal, donde una de la primera y la segunda partes comprende una escala que codifica una posición y la otra de la primera y la segunda partes es un transductor que lee la escala. Como la primera y la segunda partes están montadas sobre piezas que se mueven unas con respecto a las otras, el transductor verá el movimiento de la escala y, por tanto, podrá medir el movimiento relativo. En un ejemplo, la escala será un codificador magnético, con la escala codificada magnéticamente, por ejemplo como una serie de polos magnéticos alternos a lo largo de la escala o variando la permeabilidad magnética de la escala a lo largo de su longitud. En tal caso, el transductor será un sensor de campo magnético, como un sensor de efecto Hall. Alternativamente, la escala puede codificarse óptica, capacitiva o inductivamente, el transductor siendo capaz de leer tales codificaciones.

Preferiblemente, el miembro de acoplamiento por rosca comprenderá un manguito que rodea la parte del cuerpo, el manguito llevando la segunda parte del sensor de desplazamiento (típicamente la escala).

El manguito puede rotar libremente alrededor de la parte de cuerpo, pero está provisto de un tope que restringe el movimiento lineal a lo largo del eje con respeto al manguito. El tope puede comprender un anillo de retención que sobresale de una superficie exterior de la parte del cuerpo.

Además, el manguito estará ventajosamente fijado rotacionalmente alrededor del eje con respecto a la base. Esto asegurará que las dos partes del sensor de desplazamiento estén apropiadamente localizadas rotacionalmente una con respecto a la otra a medida que el miembro de acoplamiento por rosca se enrosca en un miembro roscado, a la vez que se permite que las dos partes se muevan linealmente una con respecto a la otra a lo largo del eje, que es el desplazamiento que se desea medir. Como tal, el manguito puede estar provisto de por lo menos un pasador de guía que sobresale del manguito y la base puede tener por lo menos una ranura formada en la misma a lo largo del eje; cada pasador de guía puede ser recibido en una ranura correspondiente. Por tanto, el pasador que trabaja en la ranura permitirá el movimiento lineal a lo largo del eje, pero restringirá el movimiento rotacional del manguito con respecto a la base.

El uso del manguito garantiza que las dos partes del sensor de desplazamiento se sitúen rotacionalmente de manera adecuada una con respecto a la otra a medida que el miembro de acoplamiento por rosca se enrosca en un miembro roscado, a la vez que permite que las dos partes se muevan linealmente una con respecto a la otra a lo largo del eje, que es el desplazamiento que se desea medir. De este modo, en lugar de tener que codificar toda la superficie de la parte de acoplamiento por rosca, el movimiento relativo de las dos partes del codificador se limita a ser unidimensional, permitiendo usar una disposición de codificador más sencilla, más pequeña y, por tanto, más barata. Además, se mejora el almacenamiento de la parte del sensor y se minimiza el riesgo de daños.

Además, el uso de un manguito facilitará aún más el uso de múltiples miembros de acoplamiento por rosca diferentes; sólo el manguito tendrá que tener el codificador montado en el mismos, con múltiples miembros de acoplamiento por rosca diferentes permitiendo el uso del tensor con miembros roscados de diferentes diámetros, sin necesidad de que cada miembro de acoplamiento por rosca tenga su propio codificador.

El sensor de desplazamiento puede estar provisto de una salida para el desplazamiento medido. Típicamente, la salida comprendería un cable de salida mediante el cual el desplazamiento medido puede transmitirse a un lector, una pantalla u otro terminal similar. Sin embargo, en aras de la flexibilidad, la salida puede estar provista de un transmisor inalámbrico mediante el cual puede transmitirse el desplazamiento medido a una ubicación remota.

Preferiblemente, el tensor será un tensor hidráulico y comprenderá una fuente de fluido presurizado en comunicación con el espacio de presión. La protuberancia puede ser una brida en el miembro de acoplamiento por rosca.

Preferiblemente, se proporciona una combinación del tensor del primer aspecto de la invención y un miembro roscado, en el que el miembro de acoplamiento por rosca se acopla con una rosca del miembro roscado.

Por tanto, esto representa el aparato en uso.

Ventajosamente, la segunda parte del sensor de desplazamiento se colocará axialmente a lo largo de la parte del cuerpo en una parte de la parte del cuerpo que se acopla con la rosca del miembro roscado. Como tal, esto reduce adicionalmente cualquier error debido a la deformación elástica del propio tensor.

A continuación, se proporciona una descripción de una realización de la invención, descrita con referencia a los dibujos acompañantes, en los que:

LaFigura 1muestra una vista en perspectiva de un tensor hidráulico de acuerdo con una realización de la invención; LaFigura 2muestra una sección transversal vertical a través del tensor de la Figura 1, a través de un plano central; y

LaFigura 3muestra una vista en perspectiva en despiece del tensor de la Figura 1.

En los dibujos acompañantes se muestra un tensor hidráulico 1 de acuerdo con una realización de la invención. La tensión puede actuar para tensar y por tanto extender un miembro roscado de la forma de un perno o un espárrago 2; a continuación pueden deslizarse una tuerca 3 por el perno 2 para capturar esa tensión.

El tensor comprende una base 4, que forma una carcasa para el tensor y descansará contra una superficie fija. El tensor también comprende un pistón 6, que puede moverse con respecto a la base 4 a lo largo del eje central 17 a través de un orificio 20.

Entre la base 4 y el pistón 6 se define un espacio de presión 13. En este espacio puede introducirse fluido hidráulico por medio de un sistema de puertos 14. Al hacerlo, el pistón 6 puede ser forzado a alejarse de la base 4; el pistón 6 se moverá a lo largo del eje 17, verticalmente en el sentido de las Figuras.

El pistón 6 está provisto de un orificio central 20, coaxial con el eje 17. En este orificio 20 se proporciona un miembro de acoplamiento por rosca 7. Este miembro de acoplamiento por rosca 7 comprende una parte de cuerpo 8 de la forma de un manguito cilíndrico que cabe dentro del orificio 20. El interior del manguito define un orificio roscado 30, que se acopla con el miembro roscado 2.

El miembro de acoplamiento por rosca 7 tiene una parte de acoplamiento de pistón 9 colocada en el extremo de la parte de cuerpo 8. Forma una protuberancia en forma de brida que se apoya con el pistón 6, de tal manera que la fuerza generada por el pistón 6 al ser alejado de la base 4 se transmite a la parte de acoplamiento de pistón 9, a través de la parte de cuerpo 8 y luego a través del orificio roscado 20 al miembro roscado 2. La tuerca 3 puede entonces deslizarse por el miembro roscado 2 para mantener el miembro 2 en tensión y hacer que la tuerca 3 presione contra la superficie fija una vez que se haya liberado la tensión debida al fluido en el espacio de presión 13.

Sin embargo, es deseable poder medir el alargamiento del miembro roscado 2. Para ser capaz de hacerlo, se proporciona un manguito 10 alrededor de la superficie externa 5 de la parte de cuerpo 8 del miembro de acoplamiento por rosca 7. El manguito 10 tiene la forma de una cáscara cilíndrica, coaxial con el eje 17. Es libre de rotar con respecto al miembro de acoplamiento por rosca 7, pero está retenido contra movimiento lineal a lo largo del eje 17 por un anillo de retención 27 que sobresale de la superficie exterior 5.

Este manguito 10 lleva una banda codificadora magnética 11a lo largo de su longitud, montada en un rebaje 21 en la superficie exterior del manguito 10. El codificador magnético tiene la forma de un patrón de polos magnéticos, de tal manera que se crea un patrón de campos magnéticos que se proyectan axialmente hacia fuera del manguito 10. La longitud del codificador magnético 11 está alineada paralelamente al eje 17.

Estos campos magnéticos pueden ser leídos por un sensor magnético 12 montado en la base 4, que típicamente será un sensor de efecto Hall. El sensor magnético 12 está fijo con respecto a la base 4 por medio de las abrazaderas 18. A medida que se extiende el miembro roscado 2, el codificador magnético 11 se moverá más allá del sensor magnético 12; mediante el procesamiento adecuado de la salida (a través del cable de salida 19) será posible medir el movimiento del miembro de acoplamiento por rosca 7 con respecto a la base 4 y a partir de ahí determinar el alargamiento del miembro roscado 2. En el caso más sencillo, la medición puede implicar un simple recuento de las inversiones del campo magnético al pasar los polos, pero el experto en la técnica apreciará que hay múltiples maneras en las que puede codificarse magnéticamente la posición.

Como el codificador está montado en la parte inferior del cuerpo 8 del miembro de acoplamiento por rosca 7, se introducen menos errores en la medición debido al alargamiento elástico de las partes del tensor 1, como el miembro de acoplamiento por rosca. Puede verse que el codificador magnético 11 está montado en una parte de la parte del cuerpo 8 que se acopla con el miembro roscado, por lo que midiendo en ese punto pueden minimizarse estos errores.

Sin embargo, para alinear angularmente el codificador magnético 11 con el sensor magnético 12, el manguito 10 está provisto de dos pasadores que sobresalen 15. Éstos se reciben en las ranuras alargadas 16 correspondientes en la base 4, las ranuras discurriendo paralelas al eje 17. De este modo se evita sustancialmente que el manguito 10 rote alrededor del eje 17 con respecto a la base 4 (aunque puede rotar con respecto al miembro roscado 7), a la vez que se permite el movimiento lineal a lo largo del eje que se desea medir.

Como tal, el miembro de acoplamiento por rosca 7 puede enroscarse en el miembro roscado 2 sin tener que preocuparse por la orientación angular del codificador magnético 11 con respecto al sensor magnético 12, ya que los pasadores 15 garantizarán que la alineación sea correcta. Si el codificador magnético se llevase directamente en el cuerpo 8 del miembro de acoplamiento por rosca 7, sería necesario asegurarse de que el miembro de acoplamiento por rosca se rotase a la posición correcta con respecto a la base en cada instalación, lo que requeriría mucho trabajo y sería propenso a inexactitudes.

La señal de salida del sensor magnético 12 puede leerse en el cable de salida 19 y dirigirse a un procesador adecuado. Aunque el procesador, o los resultados procesados, pueden ubicarse localmente en el tensor 1, también es posible que las señales de salida sin procesar o los resultados procesados, o cualquier resultado intermedio, puedan transmitirse de manera inalámbrica a una estación base alejada del tensor. Esto resultaría particularmente útil cuando se usan varios tensores a la vez (como tal puede usarse con los pernos que fijan una turbina eólica al suelo o con los que fijan las palas de la turbina a la góndola) y permitiría monitorizar varias operaciones simultáneamente, así como registrar los resultados de manera más flexible en aras de la trazabilidad.

Mientras que el manguito de esta realización se fija rotacionalmente con respecto a la base, en otra realización, es posible que el manguito no esté fijado rotacionalmente, de tal manera que el manguito sea libre de rotar alrededor de la base. En tal caso, el codificador abarcaría toda la superficie circunferencial del manguito, de tal manera que la medición del alargamiento podría tomarse independientemente de la relación rotacional entre el manguito y el sensor magnético. En esta realización, el manguito tendría la ventaja de que podría usarse con múltiples miembros de acoplamiento por rosca diferentes, en lugar de que cada miembro de acoplamiento por rosca (o cada barra de tracción) para roscas de diferentes tamaños tuviera que estar provisto de un codificador; por tanto, sólo sería necesario codificar un elemento, en lugar de múltiples elementos.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un tensor (1) para miembros roscados (2), el tensor comprendiendo:

una base (4) y un pistón (6) que definen un espacio de presión (13) entre ellos, la base (4) y el pistón (6) estando dispuestos para separarse a lo largo de un eje (17) tras la introducción de un fluido en el espacio de presión (13); y un miembro de acoplamiento por rosca (7), que comprende una parte de cuerpo (8) en forma de un manguito y que tiene un interior roscado (30) para el acoplamiento con un miembro roscado (2) y una parte de acoplamiento del pistón (9) que lleva una protuberancia;

en el que el pistón (6) se apoya contra la protuberancia de tal manera que el pistón (6) ejerce una fuerza sobre la protuberancia cuando se separa de la base (4) mediante la introducción de fluido en el espacio de presión (13);caracterizado porque

el tensor (1) comprende además un sensor de desplazamiento dispuesto para determinar la posición relativa de la parte de cuerpo (8) del miembro de acoplamiento por rosca (7) y la base (4), el sensor de desplazamiento comprendiendo una primera parte (12) que se lleva sobre la base (4) y una segunda parte (11) que se lleva sobre la parte de cuerpo (8).

2. El tensor de la reivindicación 1, en el que el miembro de acoplamiento por rosca (7) comprende un manguito (10) que rodea la parte de cuerpo (8), el manguito (10) que lleva la segunda parte (11) del sensor de desplazamiento.

3. El tensor de la reivindicación 2, en el que el manguito (10) es libre de rotar alrededor de la parte de cuerpo (8), pero está provisto de un tope (27) de tal manera que se restringe el movimiento lineal a lo largo del eje (17) con respecto al manguito (10).

4. El tensor de la reivindicación 3, en el que el manguito (10) está fijado rotacionalmente alrededor del eje (17) con respecto a la base (4).

5. El tensor de la reivindicación 4, en el que el manguito (10) está provisto de por lo menos un pasador guía (15) que sobresale del manguito (10) y la base (4) tiene por lo menos una ranura (16) formada en la misma que discurre a lo largo del eje (17), cada pasador guía (15) siendo recibido en una ranura (16) correspondiente.

6. El tensor de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el sensor de desplazamiento es un codificador lineal, en el que la segunda parte (11) comprende una escala que codifica una posición y la primera parte (12) es un transductor que lee la escala.

7. El tensor de la reivindicación 6, en el que la escala es un codificador magnético, con la escala codificada magnéticamente y en el que el transductor (12) es un sensor de campo magnético.

8. El tensor de cualquier reivindicación anterior, en el que el sensor de desplazamiento está provisto de una salida (19) para el desplazamiento medido, la salida (13) estando provista de un transmisor inalámbrico mediante el que el desplazamiento medido puede transmitirse a una ubicación remota.

9. El tensor de cualquier reivindicación anterior, que es un tensor hidráulico que comprende una fuente de fluido presurizado en comunicación con el espacio de presión.

10. Una combinación del tensor (1) de cualquier reivindicación anterior y un miembro roscado (2), en la que el miembro de acoplamiento por rosca (7) se acopla con una rosca del miembro roscado (2).

11. La combinación de la reivindicación 10, en la que la segunda parte (11) del sensor de desplazamiento está colocada axialmente a lo largo de la parte de cuerpo (8) en una parte de la parte de cuerpo (8) que está acoplada con la rosca del miembro roscado (2).