Sistema de aislamiento de presión para una junta de tubería flexible.

Una junta de tubería flexible (27) que comprende:

un alojamiento (50)

una tubería de extensión (54) que se extiende desde el alojamiento

un primer elemento flexible de elastómero anular (74) dispuesto en el alojamiento

un segundo elemento flexible de elastómero anular (75) dispuesto en el alojamiento

y un tercer elemento flexible de elastómero anular (61) dispuesto en el alojamientoen la que los elementos flexibles primero,

segundo y tercero tienen un centro de rotación común (63), loselementos primero y segundo están apilados de manera coaxial en lados opuestos del centro de rotacióncomún, los elementos primero y segundo están dispuestos desde el centro de rotación común por un radiointerno común (R1), y el tercer elemento flexible está dispuesto desde el centro de rotación común por un radioexterno (R2) mayor que el radio interno

y en la que los elementos primero y segundo están unidos mecánicamente en serie entre el alojamiento y latubería de extensión, y el tercer elemento flexible está unido mecánicamente con el alojamiento y la tubería deextensión en paralelo con la combinación en serie de los elementos primero y segundo.

Sistema de aislamiento de presión para una junta de tubería flexible

Sector técnico

La presente invención se refiere a una junta de tubería flexible que tiene una tubería de extensión que se extiende desde un alojamiento, y al menos un elemento flexible de elastómero anular para montar la tubería de extensión en el alojamiento para permitir desplazamiento angular de la tubería de extensión con respecto al alojamiento.

Antecedentes

Las juntas flexibles que tienen un elemento flexible de elastómero anular para montar una extensión en un alojamiento se utilizan para reducir las tensiones inducidas por movimiento entre instalaciones flotantes en alta mar y tubos ascendentes y tendones, que dependen de instalaciones marinas flotantes. Típicamente, el elemento flexible consiste en alternar cuñas esféricas de metal, o de otro material rígido, y capas de material elastomérico. Dicho elemento flexible es capaz de proporcionar un desplazamiento angular libre de alrededor de + -15 grados o más soportando a la vez una tensión axial proporcional al tamaño del elemento flexible. Típicamente, el tamaño del elemento flexible ha sido seleccionado para soportar la carga deseada en el tubo ascendente o tendón, y se han fabricado y almacenado elementos flexibles den varios tamaños para la manipulación de diversos tamaños estándar de tubos ascendentes o tendones.

Los tubos ascendentes se utilizan para la transferencia de fluidos producidos desde el fondo del mar hasta una cubierta de una embarcación marítima flotante, y para la transferencia del fluido producido desde la embarcación hasta una o más líneas de exportación. Las cargas impartidas por el tubo ascendente en un elemento flexible consisten típicamente en tensión en el tubo ascendente, desplazamiento angular y rotación del tubo ascendente, presión interna en el fluido producido, y aumento de la temperatura del fluido producido. Por lo tanto, la presión interna en el fluido producido, y el aumento de la temperatura del fluido producido, pueden hacer que la selección de un elemento flexible para un tubo ascendente sea más difícil que la selección de un elemento flexible para un tendón.

Para varias aplicaciones, las articulaciones flexibles en las tuberías han incorporado más de un elemento flexible en un alojamiento común. Por ejemplo, una junta de tubería flexible de doble extremo para un tubo ascendente tiene un primer elemento flexible en el alojamiento para montar una primera tubería de extensión en el alojamiento, y un segundo elemento flexible en el alojamiento para montar una segunda tubería de extensión en el alojamiento. Las dos tuberías de extensión se extienden en direcciones opuestas desde el alojamiento común. De esta manera, la junta de tubería flexible de doble extremo puede acomodar el doble del desplazamiento angular que puede ser tolerado por una junta de tubería de extremo único flexible que tiene un único elemento flexible. El desplazamiento angular se divide entre los dos elementos flexibles en la junta de tubería flexible de doble extremo, pero cada uno de los dos elementos flexibles lleva la misma tensión completa del tubo ascendente. Algunos ejemplos de estas juntas de tubería flexibles de doble extremo se encuentran en Herbert y otros Patente americana 3, 680, 895 concedida el 1 de agosto de 1972; Herbert y otros Patente americana 4, 068, 864 concedida el 17 de enero de 1978 (ver la figura 4) ; y Whightsil, Sr. y otros Patente americana 5, 133, 578 concedida el 28 de julio de 1992.

Las juntas de tubería flexibles han incorporado más de un elemento flexible en un alojamiento común de modo que dos elementos flexibles están sujetos al mismo desplazamiento angular pero sólo uno de estos dos elementos flexibles lleva la carga de tensión a la junta de tubería flexible. Esta disposición puede reducir la presión de fluido producido en cada elemento flexible y proporcionar tanto un mecanismo de sellado primario como de reserva para contener el fluido a presión producido dentro de la junta de tubería. Sin embargo, los elementos flexibles en estos conceptos tienen que ser pre-comprimidos para su funcionamiento adecuado; un hecho que reduce la vida útil de los elementos flexibles. Por lo tanto, estos diseños hacen un uso ineficiente de los dos elementos de flexión tanto para soportar la carga axial sobre la tubería como para sellar la presión. Ejemplos de estas juntas de tubería flexibles se encuentran en Schwemmer Patente americana 4, 183, 556 concedida el 15 de enero de 1980; Ohrt Patente americana 4, 068, 868 concedida el 17 de enero de 1978; Peppel y otros Patente americana 4, 784, 410 concedida el 15 de noviembre de1988; y Peppel y otros Patente americana 4, 984, 827 concedida el 15 de enero de 1991.

Una junta de tubería que tiene dos elementos flexibles en un alojamiento común y diferentes niveles de precompresión axial sobre los dos elementos flexibles se da a conocer en Lamy y otros Patente americana 4, 416, 473 concedida el 23 de noviembre de 1983. Los dos elementos flexibles están dispuestos en lados opuestos de un centro común de rotación. La junta de tubería tiene una brida y un cuello que forman un cojinete esférico que permite el desplazamiento angular pero impiden el movimiento relativo bajo compresión axial. (Lamy, col. 5, líneas 2-8.) Un elemento flexible que tiene un diámetro más grande soporta cargas axiales de tracción. El otro elemento flexible que tiene un diámetro más pequeño está diseñado para asegurar únicamente la estanqueidad del fluido dentro de la tubería. (Lamy, col. 5 líneas 16-34.) Una pre-tensión axial deseada se aplica al elemento flexible que tiene el diámetro más pequeño apretando más unos pernos para cerrar un espacio libre de una abertura cilíndrica. (Lamy, col. 6, líneas 3046.)

Descripción de la invención

Para soportar fluido a alta presión dentro de una junta de tubería flexible, se desea que la junta de tubería flexible incluya por lo menos un elemento elastomérico flexible primario para soportar cargas axiales en la junta de tubería, y al menos un elemento elastómero flexible secundario diseñado especialmente para contener la presión de fluido dentro de la junta de tubería flexible y reducir o eliminar la presión de fluido en el elemento flexible primario. Al reducir o eliminar la presión de fluido en el elemento flexible primario, puede reducirse el tamaño del elemento flexible primario, y su duración puede ser extendida. Sin embargo, una reducción en el tamaño del elemento flexible primario no debería requerir un aumento significativo del tamaño total de la junta flexible para acomodar el elemento flexible elastomérico secundario. Por lo tanto, se desea proporcionar elementos flexibles secundarios más compactos más adecuados para determinadas configuraciones de juntas de tubería flexibles.

Hay una gran variedad de configuraciones de juntas flexibles de tuberías que tienen un rango limitado de desplazamiento axial para el uso previsto. Este rango limitado de desplazamiento axial puede ser debido a la configuración específica de junta de tubería flexible o debido a la utilización particular de la junta de tubería flexible. Muy a menudo el rango limitado de desplazamiento axial es compatible con un segundo elemento flexible diseñado especialmente para contener la presión de fluido de modo que el elemento flexible secundario no será sometido a un desplazamiento axial excesivo. En este caso, se desea proporcionar un sistema de aislamiento de presión muy compacto que se pueda montar fácilmente en la configuración de junta de tubería flexible sin modificación sustancial de la configuración de junta de tubería flexible. Por lo tanto es posible aumentar la capacidad de soporte de carga o vida útil de los diversos tipos de configuraciones de juntas de tuberías flexibles.

También se desea proporcionar una configuración de junta de tubería flexible especialmente diseñada para acomodar elementos flexibles secundarios. Esta configuración de junta de tubería flexible puede soportar un aumento de la presión, de la temperatura y las cargas axiales para una vida de servicio dada y un tamaño dado del alojamiento o la huella del alojamiento.

Según un primer aspecto, la invención proporciona una junta de tubería flexible que incluye un alojamiento, una tubería de extensión que se extiende desde el alojamiento, un primer elemento flexible de elastómero anular dispuesto en el alojamiento, un segundo elemento flexible de elastómero anular dispuesto en el alojamiento, y un tercer elemento flexible... [Seguir leyendo]

1. Una junta de tubería flexible (27) que comprende:

un alojamiento (50)

una tubería de extensión (54) que se extiende desde el alojamiento

un primer elemento flexible de elastómero anular (74) dispuesto en el alojamiento

un segundo elemento flexible de elastómero anular (75) dispuesto en el alojamiento

y un tercer elemento flexible de elastómero anular (61) dispuesto en el alojamiento

en la que los elementos flexibles primero, segundo y tercero tienen un centro de rotación común (63) , los elementos primero y segundo están apilados de manera coaxial en lados opuestos del centro de rotación común, los elementos primero y segundo están dispuestos desde el centro de rotación común por un radio interno común (R1) , y el tercer elemento flexible está dispuesto desde el centro de rotación común por un radio externo (R2) mayor que el radio interno

y en la que los elementos primero y segundo están unidos mecánicamente en serie entre el alojamiento y la tubería de extensión, y el tercer elemento flexible está unido mecánicamente con el alojamiento y la tubería de extensión en paralelo con la combinación en serie de los elementos primero y segundo.

2. La junta de tubería flexible según la reivindicación 1, en la que un desplazamiento angular (8) de la tubería de extensión con respecto al alojamiento provoca una deformación angular de cada uno de los elementos flexibles primero, segundo y tercero, y la deformación angular (01) de cada uno de los elementos primero y segundo es sustancialmente menor que la deformación angular (02) del tercer elemento flexible.

3. La junta de tubería flexible según la reivindicación 1, en la que un desplazamiento angular (8) de la tubería de extensión con respecto al alojamiento provoca un desplazamiento angular (c) de cada uno de los elementos primero y segundo que es de aproximadamente una mitad del desplazamiento angular de la tubería de extensión con respecto al alojamiento, y el desplazamiento angular de la tubería de extensión con respecto al alojamiento provoca un desplazamiento angular del tercer elemento flexible que es sustancialmente igual al desplazamiento angular de la tubería de extensión con respecto al alojamiento.

4. La junta de tubería flexible según la reivindicación 1, en la que los elementos primero y segundo están sellados por presión en la tubería de extensión de modo que el tercer elemento flexible no está sujeto a la presión en la tubería de extensión.

5. La junta de tubería flexible (90) según la reivindicación 4, en la que el tercer elemento flexible (92) sella una cavidad

(98) en el alojamiento, y el alojamiento incluye un puerto (114) para vigilar la presión en la cavidad para detectar si los elementos primero y segundo fallan en sellar la presión en la tubería de extensión.

6. La junta de tubería flexible según la reivindicación 1, que además incluye un cuarto elemento flexible de elastómero anular (62) dispuesto en el radio externo desde el centro de rotación común, en la que el cuarto elemento flexible está apilado en el alojamiento de manera coaxial con respecto al tercer elemento flexible, y el cuarto elemento flexible está unido mecánicamente en paralelo con el tercer elemento flexible entre la tubería de extensión y el alojamiento.

7. La junta de tubería flexible según la reivindicación 1, en la que el tercer elemento flexible está dispuesto en el alojamiento entre una brida (66) de la tubería de extensión y el alojamiento, y la junta de tubería flexible incluye además un anillo de centrado (73) que conecta el primer elemento flexible al segundo elemento flexible en serie entre el alojamiento y la tubería de extensión de modo que el anillo de centrado está sujeto a un desplazamiento angular con respecto al alojamiento (c) de aproximadamente la mitad del desplazamiento angular (8) de la tubería de extensión con respecto al alojamiento.

8. La junta de tubería flexible (230) según la reivindicación 7, en la que el anillo de centrado (253) está dispuesto en un radio desde el centro de rotación común que está entre el radio interno y el radio externo, y una tensión axial sobre la tubería de extensión con respecto al alojamiento coloca cada uno de los primer (255) , segundo (254) , y tercer (241) elementos flexibles en compresión.

9. La junta de tubería flexible (200) según la reivindicación 7, que además incluye una junta de rótula (188, 189) en el anillo de centrado (183) , y en la que el anillo de centrado incluye dos secciones (192, 193) soldadas entre sí para el conjunto de la junta de rótula en el anillo de centrado.

10. La junta de tubería flexible según la reivindicación 1, que además incluye:

una tubería interna (64) fijada al alojamiento un primer revestimiento interior (71)

un segundo revestimiento interior (72)

y un anillo de centrado (73)

en la que el primer elemento flexible está dispuesto entre el anillo de centrado y el primer revestimiento interior

el segundo elemento flexible está dispuesto entre el anillo de centrado y el segundo revestimiento interior

el primer revestimiento interior está dispuesto en y soldado a la tubería interior

y el segundo revestimiento interior está dispuesto en y soldado a la tubería de extensión.

11. La junta de tubería flexible (230) según la reivindicación 1, en la que el alojamiento (240) tiene un primer extremo y un segundo extremo, la tubería de extensión (234) que se extiende desde el segundo extremo del alojamiento, la tubería de extensión tiene una brida interior (246) y una funda exterior (235) , y la junta de tubería flexible incluye además:

una brida de fijación (233) montada en el primer extremo del alojamiento

una tubería interna (251) dispuesta en el alojamiento y montada en la brida de fijación y que proporciona un canal desde una abertura en la brida de fijación a la tubería de extensión

y un anillo de centrado esférico (253) dispuesto en el alojamiento, teniendo la tubería interior una brida (245) en el anillo de centrado, estando la brida interior de la tubería de extensión dispuesta en el anillo de centrado, y estando una parte del anillo de centrado dispuesta entre la funda exterior de la tubería de extensión y la brida interior de la tubería de extensión

en la que el primer elemento flexible de elastómero anular (255) está dispuesto en el alojamiento entre el anillo de centrado y la brida interior de la tubería de extensión

el segundo elemento flexible de elastómero anular (254) está dispuesto en el alojamiento entre el anillo de centrado y la brida de la tubería interior

y el tercer elemento flexible de elastómero anular (241) está dispuesto en el alojamiento entre la funda exterior de la tubería de extensión y el alojamiento para montar la tubería de extensión en el alojamiento para el desplazamiento angular de la tubería de extensión con respecto al alojamiento, pasando la tubería de extensión a través del tercer elemento flexible de modo que el tercer elemento flexible rodea la tubería de extensión

en la que el anillo de centrado acopla los elementos primero y segundo mecánicamente en serie entre la tubería de extensión y el alojamiento de modo que el desplazamiento angular (8) de la tubería de extensión con respecto al alojamiento provoca un desplazamiento angular (c) del anillo de centrado con respecto al alojamiento que es aproximadamente la mitad del desplazamiento angular de la tubería de extensión con respecto al alojamiento, y de modo que tensión axial sobre la tubería de extensión con respecto al alojamiento coloca cada uno de los elementos flexibles primero, segundo y tercero en compresión.

12. La junta de tubería flexible (270) según la reivindicación 11, en la que la tubería interior (291) tiene una funda exterior (286) , y el segundo elemento flexible está dispuesto entre la funda exterior de la tubería interior y la brida (295) de la tubería interior, y que además incluye un cuarto elemento flexible de elastómero anular (282) dispuesta en el alojamiento (280) y que acopla la funda exterior de la tubería interior a la funda exterior (284) de la tubería de extensión.

13. La junta de tubería flexible (270) según la reivindicación 1, en la que el alojamiento (280) tiene un primer extremo y un segundo extremo, la tubería de extensión (274) que se extiende desde el segundo extremo del alojamiento, la tubería de extensión tiene una brida interior (296) y una funda exterior (284) , y la junta de tubería flexible incluye además:

una brida de fijación (273) montada en el primer extremo del alojamiento

un anillo de soporte (271) montado en el segundo extremo del alojamiento

una tubería interna (291) dispuesta en el alojamiento y soldado a la brida de fijación y que proporciona un canal desde una abertura en la brida de fijación a la tubería de extensión, teniendo la tubería interior una brida interior

(295) y una funda exterior (286)

y un anillo de centrado esférico (292) dispuesto en el alojamiento, estando la brida interior de la tubería interior dispuesta en el anillo de centrado, y estando la brida interior de la tubería de extensión dispuesta en el anillo de centrado

en la que el primer elemento flexible de elastómero anular (293) está dispuesto en el alojamiento entre el anillo de centrado y la brida interior de la tubería de extensión, y el elastómero del primer elemento flexible está unido al anillo de centrado y unidos a la brida interior de la tubería de extensión

el segundo elemento flexible de elastómero anular (294) está dispuesto en el alojamiento entre el anillo de centrado y la brida interior de la tubería interior, y el elastómero del segundo elemento flexible está unido al anillo de centrado y unidos a la brida interior de la tubería interior

el tercer elemento flexible de elastómero anular (281) está dispuesto en el alojamiento entre el anillo de soporte y la funda exterior de la tubería de extensión, y el elastómero del tercer elemento flexible está unido al anillo de soporte y unido a la funda exterior de la tubería de extensión, montando el tercer elemento flexible la tubería de extensión en el alojamiento para el desplazamiento angular de la tubería de extensión con respecto al alojamiento, pasando la tubería de extensión a través del tercer elemento flexible de modo que el tercer elemento flexible rodea la tubería de extensión

y en la que la junta de tubería flexible incluye además: un anillo de carga (287) fijado a la funda exterior de la tubería de extensión

y un cuarto elemento flexible de elastómero anular (282) dispuesto en el alojamiento entre el anillo de carga y la funda exterior de la tubería interior, estando el elastómero del cuarto elemento flexible unido al anillo de carga y unido a la funda exterior de la tubería interior, pasando la tubería interior a través del cuarto elemento flexible de modo que el cuarto elemento flexible rodea la tubería interior.

14. La junta de tubería flexible según la reivindicación 13, en la que los elementos flexibles primero, segundo, tercero y cuarto comparten el centro de rotación común (283) , los elementos flexibles tercero y cuarto están dispuestos en un radio externo común (R2) desde el centro de rotación común, el radio externo es mayor que el radio interno, y los elementos flexibles tercero y cuarto están apilados de manera coaxial de modo que los elementos flexibles tercero y cuarto están dispuestos en lados opuestos del centro de rotación común.

15. La junta de tubería flexible según la reivindicación 1, en la que el alojamiento tiene un primer extremo y un segundo extremo, la tubería de extensión que se extiende desde el segundo extremo del alojamiento, y la junta de tubería flexible incluye además:

una brida de fijación (53) montada en el primer extremo del alojamiento

un anillo de soporte (51) montada en el segundo extremo del alojamiento

una tubería interna (64) fijada a la brida de fijación

un primer revestimiento interior (71) dispuesto en y soldado a la tubería interior

un segundo revestimiento interior (72) dispuesto en y soldado a la tubería de extensión

y un anillo de centrado (73)

en la que el primer elemento flexible de elastómero anular está dispuesto en el alojamiento y montado entre el primer revestimiento interior y el anillo de centrado

el segundo elemento flexible de elastómero anular está dispuesto en el alojamiento y montado entre el segundo revestimiento interior y el anillo de centrado

y el tercer elemento flexible de elastómero anular está dispuesto en el alojamiento y montado entre la tubería de extensión y el anillo de soporte.