Un tensor hidráulico para su uso en un entorno de fuerza de tracción elevada donde el espacio es limitado.

Dicho tensor aplica una tensión a un perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) que se extiende desde un artículo. El tensor comprende:

una barra de extracción (33, 133, 333 y 433) que posee un extremo roscado para su acoplamiento por rosca con un extremo roscado (19a, 119a, 219a, 319a y 419a) del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419);

[una] barra (33, 133, 333 y 433); y un ensamblaje de tuerca para su encajado en el perno espárrago en una posición adyacente al artículo; dicho ensamblaje de tuerca (20 y 120) comprende un cuerpo de tuerca (21) para su acoplamiento roscado en el mencionado perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419);

caracterizado porque:

el tensor hidráulico comprende además medios hidráulicos (25) para ejercer una fuerza de tiro en la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) y, por consiguiente, el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) por aplicar [sic]; y porque el ensamblaje de tuerca es un ensamblaje de tuerca cónica (20 y 120); dicho cuerpo de tuerca (21) posee una superficie exterior periférica sustancialmente cónica o que se estrecha progresivamente hacia abajo y hacia dentro, y dicho ensamblaje de tuerca comprende además un collar anular exterior (23) que rodea radialmente dicho cuerpo de tuerca (21) con un entrante cónico o que se estrecha progresivamente complementario (23a) para recibir la mayor parte del cuerpo de tuerca (21) durante su uso; y un puente (38) que se extiende alrededor y por encima del cuerpo de tuerca (21), y que puede ser operado para reaccionar entre el medio hidráulico (25, 125, 325 y 425) y el artículo con el fin de tensar el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) mediante una fuerza de tiro ejercida por dicho medio hidráulico en la mencionada barra de extracción (33), tirando así del extremo del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) en una dirección que lo aleja del artículo; dicho cuerpo de tuerca (21) es ajustable en el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) y en el entrante que se estrecha progresivamente en el collar anular exterior para absorber el alargamiento del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) como resultado de aplicar una tensión al mismo;

en el que el mencionado puente (38) está situado directamente sobre el mencionado collar anular exterior (23) durante el funcionamiento.

Tuercas de tensión hidráulicas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a sistemas hidráulicos para tensar elementos de sujeción, a tuercas que se pueden tensar mediante esos sistemas, a herramientas que pueden utilizarse con los mismos, y a arandelas y otros accesorios y estructuras similares para su uso con los mismos.

Estado anterior de la técnica

Las tuercas hidráulicas son bien conocidas. La especificación de la patente australiana nº 625495 (AU-B-25403/88) , en opinión del solicitante actual, describe este tipo de tuerca. Estas tuercas poseen aplicaciones en una variedad de campos, por ejemplo en el ensamblaje de carcasas de turbinas.

En EP-0 797 012A se divulga un aparato de tensado hidráulico que comprende un collar roscado en su cara interior para su acoplamiento por rosca con la longitud del perno que se va a tensar y que sobresale de la tuerca asociada, y un vástago roscado en su cara exterior para su acoplamiento por rosca en un orificio roscado en su cara interior en el área final que sobresale del perno. El collar y el vástago pueden ser movidos por un componente de una configuración de pistón y cilindro hidráulicos, estando el otro componente fijado durante su uso en relación con la superficie en la que está ubicada la mencionada tuerca.

Las carcasas de turbinas del sector energético invariablemente poseen dos mitades, unidas axialmente para formar un armazón esencialmente simétrico en la que opera el rotor de la turbina. La unión entre las carcasas debe estar sujeta con la suficiente fuerza como para soportar las enormes fuerzas de separación generadas por la acción del vapor a presión del interior, y con un alto grado de consistencia para impedir fugas o distorsiones en la carcasa. Las turbinas de vapor funcionan necesariamente a altas temperaturas, por lo que la naturaleza del material utilizado en los pernos debe ser capaz de resistir la deformación a tensión constante o creep (relajación lenta) en estas condiciones. De esta forma, se descarta el uso de elementos de sujeción de aleación tratados térmicamente y de resistencia particularmente alta, por lo que la solución de ingeniería adoptada consiste en utilizar pernos espárragos (en inglés, studbolts) con un área transversal de gran tamaño y una separación reducida (distancia entre pernos) . Esta separación reducida hace que exista un espacio muy reducido alrededor de los pernos. Ello crea problemas a la hora de aplicar el alto par necesario para proporcionar la carga de tracción necesaria en el miembro. Por consiguiente, la mayoría de los fabricantes de turbinas han optado por recomendar una práctica de alargamiento y contracción posterior por calor de los pernos espárragos individuales para el tensado de los pernos de la carcasa. Este método resulta sumamente costoso por lo que respecta a la cantidad de tiempo consumida, y también tiene efectos perjudiciales en la integridad de los elementos de sujeción.

Las empresas de servicios públicos que se dedican a la generación de energía han ejercido una presión considerable sobre los fabricantes de las turbinas para mejorar los métodos que se utilizan en este campo. Una interrupción del servicio en un generador básico de una planta nuclear, por ejemplo, puede costar sumas considerables al día. Existen razones económicas para mejorar el rendimiento. Las empresas de servicios públicos opinan que los elementos de sujeción hidráulicos instalados permanentemente constituyen el método ideal de aplicación de fuerza para estos pernos espárragos. Sin embargo, se necesitan cambios de diseño para adaptar este equipo de forma idónea y cumplir las exigencias de fabricantes y organismos reguladores, por lo que se ha diseñado un paso provisional que todavía podría permitir el uso de tensores hidráulicos sin necesidad de un cambio de diseño fundamental. Idealmente, se utilizaría este equipo como herramientas que son eliminadas tras la aplicación y que no requieren la sustitución de los propios pernos espárragos.

Resumen de la invención

Tras la experiencia obtenida en el desarrollo de tuercas hidráulicas de alta temperatura para la industria de generación de energía, el inventor propone en el presente soluciones a problemas inherentes en el tensado de elementos de sujeción que se realiza en circunstancias que ofrecen geometrías de trabajo limitadas, como por ejemplo los elementos de sujeción utilizados en la fijación de carcasas de turbinas.

Uno de los objetivos de la presente invención es proporcionar una o varias mejoras y avances que aborden los problemas mencionados. En particular, uno de los principales objetivos de la invención es producir un tensor de pernos hidráulico y accesorios para el mismo que puedan aplicar fuerzas de tracción elevadas en espacios muy reducidos. Otros objetivos preferidos y ventajas específicas quedarán aparentes más adelante.

A lo largo de la especificación, el término “perno espárrago” incluirá los pernos y otros tipos de elementos de sujeción.

De conformidad con la presente invención, se proporciona un tensor hidráulico para su uso en un entorno de fuerza de tracción elevada donde el espacio es limitado. Dicho tensor aplica una tensión a un perno espárrago que se extiende desde un artículo y dicho tensor comprende:

una barra de extracción que posee un extremo roscado para su acoplamiento por rosca con un extremo roscado del perno espárrago;

[una] barra; y un ensamblaje de tuerca para su encajado en el perno espárrago en una posición adyacente al artículo; dicho ensamblaje de tuerca comprende un cuerpo de tuerca para su acoplamiento roscado en el perno espárrago;

caracterizado porque:

el tensor hidráulico comprende además medios hidráulicos para ejercer una fuerza de tiro en la barra de extracción y, por consiguiente, el perno espárrago a aplicar [sic]; y porque el ensamblaje de tuerca es un ensamblaje de tuerca cónica; dicho cuerpo de tuerca posee una superficie exterior periférica sustancialmente cónica o que se estrecha progresivamente hacia abajo y hacia dentro, y dicho ensamblaje de tuerca comprende además un collar anular exterior que rodea radialmente dicho cuerpo de tuerca con un entrante cónico o que se estrecha progresivamente complementario para recibir la mayor parte del cuerpo de tuerca durante su uso; y un puente que se extiende alrededor y por encima del cuerpo de tuerca, y que puede ser operado para reaccionar entre el medio hidráulico y el artículo con el fin de tensar el perno espárrago mediante una fuerza de tiro ejercida por dicho medio hidráulico en la mencionada barra de extracción, tirando así del extremo del perno espárrago en una dirección que lo aleja del artículo; dicho cuerpo de tuerca es ajustable en el perno espárrago y en el entrante que se estrecha progresivamente en el collar anular exterior para absorber el alargamiento del perno espárrago como resultado de aplicar una tensión al mismo;

en el que el mencionado puente está situado directamente sobre el mencionado collar anular exterior durante el funcionamiento.

Preferentemente, el tensor hidráulico también incluye un complemento de extracción que puede acoplarse con una rosca exterior alrededor de un extremo del perno espárrago y que puede acoplarse con la barra de extracción.

Preferentemente, la rosca interior en el perno espárrago está escalonada en diámetro y la barra de extracción posee un extremo roscado con roscas exteriores escalonadas complementarias.

Alternativamente, la rosca interior en el perno espárrago es sustancialmente cónica o se estrecha progresivamente; y la barra de extracción posee un extremo de rosca con una rosca exterior complementaria sustancialmente cónica o que se estrecha progresivamente.

Preferentemente, la rosca interior en el perno espárrago y la rosca exterior en el extremo de la barra de extracción son roscas trapezoidales que se estrechan progresivamente.

Preferentemente, los cuellos de las roscas trapezoidales se encuentran a un ángulo de aproximadamente 10º (con respecto a la normal de los ejes horizontales del perno espárrago y la barra de extracción) .

Preferentemente, el paso de la rosca exterior en la barra de extracción es mayor que el paso de la rosca interior en el perno espárrago.

Preferentemente, el tensor hidráulico incluye un acoplamiento. Dicho acoplamiento comprende un orificio dotado de rosca interior en un extremo del perno espárrago... [Seguir leyendo]

1. Un tensor hidráulico para su uso en un entorno de fuerza de tracción elevada donde el espacio es limitado. Dicho tensor aplica una tensión a un perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) que se extiende desde un artículo. El tensor comprende:

una barra de extracción (33, 133, 333 y 433) que posee un extremo roscado para su acoplamiento por rosca con un extremo roscado (19a, 119a, 219a, 319a y 419a) del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) ;

[una] barra (33, 133, 333 y 433) ; y un ensamblaje de tuerca para su encajado en el perno espárrago en una posición adyacente al artículo; dicho ensamblaje de tuerca (20 y 120) comprende un cuerpo de tuerca (21) para su acoplamiento roscado en el mencionado perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) ;

caracterizado porque:

el tensor hidráulico comprende además medios hidráulicos (25) para ejercer una fuerza de tiro en la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) y, por consiguiente, el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) por aplicar [sic]; y porque el ensamblaje de tuerca es un ensamblaje de tuerca cónica (20 y 120) ; dicho cuerpo de tuerca (21) posee una superficie exterior periférica sustancialmente cónica o que se estrecha progresivamente hacia abajo y hacia dentro, y dicho ensamblaje de tuerca comprende además un collar anular exterior (23) que rodea radialmente dicho cuerpo de tuerca (21) con un entrante cónico o que se estrecha progresivamente complementario (23a) para recibir la mayor parte del cuerpo de tuerca (21) durante su uso; y un puente (38) que se extiende alrededor y por encima del cuerpo de tuerca (21) , y que puede ser operado para reaccionar entre el medio hidráulico (25, 125, 325 y 425) y el artículo con el fin de tensar el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) mediante una fuerza de tiro ejercida por dicho medio hidráulico en la mencionada barra de extracción (33) , tirando así del extremo del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) en una dirección que lo aleja del artículo; dicho cuerpo de tuerca (21) es ajustable en el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) y en el entrante que se estrecha progresivamente en el collar anular exterior para absorber el alargamiento del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) como resultado de aplicar una tensión al mismo;

en el que el mencionado puente (38) está situado directamente sobre el mencionado collar anular exterior (23) durante el funcionamiento.

2. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 1, que además incluye:

un complemento de extracción (37, 137, 337 y 437) que puede acoplarse con el mencionado extremo roscado (19a, 119a, 219a, 319a y 419a) del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) y que puede acoplarse con la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) , de manera que cuando se mueve su barra de extracción (33, 133, 333 y 433) para tensar el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) , también se mueve el complemento de extracción (37, 137, 337 y 437) para tensar el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) .

3. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 1, en el que:

el extremo roscado (19a, 119a, 219a, 319a y 419a) del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) incluye una rosca interior (19a, 119a, 219a, 319a y 419a) ; y la rosca interior en el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) está escalonada en diámetro y la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) posee un extremo roscado con roscas exteriores escalonadas complementarias.

4. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 1, en el que:

el extremo roscado (19a, 119a, 219a, 319a y 419a) del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) incluye una rosca interior (19b y 419b) ; y la rosca interior (19a, 119a, 219a, 319a y 419a) en el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) es sustancialmente cónica o se estrecha progresivamente; y el extremo roscado de la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) posee una rosca exterior complementaria sustancialmente cónica o que se estrecha progresivamente.

5. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 4, en el que:

la rosca interior (19b y 419b) en el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) y el extremo roscado exterior de la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) se estrechan progresivamente de forma igual, y las roscas comprenden roscas trapezoidales que se estrechan progresivamente.

6. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 5, en el que:

el estrechamiento progresivo de una rosca interior en el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) y el estrechamiento progresivo de un extremo con rosca exterior de la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) se encuentran en un ángulo de aproximadamente 10º con respecto a la normal de los ejes horizontales del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) y la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) .

7. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 6, en el que:

el paso de la rosca exterior en la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) es mayor que el paso de la rosca interior (19b y 419b) en el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) .

8. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 7, en el que:

el paso de la rosca exterior en la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) está comprendido entre 100, 1% y 100, 5% del paso de la rosca correspondiente de acoplamiento en el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) .

9. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en las reivindicaciones comprendidas entre la 1 y la 8, que incluye un acoplamiento. Dicho acoplamiento comprende un orificio dotado de rosca interior en un extremo del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) y un extremo complementario con rosca exterior en la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) ; dicho orificio con rosca interior y dicho extremo con rosca exterior se estrechan progresivamente a un ángulo de aproximadamente 10º con respecto a un eje de longitud del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) , y dichas roscas son sustancialmente uniformes y constantes a través de su longitud y comprenden roscas trapezoidales que poseen un flanco o cuello orientado hacia el lado contrario al artículo y sustancialmente perpendicular a los ejes comunes del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) y la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) , y un flanco o cara hacia el artículo y orientado a un ángulo de aproximadamente 45º con respecto al eje de longitud del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) .

10. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 9, en el que:

el paso de la rosca exterior en la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) es mayor que el paso de la rosca interior en el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) .

11. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 10, en el que:

el paso de la rosca exterior en la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) está comprendido entre 100, 1% y 100, 5% del paso de la rosca correspondiente de acoplamiento en el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) .

12. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 9, que además incluye un ensamblaje de tuerca que comprende:

un cuerpo de tuerca (21) con una superficie periférica sustancialmente cónica o que se estrecha progresivamente;

un collar anular (23) con un entrante cónico o que se estrecha progresivamente complementario para recibir el cuerpo de tuerca (21) durante el funcionamiento; y el cuerpo de tuerca (21) que se atornilla, durante el funcionamiento, al perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) en el entrante del collar anular (23) .

13. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 12, en el que el ensamblaje de tuerca también incluye:

una arandela de base (51) interpuesta entre el collar anular (23) y el artículo, que posee una cara sustancialmente y parcialmente esférica que puede acoplarse mediante una cara complementaria y parcialmente esférica al collar anular (23) con el fin de permitir la autoalineación de la arandela de base (51) y el collar anular (23) .

14. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además incluye una arandela (51) entre el ensamblaje de tuerca cónica (20 y 120) y el artículo en el tensor; esta arandela (51) comprende:

un primer medio anular (52) y un segundo medio anular (53) que se acoplan a un ángulo de plano de deslizamiento desde un plano transversal al eje de la arandela; y un medio desmontable o desbloqueable (55, 56, 57 y 58) que sujeta el primer y segundo medio anular para impedir un deslizamiento relativo sobre el plano de deslizamiento entre los mismos, mientras que el medio desmontable o desbloqueable se encuentra en su sitio.

15. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 1, en el que el mencionado extremo roscado de la mencionada barra de extracción (33, 133, 333 y 433) se estrecha progresivamente a un ángulo de aproximadamente 10º con respecto al mencionado eje longitudinal. Dicho extremo que se estrecha progresivamente posee una rosca exterior para su acoplamiento en una rosca interior en un extremo del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) . Las

mencionadas roscas exterior e interior comprenden roscas trapezoidales con un cuello o flanco en posición sustancialmente perpendicular al eje longitudinal de la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) ; un complemento de extracción (37, 137, 337 y 437) que posee un extremo con rosca en su interior para su acoplamiento con una rosca exterior en el mencionado extremo del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) , y medios en la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) para ejercer una fuerza de tiro en el complemento de extracción (37, 137, 337 y 437) cuando se ejerce una fuerza de tiro en la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) ; y un medio hidráulico (25, 125, 325 y 425) que actúa entre la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) y el artículo a través de un puente (38) ubicado alrededor y por encima de la tuerca cónica (20 y 120) y contra la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) con el fin de tirar de la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) y el complemento de extracción (37, 137, 337 y 437) en una dirección que los aleja del artículo para tensar el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) ; y en el que el mencionado puente (38) está situado directamente sobre el mencionado collar anular exterior durante su funcionamiento.

16. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 15, en el que:

el paso de la rosca exterior en la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) es mayor que el paso de la rosca interior en el extremo del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) .

17. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 16, en el que:

el paso de la rosca exterior en la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) es de 3, 005 mm y el paso de la rosca en el extremo del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) es de 3, 00 mm.

18. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 17, en el que dicho ensamblaje de tuerca cónica (20 y 120) comprende:

un cuerpo de tuerca cónica (21) que posee una longitud axial y una superficie exterior periférica sustancialmente cónica o que se estrecha progresivamente a lo largo de una parte sustancial de la mencionada longitud axial;

un collar anular exterior (23) que rodea radialmente el mencionado cuerpo de tuerca (21) y que posee un entrante complementario cónico o que se estrecha progresivamente para recibir el cuerpo de tuerca cónica (21) durante su uso;

el cuerpo de tuerca cónica (21) es atornillado, durante su uso, al mencionado perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) y dentro del entrante del collar anular exterior (23) , y está adaptado para ser ajustado a lo largo del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) y contra dicho collar (23) con el fin de absorber el alargamiento del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) como resultado de la aplicación de tensión al mismo;

en el que dicho puente (38) está situado directamente sobre el mencionado collar anular exterior (23) durante su funcionamiento.

19. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 18, que incluye una arandela (51) para su uso entre el cuerpo de tuerca cónica (21) y el artículo en el tensor, y esta arandela (51) comprende:

un primer y un segundo medio anular (52 y 53) que se acoplan a un ángulo de plano de deslizamiento desde un plano transversal al eje de la arandela (51) ; y un medio desmontable o desbloqueable (55, 56, 57 y 58) que retiene el primer y segundo medio anular (52 y 53) para impedir un deslizamiento relativo sobre el plano de deslizamiento entre los mismos mientras el medio desmontable o desbloqueable se encuentra en su sitio.

20. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 9, cuando sea dependiente directa o indirectamente de la reivindicación 2, en el que:

el extremo roscado del perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) incluye una rosca interior; y el extremo roscado de la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) es una rosca exterior; y la rosca interior en el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) y el extremo roscado en su exterior de la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) se estrechan progresivamente y comprenden roscas trapezoidales.

21. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 9, cuando sea dependiente directa o indirectamente de la reivindicación 4, en el que:

la rosca interior en el perno espárrago (19, 119, 219, 319 y 419) y la rosca exterior en el extremo de la barra de extracción (33, 133, 333 y 433) son roscas trapezoidales.

22. Un tensor hidráulico, tal y como se describe en la reivindicación 1, en el que:

el puente (38) está acoplado entre el medio hidráulico y el collar anular exterior.