Articulación flexible tándem de dos elementos.

Articulación flexible (27) que comprende:

un carcasa exterior (51,

52);

una extensión (54) que se extiende desde la carcasa exterior;

un primer elemento flexible elastomérico anular (61) montando la extensión a la carcasa exterior para eldesplazamiento angular de la extensión con respecto a la carcasa exterior; y

al menos un segundo elemento flexible elastomérico anular (62) acoplado entre la extensión y la carcasa exterior;

en el que el primer y segundo elementos flexibles, están apilados de manera coaxial y están unidos mecánicamentede manera que el primero y segundo elementos flexibles, reaccionan en paralelo a ambos desplazamientosangulares (θ) y desplazamientos axiales de la extensión con respecto a la carcasa exterior, de manera que la cargade tracción sobre la extensión con respecto a la carcasa exterior coloca a cada uno del primer y segundo elementoflexible en compresión para dividir y compartir la carga de tracción entre el primer y segundo elemento flexible enproporción a la rigidez axial relativas del primer y segundo elemento flexible.

Articulación flexible tándem de dos elementos

Campo técnico

La presente invención se refiere a una articulación flexible con una extensión que se extiende desde una carcasa, y más de un elementos flexible elastomérico anular para montar la extensión en la carcasa a fin de permitir el desplazamiento anular de la extensión respecto a la carcasa.

Antecedentes de la técnica [0002] Las articulaciones flexibles con un elemento flexible elastomérico anular que monta una extensión a un carcasa se utilizan para reducir las tensiones provocadas por el movimiento entre las instalaciones que flotan en el agua y las plataformas que dependen de las instalaciones que flotan en el agua. Generalmente el elemento flexible se realiza alternando cuñas metálicas esféricas, u otro material rígido, y capas de material elastomérico. Dicho elemento flexible puede proporcionar un desplazamiento angular libre de aproximadamente 6-15 grados o más, y también soporta una tensión axial proporcional al tamaño del elemento flexible. Generalmente el tamaño del elemento flexible se ha seleccionado para manejar la carga deseada por debajo de la plataforma, y los elementos flexibles se han fabricado y almacenado con varios tamaños para manejar plataformas de tamaño estándar.

Las plataformas se utilizan para la transferencia de fluidos de producción desde el mar hasta una cubierta de un buque que flota en el agua, y para la transferencia del fluido de producción del buque hasta una o más líneas de exportación. Las cargas ejercidas por la plataforma sobre un elemento flexible consisten típicamente en la tensión en la plataforma, el desplazamiento anular y la rotación de la plataforma, la presión exterior en el fluido de producción, y la temperatura aumentada del fluido de producción. Por tanto, la presión exterior en el fluido de producción, y la temperatura aumentada del fluido de producción, puede hacer que la selección de un elemento flexible para una plataforma sea más difícil que la selección de un elemento flexible para un amarradero.

En varias aplicaciones, las juntas de tubos flexibles incorporan más de un elemento flexible en un carcasa común. Por ejemplo, una articulación de tubo flexible de dos frentes para una plataforma tiene un primer elemento flexible en la carcasa para montar un primer tubo de extensión en la carcasa, y un segundo elemento flexible en la carcasa para montar una segunda tubo de extensión en la carcasa. Las dos tuberías de extensión se extienden en direcciones opuestas a la carcasa común. De este modo, la articulación de tubo flexible de doble frente puede soportar dos veces el desplazamiento anular que puede ser tolerado por una articulación de tubo flexible de doble frente con un solo elemento flexible. El desplazamiento anular está dividido entre los dos elementos flexibles en la articulación de tubo flexible de doble frente, pero cada uno de los elementos flexibles lleva la misma tensión completa de la plataforma. Ejemplos de esta articulación de tubo flexible de doble frente se encuentran en Herbert et al. Patente de EE.UU. 3.680.895 expedida 1 de agosto 1972, Herbert et al. Patente de EE.UU. 4.068.864 publicada el 17 de enero 1978 (véase la Figura 4) ; y Whightsil, Sr. et al. Patente de EE.UU. 5.133.578 publicada el 28 de julio de 1992.

Las articulaciones de tubos flexibles incorporan más de un elemento flexible en un carcasa común, de modo que dos elementos flexibles están expuestos al mismo desplazamiento angular pero sólo uno de estos dos elementos flexibles lleva la carga de tracción a la articulación de tubo flexible. Esta disposición puede reducir la presión del fluido de producción en cada elemento flexible y puede proporcionar un mecanismo de estanqueidad primario y de refuerzo para contener el fluido de producción presurizado dentro de la articulación de tubo. Sin embargo, los elementos flexibles en estos conceptos tienen que comprimirse previamente para que funcionen correctamente; este hecho reduce la vida útil de los elementos flexibles. Por tanto, estos diseños hacen un uso ineficaz de los dos elementos flexibles, llevar la carga axial a la tubería y sellar la presión. Algunos ejemplos de tales articulaciones de tubo flexible se encuentran en la patente de EE.UU. de Schwemmer 4.183.556 publicada el 15 de enero de 1980, y la patente de EE.UU. de Ohrt 4.068.868 publicada el 15 de enero de 1978.

Las articulaciones de tubo flexibles que tienen más de un elemento flexible en una carcasa común también se han utilizado para proporcionar una plataforma coaxial dual-lumen. Por ejemplo, como se describe en la Patente de EE.UU. de Peppel et al. 4.784.410 publicada 15 de noviembre 1988 y en La Patente de EE.UU. Peppel et al.

4.984.827 publicada el 15 de enero 1991, dentro de una articulación de tubo flexible, se forman al menos dos pasajes concéntricos y separados para el transporte de fluidos a través de la articulación de tubo flexible. Los pasajes permanecen separados y prácticamente sin cambios en la sección transversal a través de todo el rango de movimiento pivotal de la articulación de tubo flexible. Sin embargo, en cada una de las varias versiones descritas en las patentes de EE.UU. de Peppel et al. 4.784.410 y 4.984.827, los elementos flexibles en la carcasa común están forzados, mediante la conexión de los anillos, a reaccionar en paralelo a un desplazamiento angular común, asegurando así que las secciones transversales de los pasos permanezcan esencialmente sin cambios durante la rotación de la articulación, pero se desacoplan axialmente de modo que tal carga de tracción de la junta flexible es realizada por un único elemento flexible.

Descripción de la invención [0007] Los inventores han descubierto que es deseable apilar dos o más elementos anulares elastoméricos flexibles de manera coaxial en una articulación flexible y unir los elementos flexibles mecánicamente para montar la extensión de la articulación flexible en la carcasa de modo que los elementos flexibles reaccionan en paralelo en los desplazamientos angulares y axiales de la extensión con respecto a la carcasa de manera que ambos elementos giran la misma cantidad y la carga de tracción sobre la extensión con respecto a la carcasa coloca cada uno de los elementos flexibles en compresión para dividir y compartir la carga de tracción entre los elementos flexibles. Por tanto, para una carcasa con un tamaño o superficie determinado, la capacidad de carga total de la articulación flexible aumenta, y la vida útil de la articulación flexible aumenta con una capacidad de carga determinada.

No es necesario que los elementos flexibles apilados tengan la misma geometría o se hagan de los mismos materiales, ni que los elementos flexibles apilados se compriman previamente para que funcionen bien. En general, la carga aplicada total de separará entre los elementos flexibles apilados en proporción a la rigidez relativa de los elementos flexibles apilados. Por ejemplo, los elementos flexibles apilados pueden tener la misma geometría y pueden estar hechos de los mismo materiales, y se pueden disponer del mismo modo alrededor de un centro de rotación común, de modo que los elementos flexibles apilados tienen la misma rigidez relativa y, por tanto, la carga total aplicada se dividirá por igual entre los elementos flexibles apilados. En otro ejemplo, los elementos flexibles apilados tienen una geometría diferente o están hechos de diferentes materiales o están dispuestos de forma diferente alrededor de un centro de rotación común, de modo que los elementos flexibles apilados tienen una rigidez relativa diferente y, por tanto, la carga total aplicada se dividirá de forma desigual en proporción a su rigidez relativa.

Según un primer aspecto, la invención proporciona una articulación flexible que incluye un carcasa exterior, una extensión que se extiende desde la carcasa exterior, un primer elemento anular elastomérico flexible que monta la extensión de la carcasa exterior para el desplazamiento angular de la extensión con respecto a la carcasa exterior, y al menos un segundo elemento flexible elastomérico anular acoplado entre la extensión y la carcasa exterior. El primer y el segundo elemento flexible están apilados de manera coaxial y están mecánicamente unidos de manera que el primer y el segundo elemento flexible reaccionan en paralelo a los desplazamientos angulares y axiales de la extensión con respecto a la carcasa exterior, de manera que la carga de tracción sobre la extensión con respecto a los carcasas exteriores de cada uno del primer y segundo elemento flexible en compresión para dividir y compartir la carga de tracción entre el primer y el segundo elemento flexible en proporción a la rigidez axial relativa del primer y el segundo... [Seguir leyendo]

1. Articulación flexible (27) que comprende:

un carcasa exterior (51, 52) ; una extensión (54) que se extiende desde la carcasa exterior; un primer elemento flexible elastomérico anular (61) montando la extensión a la carcasa exterior para el desplazamiento angular de la extensión con respecto a la carcasa exterior; y al menos un segundo elemento flexible elastomérico anular (62) acoplado entre la extensión y la carcasa exterior;

en el que el primer y segundo elementos flexibles, están apilados de manera coaxial y están unidos mecánicamente de manera que el primero y segundo elementos flexibles, reaccionan en paralelo a ambos desplazamientos angulares (8) y desplazamientos axiales de la extensión con respecto a la carcasa exterior, de manera que la carga de tracción sobre la extensión con respecto a la carcasa exterior coloca a cada uno del primer y segundo elemento flexible en compresión para dividir y compartir la carga de tracción entre el primer y segundo elemento flexible en proporción a la rigidez axial relativas del primer y segundo elemento flexible.

2. Articulación flexible según la reivindicación 1, en el que la extensión es un tubo, la carcasa exterior tiene un primer extremo y un segundo extremo, la extensión se extiende desde el segundo extremo de la carcasa exterior, la articulación de tubo flexible incluye además una brida de fijación (53) montado en el primer extremo de la carcasa exterior, y la brida de fijación define una abertura (69) de un canal a través de la carcasa exterior y a través del primer y segundo elemento flexible para el paso de fluido hacia o desde la extensión.

3. Articulación flexible según la reivindicación 1, en la que el primer elemento flexible es sustancialmente idéntico al segundo elemento flexible, de modo que la rigidez axial relativa del primer elemento flexible es substancialmente igual a la rigidez axial relativa del segundo elemento flexible y cada uno del primer y segundo elemento flexible lleva aproximadamente la mitad de la carga de tensión a la extensión respecto a la carcasa exterior.

4. Articulación flexible según la reivindicación 1, en la que el primer elemento flexible y el segundo elemento flexible tienen un centro de rotación común (63) .

5. Articulación flexible según la reivindicación 4, en la que el centro de rotación común se encuentra entre el primer elemento flexible y el segundo elemento flexible.

6. Articulación flexible según la reivindicación 5, en la que una conexión mecánica (64) del segundo elemento flexible a la carcasa exterior pasa por el segundo elemento flexible de modo que la conexión mecánica está rodeada por el segundo elemento flexible.

7. Articulación flexible según la reivindicación 5, en la que una la extensión (174) pasa por el segundo elemento flexible (177) para conectar el segundo elemento flexible de modo que la extensión está rodeada por el segundo elemento flexible.

8. Articulación flexible según la reivindicación 4, en la que al menos una porción del segundo elemento flexible (223) se encuentra entre el centro de rotación común (226) y al menos una porción del primer elemento flexible (221) .

9. Articulación flexible según la reivindicación 1, en la que la extensión y la carcasa exterior están hechos de metal, el elastómero del primer elemento flexible está unido a la extensión y unido a una pieza (51) de la carcasa exterior, y el elastómero del segundo elemento flexible está unido a la primera pieza de metal (65) y unido a una segunda pieza de metal (64) , y la primera pieza de metal está fijada a la extensión, y la segunda pieza de metal está fijada a la carcasa exterior.

10. Articulación flexible según la reivindicación 9, en la que una la primera pieza de metal (65) pes una carcasa exterior y el segundo elemento flexible está dispuesta dentro de la carcasa interna, y la segunda pieza de metal pasa por el segundo elemento flexible de modo que la segunda pieza de metal está rodeada por el segundo elemento flexible.

11. Articulación flexible según la reivindicación 9, en la que la extensión (174) pasa por el primer elemento flexible

(176) y a través del segundo elemento flexible (177) de modo que el primer elemento flexible rodea la extensión y el segundo elemento flexible rodea la extensión, la extensión tiene una pestaña (179) acoplada a la primera pieza de metal (178) y la segunda pieza de metal (173) está dispuesta entre dos piezas (171, 172) de la carcasa exterior.

12. Articulación flexible según la reivindicación 1, en la que la extensión (174) pasa por el del primer elemento flexible (176) y por el segundo elemento flexible (177) de modo que el primer elemento flexible rodea la extensión y el segundo elemento flexible rodea la extensión, la extensión y la carcasa exterior están hechas de metal, el elastómero del primer elemento flexible está unido a la extensión y unido a una primera pieza de metal (171) , y el elastómero del segundo elemento flexible está unido a una segunda pieza de metal (178) y unido a una pieza (173)

de la carcasa exterior, y la primera pieza de metal está fijada a la carcasa exterior, y la segunda pieza de metal está fijada a la extensión.

13. Articulación flexible según la reivindicación 2, en el que el primer elemento flexible (61) está dispuesto dentro de la carcasa exterior (51, 52) y monta la extensión en la carcasa exterior para el desplazamiento angular de la extensión con respecto a la carcasa exterior, la extensión pasa a través del primer elemento flexible de modo que el primer elemento flexible rodea la extensión, la articulación flexible incluye además un tubo interior (64) dispuesto dentro de la carcasa exterior y montado en la brida de fijación (53) y proporciona un canal desde la abertura (69) en la brida de fijación a la extensión para el paso de fluido a través de la articulación flexible, la articulación flexible incluye además una carcasa interior (65) dispuesta dentro de la carcasa exterior y se fija a la extensión, y el segundo elemento flexible (62) está dispuesto dentro de la carcasa exterior y dispuesto dentro de la carcasa interior y monta el tubo interior a la carcasa interior, y el tubo interior pasa a través del segundo elemento flexible de manera que el segundo elemento flexible rodea el tubo interior.

14. Articulación flexible según la reivindicación 13, en la que el elastómero del primer elemento flexible está unido al tubo de extensión y unido a una pieza (51) de la carcasa exterior, y el elastómero del segundo elemento flexible está unida al tubo interior e unido a la carcasa interior.

15. Articulación flexible según la reivindicación 2, en la que el primer elemento flexible está dispuesto dentro de la carcasa exterior y monta la extensión en la carcasa exterior para el desplazamiento angular de la extensión respecto a la carcasa exterior, la extensión (174) pasa por el primer elemento flexible (176) de modo que el primer elemento flexible rodea la extensión, el segundo elemento flexible (177) está dispuesto dentro de la carcasa exterior y monta la extensión en la carcasa exterior, y la extensión pasa por el segundo elemento flexible de modo que el segundo elemento flexible rodea la extensión.

16. Articulación flexible según la reivindicación 15, en la que el elastómero del primer elemento flexible está unido al tubo de extensión y unido a una pieza (171) de la carcasa exterior, y el elastómero del segundo elemento flexible está unido a una tapa (178) y unido a un soporte a mitad de cuerpo (173) , la tapa está fijada al tubo de extensión, y el soporte a mitad de cuerpo está dispuesto entre piezas (171, 172) de la carcasa exterior.

17. Articulación flexible según la reivindicación 15, en la que el primer elemento flexible (223) está unido al tubo de extensión (212) y unido a una carcasa interior (224) fijada a la brida de fijación (213) , el primer elemento flexible está dispuesto dentro de la carcasa interna, el elastómero del segundo elemento flexible (221) está unido a una pieza

(211) de la carcasa exterior y unido a una camisa de extensión (222) , la camisa de extensión pasa por el segundo elemento flexible de modo que el segundo elemento flexible rodea la camisa de extensión, y la camisa de extensión está fijada al tubo de extensión.