ES2238557T3 - Acoplamiento de tubo con un anillo de fijacion del tubo separable. - Google Patents

Abstract

Elemento hembra de acoplamiento para un acoplamiento de tubo del tipo que comprende un elemento hembra de acoplamiento y un elemento macho de acoplamiento que se unen para montar el acoplamiento, comprendiendo el elemento hembra de acoplamiento: un cuerpo hembra dotado de un dispositivo de fijación de tubo que se separa del mismo durante la instalación del acoplamiento.

Description

Acoplamiento de tubo con un anillo de fijación del tubo separable.

Campo técnico de la invención

La invención en cuestión se refiere en general a la técnica de los acoplamientos de tubos. Más particularmente, la invención se refiere a un acoplamiento de tubo sin ensanchamiento que utiliza un elemento de fijación de tubo que está unido inicialmente al elemento hembra y que se separa del mismo durante el montaje en un extremo de tubo.

Antecedentes de la invención

Se utilizan los acoplamientos de tubos para unir o conectar un extremo de tubo a otro elemento, si dicho otro elemento es otro extremo de tubo, como acoplamientos pasantes en forma de T y acoplamientos acodados, por ejemplo, o un dispositivo que necesita estar en comunicación fluida con el extremo de tubo, tal como por ejemplo, una válvula. Tal como se utiliza en la presente memoria, el término "tubo" debe incluir también, pero no estar limitado, a "tubería". Cualquier acoplamiento de tubo debe realizar dos funciones importantes comprendidas entre los criterios de presión, temperatura y vibración que el acoplamiento de tubo está diseñado a soportar. En primer lugar, el acoplamiento de tubo debe agarrar al extremo de tubo para impedir la pérdida de estanqueidad o el reventón del tubo. En segundo lugar, el acoplamiento de tubo debe mantener una junta de estanqueidad primaria contra las fugas. La necesidad de que un acoplamiento de tubo realice dichas dos funciones ha sido los ímpetus en el diseño de los acoplamientos de tubo durante décadas. Una multitud de factores inciden en el diseño de un acoplamiento de tubo para satisfacer unos criterios deseados de fijación y de rendimiento de la junta de estanqueidad, pero el criterio esencial en todo diseño de tubos será: 1) las características del tubo con las cuales debe funcionar el acoplamiento, entre ellas el material, el diámetro exterior y el grosor de las paredes; y 2) la fijación de tubo y el nivel de rendimiento de la junta de estanqueidad que se precisan en el acoplamiento de tubo para realizar sus aplicaciones previstas. El objetivo consiste en diseñar un acoplamiento de tubo que realice de forma fiable las funciones deseadas de fijación de tubo y de estanqueidad, dentro de cualesquiera limitaciones de coste que puedan ser impuestas en el producto por los diseños de competencia comercial.

Un acoplamiento de tubo sin ensanchamiento se refiere, en general, a un tipo de acoplamiento en el que el extremo de tubo se mantiene substancialmente tubular, al contrario a un acoplamiento de tubo con ensanchamiento en el que el extremo de tubo se ensancha hacia el exterior sobre un componente de acoplamiento. Normalmente, los extremos de tubo con ensanchamiento se emplean con tubos plásticos y con acoplamientos de tubo plásticos. La presente invención no se refiere principalmente a los tubos o a los acoplamientos de tubo plásticos porque dichos acoplamientos presentan unos desafíos y propiedades de material diferentes que afectan a la capacidad del acoplamiento de agarrar el tubo y proporcionar una junta de estanqueidad adecuada. Sin embargo, algunos de los aspectos de la invención pueden aplicarse a los acoplamientos de tubo no metálicos, particularmente el aspecto del elemento de fijación de tubo separable.

El diseño de los acoplamientos de tubo destinados a utilizarse con tubos de acero inoxidable y de otros metales, por ejemplo, presenta un desafío considerable para poder realizar las funciones deseadas de fijación de tubo y de junta de estanqueidad. Esto se debe a la naturaleza del acero inoxidable que, en términos del material de tubo típicamente disponible en el mercado, es un material muy resistente, normalmente del orden de hasta 200 Vickers. Asimismo se utilizan los tubos de acero inoxidable y de otros metales para las aplicaciones de presión elevada, en las cuales el grosor de las paredes del tubo es substancial (denominado en la técnica como tubos "de paredes pesadas"). Los tubos de paredes pesadas son difíciles de agarrar porque son resistentes y además no son particularmente dúctiles. La baja ductilidad dificulta en mayor medida la deformación plástica de los tubos para conseguir una fijación de tubo deseado.

Típicamente los acoplamientos de tubo comprenden un conjunto compuesto por: 1) un dispositivo de fijación de tubo, normalmente en forma de casquillo o casquillos, o una estructura de fijación en forma de anillo, y 2) un mecanismo de instalación para conseguir instalar el dispositivo de fijación de tubo en un extremo de tubo con el fin de agarrar dicho extremo de tubo y proporcionar una junta de estanqueidad contra las fugas. El término "apretamiento" se refiere simplemente a la operación de apretar el conjunto de acoplamiento de tubo con el fin de completar el montaje de dicho acoplamiento en el extremo del tubo, con la fijación de tubo y la junta de estanqueidad deseados.

Normalmente, en primer lugar un acoplamiento de tubo se monta en estado "apretado a mano" y a continuación se utiliza una llave inglesa u otra herramienta adecuada para apretar el acoplamiento hasta su estado final inicial y completo de montaje. El mecanismo de instalación que se utiliza normalmente consiste en el acoplamiento roscado entre un componente hembra de tuerca roscada y un componente de cuerpo macho roscado, accionado dichos dos componentes sobre el dispositivo de fijación de tubo a medida que se enroscan y se aprietan entre sí. El cuerpo comprende un taladro destinado a recibir el extremo de tubo, que presenta una superficie de leva angular en la parte exterior de dicho taladro. Las superficies de leva más comunes son troncocónicas de tal modo que el término "ángulo de leva" se refiere al ángulo cónico de la superficie de leva en relación con el eje longitudinal o la superficie exterior del extremo de tubo. El extremo de tubo se introduce en sentido axial en el taladro del cuerpo y se extiende más allá de la superficie de leva troncocónica. El dispositivo de fijación se desliza sobre el extremo de tubo y la tuerca se enrosca parcialmente en el cuerpo hasta la posición apretada a mano, de tal modo que el dispositivo de fijación de tubo quede atrapado en sentido axial entre la superficie de leva y la tuerca. Típicamente la tuerca comprende un resalte hacia el interior que conduce el dispositivo de fijación hasta su cooperación con la superficie de leva angular del cuerpo a medida que los componentes de tuerca y cuerpo se aprietan entre sí por medio de sus roscas. La superficie de leva angular imparte una compresión radial al dispositivo de fijación de tubo, obligándolo a entrar en una cooperación agarrada con el extremo de tubo. Típicamente, el dispositivo de fijación de tubo está destinado a formar una junta de estanqueidad contra la superficie exterior del tubo y también contra la superficie de leva angular.

Los dispositivos de fijación de tubo que se emplean normalmente hoy en día en los acoplamientos de tubo de acero inoxidable (los que se utilizan normalmente son los acoplamientos de tubo de tipo casquillo) consiguen la fijación del tubo al hacer que una parte anterior o nariz del dispositivo de fijación de tubo se hinque en la superficie exterior del extremo de tubo. Tal como se utiliza en la presente memoria, el término "morder" se refiere a la deformación plástica del dispositivo de fijación de tubo en la superficie exterior del extremo de tubo para deformar plásticamente y abollar dicho tubo con una acción casi cortante, para crear un resalte o una pared generalmente radial en el extremo anterior del dispositivo de fijación de tubo. Por lo tanto, dicho "mordisco" sirve como una característica estructural resistente para evitar el reventón del tubo en presencia de presiones elevadas, particularmente en los tubos de mayor diámetro tales como los de 12,7 mm (1/2'') o mayores.

Con los años, se han concebido numerosos diseños de acoplamiento de tubo que no dependen de una acción tipo "mordisco", sino que en su lugar simplemente comprimen en sentido radial el dispositivo de fijación de tubo contra la superficie exterior del tubo, y algunos diseños incluyen el efecto de abollar el tubo sin morder. Estos diseños no resultan adecuados para los acoplamientos de tubo de acero inoxidable empleados para las presiones elevadas. Tradicionalmente, los acoplamientos de tubo de acero inoxidable más comunes que son disponibles en el mercado particularmente para las presiones elevadas, han consistido en dos diseños radicalmente distintos del dispositivo de fijación de tubo-acoplamientos de tubo de casquillo único y acoplamientos de tubo de dos casquillos.

Un acoplamiento de tubo de casquillo único, tal y como sugiere su nombre, utiliza un único casquillo para realizar las funciones de fijación de tubo y estanqueidad. Sin embargo, resulta cada vez más evidente que dichas dos funciones no se complementan cuando se diseña un acoplamiento de tubo que pueda satisfacer unos criterios deseados de fijación de tubo y de rendimiento de estanqueidad. Esto se debe a que los criterios de diseño necesarios para asegurar que el acoplamiento de tubo consiga una fijación de tubo adecuada normalmente van en contra de la capacidad del casquillo único de proporcionar también una junta de estanqueidad eficaz. Como consecuencia de ello, aunque los acoplamientos de casquillo único de la técnica anterior pueden conseguir la fijación de tubo adecuada en algunos casos, se consigue dicho rendimiento de fijación de tubo a la expensa de una junta de estanqueidad menos eficaz. Una consecuencia de esta situación estriba en que se han diseñado algunos acoplamientos de tubo de casquillo único con componentes y técnicas adicionales para conseguir una junta de estanqueidad adecuada. Un rendimiento de estanqueidad inferior al óptimo resulta particularmente evidente en los acoplamientos de casquillo único que procuran proporcionar una junta de estanqueidad a las fugas de gas, sobre todo el gas a presión elevada. Por lo tanto, los acoplamientos de casquillo único normalmente son más indicados para las aplicaciones de líquido de baja presión como la hidráulica, sin embargo, incluso en las aplicaciones de baja presión el rendimiento de estanqueidad del casquillo único sigue sin satisfacer de todo.

En cuanto a los acoplamientos de tubo de casquillo único, la acción de mordisco se asocia normalmente con el hecho de que el casquillo único se ha diseñado para arquearse en una dirección radial hacia el exterior desde la pared del tubo en la zona central o media del cuerpo del casquillo único, entre los extremos anterior y posterior del mismo. El extremo anterior del casquillo es conducido contra la superficie de leva angular del cuerpo mediante la acción de la tuerca que empuja contra el extremo posterior del casquillo. La acción de arqueo contribuye a orientar el extremo anterior del casquillo único en el extremo de tubo. Asimismo la acción de arqueo se aprovecha para hacer que el extremo posterior del casquillo coopere de modo similar y fije el extremo de tubo. Esto se consigue normalmente mediante la provisión de una superficie de impulsión angular en el resalte de la tuerca que coopera con el extremo posterior del casquillo único, con el fin de comprimir en sentido radial dicho extremo posterior del casquillo produciendo una acción de fijación del extremo de tubo. En algunos diseños de casquillo único, el extremo posterior del casquillo parece estar concebido para morder el extremo de tubo. Esta fijación de tubo por el extremo posterior se utiliza a veces con el casquillo único para intentar mejorar el rendimiento del acoplamiento de tubo en presencia de vibraciones, dado que la fijación mediante el extremo posterior intenta aislar las vibraciones que pasan por todo el tubo para evitar que afecten al mordisco del tubo por parte del extremo anterior.

El uso de una fijación de tubo mediante el extremo posterior realmente funciona contra el esfuerzo de agarrar el extremo de tubo mediante el extremo anterior del casquillo único. Lo ideal sería que el casquillo único fuera sometido totalmente a una compresión tridimensional entre la tuerca y la superficie de leva del cuerpo. En efecto, al proporcionar una fijación mediante el extremo posterior se aplica una contra tensión al casquillo único que actúa en contra del uso de la compresión del extremo anterior para proporcionar la fijación de tubo. Además, la acción de arqueo hacia el exterior tiende a actuar en contra del esfuerzo de agarrar el tubo mediante el extremo anterior del casquillo único porque, para permitir la acción de arqueo hacia el exterior, el casquillo único requiere una masa reducida adyacente al "mordisco" que fije el tubo. La acción de arqueo hacia el exterior desplaza en sentido radial la masa del casquillo en el centro del cuerpo de dicho casquillo, alejándola del extremo de tubo. Como consecuencia, un acoplamiento de casquillo único arqueado hacia el exterior podría ser más susceptible al colapso del casquillo, la pérdida de estanqueidad y posiblemente el reventón del tubo en presencias de presiones elevadas.

Con el fin de conseguir una fijación de tubo adecuada en los tubos de acero inoxidable, tradicionalmente los acoplamientos de tubo de acero inoxidable de casquillo único han utilizado un ángulo de leva poco profundo, comprendido entre diez y veinte grados. En la presente memoria se refiere a este intervalo de ángulos como "poco profundo" únicamente como término conveniente porque el ángulo es bastante reducido. El ángulo poco profundo de leva se ha utilizado en acoplamientos de casquillo único para obtener una ventaja mecánica porque dicho ángulo de poca profundidad proporciona una superficie de leva alargada en sentido axial contra la cual se puede deslizar y comprimir en sentido radial el extremo anterior del casquillo único para morder la superficie exterior del extremo de tubo. La dureza del material de acero inoxidable de los tubos ha dado lugar a la necesidad de dicha acción de leva deslizante y alargada para poder conseguir que el casquillo único produzca un mordisco adecuado para la fijación del tubo. Con los años, el casquillo único ha experimentado el endurecimiento completo o el endurecimiento superficial para ser considerablemente más duro que el tubo de acero inoxidable, sin embargo, hoy en día todavía se utiliza el ángulo poco profundo de leva en los acoplamientos de casquillo único de este tipo para obtener una ventaja mecánica del deslizamiento del casquillo a lo largo de la superficie de leva para producir el "mordisco" para asegurar una fijación de tubo adecuada. Un ejemplo de un acoplamiento de tubo de casquillo único disponible en el mercado que utiliza un casquillo endurecido superficialmente y un ángulo poco profundo de leva de aproximadamente veinte grados es la línea de acoplamientos CPI disponible de Parker-Hannifin Corporation. Otro ejemplo es la línea de acoplamientos EO disponible de Ermeto GmbH que utiliza un casquillo único endurecido completamente y un ángulo de leva de doce grados.

En algunos diseños de casquillo único, se ha probado una superficie de leva no cónica con lo cual se intenta simplemente apretar el casquillo contra la superficie exterior del extremo de tubo, no produciendo por lo tanto un mordisco. Sin embargo, el resultado en estos casos es un acoplamiento de fijación reducido o únicamente de presión baja, que no son adecuados para los acoplamientos de acero inoxidable.

Sin embargo, el ángulo poco profundo de leva, la superficie de leva alargada y el movimiento axial que se precisan para conseguir una fijación de tubo adecuada mediante un acoplamiento de casquillo único, compromete la capacidad del casquillo único de realizar la función de estanqueidad, particularmente en ambientes extremos y para proporcionar una junta de estanqueidad al gas. Esto se debe a que el extremo anterior del casquillo único intenta realizar la junta de estanqueidad contra la superficie de leva alargada en sentido axial. La acción de arqueo radial hacia el exterior hace que una parte mayor de la superficie exterior del extremo anterior del casquillo único entre en contacto con la superficie de leva contra la cual está impulsada. Necesariamente el resultado consiste en un área superficial de estanqueidad mayor entre la superficie exterior del casquillo único y la superficie de leva. Dicha área superficial mayor provoca una distribución no deseada de la fuerza de estanqueidad entre el casquillo único y la superficie de leva, y también crea un área mayor para que las irregularidades superficiales permitan las fugas. Esto es particularmente un tema de estanqueidad entre metal y metal (en comparación con la estanqueidad entre no metal y no metal: por ejemplo, en un acoplamiento de plástico normalmente es deseable proporcionar un área de contacto de estanqueidad mayor porque el material plástico que es sumamente dúctil puede realizar una mejor estanqueidad entre las dos superficies.)

Dado que tradicionalmente el acoplamiento de casquillo único ha utilizado un ángulo poco profundo de leva para conseguir la fijación de tubo adecuada, o bien se tolera la función de estanqueidad inferior al óptimo como una limitación reconocida de la aplicación del acoplamiento, o bien se ha diseñado la incorporación de otras características en el acoplamiento de casquillo, más evidentemente unos intentos de incluir una o más juntas de estanqueidad elastoméricas con el casquillo único o con las cuales coopera el casquillo único para proporcionar una junta de estanqueidad mejorada en los tubos de acero inoxidable. Véase, por ejemplo, las patentes US nº 6.073.976 y nº 5.351.998. La patente US nº 6.073.976 ilustra un ejemplo típico de un acoplamiento de "casquillo" único (denominado un "anillo cortante" en el documento) que intenta solucionar el tema "de la estanqueidad" con una junta de estanqueidad elastomérica añadida. La patente US nº 5.351.998 describe las ventajas que se consiguen al separar las funciones de fijación de tubo y de estanqueidad, en dos componentes separados.

Un acoplamiento de dos casquillos que está disponible en el comercio y ha tenido mucho éxito, que se utiliza para las tuberías, está disponible de Swagelok Company, Solon, Ohio y se describe en las patentes US nº 6.131.963 y nº 3.103.373 que son la propiedad común del solicitante de la presente invención. En dicho acoplamiento de dos casquillos, las funciones de fijación de tubo y de estanqueidad también se realizan de forma separada mediante dos casquillos. El casquillo anterior proporciona una excelente junta de estanqueidad incluso al gas, y el casquillo posterior proporciona una excelente fijación de tubo.

El casquillo anterior consigue una excelente junta de estanqueidad al rodar contra un ángulo poco profundo de superficie de leva, tal como los veinte grados. Esto se debe a que el casquillo anterior no necesita deslizarse excesivamente en la superficie de leva para realizar la función de fijación de tubo. De modo similar, el casquillo anterior no ha sido sometido a un endurecimiento superficial porque la finalidad principal del casquillo anterior consiste en proporcionar una junta de estanqueidad y no en morder el extremo del tubo. Por lo tanto el casquillo anterior relativamente "más blando" consigue una excelente junta de estanqueidad, particularmente al gas, aunque la superficie de leva cónica del cuerpo presenta un ángulo de leva de aproximadamente veinte grados.

El casquillo posterior realiza la función de fijación de tubo en el acoplamiento de tubo de dos casquillos anteriormente mencionado. Dicho casquillo posterior ha sido sometido al endurecimiento superficial para ser substancialmente más duro que el extremo de tubo. El extremo anterior del casquillo posterior rueda contra una superficie de leva troncocónica formada en el extremo posterior del casquillo anterior. El ángulo aparente de dicha superficie de leva es cuarenta y cinco grados, pero debido al movimiento deslizante del casquillo anterior, el ángulo de leva efectivo es realmente un ángulo de poca profundidad comprendido entre aproximadamente quince y veinte grados. Aunque el ángulo de leva efectivo para el casquillo posterior es de poca profundidad, no se precisa que el casquillo posterior proporcione una junta de estanqueidad primaria (aunque puede proporcionar juntas de estanqueidad secundarias o complementarias). Asimismo, el casquillo posterior no presenta la acción de arqueo no deseada, sino que agarra el extremo de tubo como función de una acción de bisagra en sentido radial hacia el interior. Tal y como se emplea en la presente memoria, el término "de bisagra" se refiere a una deformación controlada del casquillo de tal modo que una parte central o media del cuerpo del casquillo experimenta una compresión radial hacia el interior, distintivamente en contraste al arqueo o el desplazamiento en sentido radial hacia el exterior. Por lo tanto, el efectivo ángulo poco profundo de leva no solamente evita comprometer la capacidad del acoplamiento de proporcionar una junta de estanqueidad, sino que mejora substancialmente el rendimiento global del acoplamiento de tubo, particularmente los tubos de acero inoxidable.

Al utilizar un casquillo separado para cada uno, para realizar principalmente sólo una de las funciones claves del acoplamiento de tubo, dicho acoplamiento de tubo de dos casquillos consigue unas funciones excelentes de fijación de tubo y de estanqueidad. Por lo tanto, este acoplamiento de tubo de dos casquillos de la técnica anterior ha gozado de un gran éxito comercial, particularmente en la técnica de tubos de acero inoxidable, parcialmente debido a sus características de rendimiento tales como una valoración de presión elevada del orden de 7,18 bares (15000 psi), una valoración amplia de temperatura desde valores criogénicos hasta 649ºC (1200ºF) y en muchas aplicaciones, un número importante de repeticiones (una "repetición" se refiere a aflojar y volver a apretar un acoplamiento después de una instalación inicial).

La patente US nº 3.248.136 ilustra el uso de un anillo individual de bloque en lugar de un casquillo, en el que el anillo de bloqueo actúa contra una superficie que presenta un ángulo que parece mayor de veinte grados o más, pero dicho anillo no parece deformarse plásticamente en el tubo, sino que permanece elástico de modo que el anillo está diseñado a mantener su forma original después de la instalación, siendo ambas características inadecuadas para los acoplamientos de tubo de acero inoxidable del tipo considerado en la presente memoria. La publicación del modelo de utilidad japonés nº 44-29649 ilustra un anillo de apriete que parece estar diseñado para producir un efecto de arqueo y agarrar el tubo en los extremos anterior y posterior. El acoplamiento no parece poder aplicarse a los tubos de acero inoxidable porque el tubo está recubierto de resina.

Se han intentado diseñar los acoplamientos de tubo con un elemento de fijación de tubo que se separa durante la instalación para funcionar como un dispositivo de fijación de tubo a modo de elemento individual. Los diseños conocidos sitúan el elemento separable en el componente macho enroscado. Además, los diseños conocidos o bien obligan el dispositivo de fijación de tubo contra un ángulo poco profundo de superficie de leva o bien no intentan producir un mordisco de fijación de tubo en la pared del tubo. Por lo tanto, los diseños de la técnica anterior adolecen de las mismas limitaciones que los diseños de acoplamientos de tubo de casquillo único de la técnica anterior.

Muchas aplicaciones y usos del acoplamiento de tubo de dos casquillos de SWAGELOK mencionado anteriormente, no precisan de características de rendimiento en presencia de presiones elevadas, temperaturas o repeticiones.

El documento US-A-4.022.497 también da a conocer una disposición de casquillo del tipo de la técnica anterior.

La presente invención se refiere a un nuevo concepto de acoplamiento que puede satisfacer unas características de rendimiento inferiores sin comprometer la integridad y el rendimiento del acoplamiento en general.

Sumario de la invención

La invención proporciona un elemento de acoplamiento hembra para un acoplamiento de tubo del tipo que comprende un elemento de acoplamiento hembra y un elemento de acoplamiento macho que se unen entre sí para montar el acoplamiento, comprendiendo el elemento de acoplamiento hembra: un cuerpo hembra dotado de una parte de fijación de tubo que se separa del mismo durante la instalación del acoplamiento. La tuerca puede incluir un elemento de fijación de tubo o casquillo, inicialmente solidario, que coopera con una superficie de leva en el cuerpo cuando está compuesto el acoplamiento. El elemento de fijación de tubo puede ser mecanizado con la tuerca o puede fijarse por separado a la misma utilizando cualquier proceso adecuado tal como la soldadura con latón, la soldadura o la soldadura con estaño, por ejemplo. En la forma de realización descrita, el elemento de fijación de tubo consiste en una estructura a modo de anillo que, después de separarse del componente al cual está fijado, funciona como casquillo único. El casquillo separado es comprimido en sentido radial y es deformado plásticamente contra la pared exterior del tubo para formar una junta de estanqueidad y un fuerte mordisco para agarrar el tubo. El casquillo separado forma también una junta de estanqueidad primaria contra la superficie de leva. En una forma de realización, el casquillo presenta una superficie exterior cónica en su extremo anterior que realiza una junta de estanqueidad generalmente de línea estrecha tipo contacto contra la superficie de leva. En una forma de realización, el casquillo está diseñado para realizar una acción de bisagra y para deformarse plásticamente durante la instalación para incrustar la parte de nariz en la pared del tubo para conseguir una excelente fijación de tubo, y un área de estampación o pinzado adyacente en sentido axial que aísla la parte de nariz incrustada contra los efectos de vibración. La acción de bisagra también contribuye a mantener la superficie exterior cónica del casquillo generalmente en contacto lineal con la superficie de leva. Los componentes del acoplamiento, y particularmente, del casquillo separable, son preferentemente, pero no necesariamente, sometido al endurecimiento superficial. El acoplamiento novedoso resulta particularmente útil para los acoplamientos de tubo de acero inoxidable y de otros metales, aunque la invención no está limitada a ninguna clase de metales en concreto. De acuerdo con otro aspecto de la invención, el acoplamiento puede incluir una característica de autovaloración para indicar una instalación suficiente y para impedir que se aprietan excesivamente los componentes.

De acuerdo con los aspectos adicionales de la invención, el perfil de la superficie de leva queda modificada substancialmente en comparación con los diseños de los acoplamientos de tubo de casquillo único de la técnica anterior mediante la incorporación de un ángulo agudo de leva comprendido en el intervalo de entre aproximadamente treinta y cinco y sesenta grados. El ángulo más agudo de leva produce una mejor fijación de tubo que en los acoplamientos de tubo de casquillo único de la técnica anterior, particularmente cuando el casquillo está endurecido para ser por lo menos 3,3 veces más duro que el material del tubo. Asimismo, el casquillo puede estar diseñado de modo que su geometría facilita una acción de bisagra en sentido radial hacia el interior durante la instalación. Dicha acción de bisagra mejora la fijación de tubo y la estanqueidad en comparación con los acoplamientos de tubo de casquillo único de la técnica anterior.

Estos y otros aspectos y ventajas de la presente invención se pondrán claramente de manifiesto para los expertos en la materia a partir de la siguiente descripción de las formas de realización preferidas, haciendo referencia a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La invención puede realizarse físicamente mediante partes y disposiciones de partes concretas, unas formas de realización preferidas y un procedimiento que se describirán en detalle en la presente memoria y que se ilustrarán en los dibujos adjuntos que forman parte de la misma, y en los cuales:

la Figura 1 ilustra en una sección longitudinal media una forma de realización proporcionada a título de ejemplo de un acoplamiento de tubo de acuerdo con la invención en una posición apretada a mano;

la Figura 2 ilustra la forma de realización de la Figura 1, en una posición parcialmente acercada;

la Figura 3 ilustra la forma de realización de la Figura 1 en una posición de instalación inicial y completa; y

la Figura 4 ilustra otra forma de realización de la invención.

Aunque las distintas formas de realización se describen en la presente memoria haciendo referencia específica a la realización de los componentes de acoplamiento en acero inoxidable, y particularmente el acero inoxidable 316, dicha descripción está proporcionada a título de ejemplo en su naturaleza y no debería considerarse una limitación. Los expertos en la materia apreciarán fácilmente que la invención puede realizarse utilizando cualquier cantidad de tipos diferentes de materiales metálicos para los componentes de acoplamiento, así como de los materiales metálicos de tubería, incluyendo pero sin estar limitado a 316, 316L, 304, 304L, cualquier acero inoxidable austenítico o ferrítico, cualquier acero inoxidable dúplex, cualquier aleación de níquel tal como HASTALLOY, INCONEL o MONEL, cualquier acero inoxidable endurecido por solubilización tal como el 17-4PH por ejemplo, el latón, las aleaciones de cobre, cualquier acero de carbón o de aleación baja tal como el acero 1018 por ejemplo, y cualquier acero con plomo, acero refosforizado o resulfurizado tal como el acero 12L14 por ejemplo. Una importante consideración en la selección de materiales consiste en que, preferentemente, el dispositivo de fijación de tubo debe ser endurecido superficial o completamente hasta una proporción de por lo menos 3,3 y preferentemente 4 o más veces más duro que el material de tubo más duro con el cual se utilizará el acoplamiento. Por lo tanto, el dispositivo de fijación de tubo no tiene que estar realizado en el mismo material que el propio tubo. Por ejemplo, tal y como se mencionará a continuación, el dispositivo de fijación de tubo puede seleccionarse de entre los materiales de acero inoxidable mencionados anteriormente, u otros materiales adecuados que pueden ser endurecidos superficialmente, tal como el magnesio, el titanio y el aluminio, para citar algunos ejemplos adicionales. Además, la naturaleza frangible del anillo de fijación de tubo y la tuerca hembra roscada pueden realizarse también en acoplamientos de tubo no metálicos.

Haciendo referencia a la Figura 1, la presente invención contempla un acoplamiento de tubo 50 en el que existen únicamente dos componentes discretos antes del montaje, a saber, una tuerca hembra roscada 52 y un cuerpo macho roscado 54. La tuerca 52 es substancialmente diferente de la tuerca típica que se utiliza en los acoplamientos de tubo tipo casquillo de la técnica anterior. En cuanto al diseño general, el cuerpo 54 puede ser similar al cuerpo típico que se utiliza en los acoplamientos de la técnica anterior, sin embargo, tal y como se explicará más adelante, es preferible pero no necesario que el cuerpo 54 también sea optimizado para cooperar adecuadamente con la tuerca novedosa 52. Además, el cuerpo 54 no tiene que ser un componente discretamente separado, sino que puede estar fijado, o de otro modo, ser solidario con otra parte, tal como el cuerpo de una válvula, un manguito u otros componentes por ejemplo.

Debe observarse en los dibujos que los acoplamientos se ilustran en sección longitudinal pero únicamente se ilustra la mitad de la sección, considerándose evidente que la otra mitad es idéntica y por lo tanto se ha omitido en aras de la claridad y la facilidad de ilustración. En todas las ilustraciones incluidas en la presente memoria, los diferentes huecos y dimensiones son relativamente exagerados para la facilidad de ilustración.

El cuerpo 54 consiste generalmente en un cuerpo principal cilíndrico 56 que comprende una extensión o un extremo solidario 56a. La extensión extrema 56a puede ser un cuerpo hexagonal, por ejemplo, o parte de otro componente tal y como un cuerpo de válvula, según se ha indicado anteriormente. El cuerpo principal 56 puede ser mecanizado del mismo material que la extensión extrema 56a o puede fijarse de otro modo tal y como por soldadura u otra técnica adecuada. El cuerpo 56 presenta un primer taladro central longitudinal 58 cuyas dimensiones permiten recibir estrechamente y de forma deslizante un extremo de tubo 13. El primer taladro 58 presenta un diámetro algo mayor que un segundo taladro coaxial 59 que se extiende a través de la extensión extrema 56a del cuerpo 54. Evidentemente, si el acoplamiento 50 consiste en una conexión de extremo cerrado, el taladro interior 59 no sería del tipo pasante.

Preferentemente el extremo de tubo 13 forma un tope con su parte inferior contra un contrataladro 60. El cuerpo 56 está mecanizado, o conformado de otro modo, con filetes de rosca machos 62 que cooperan de forma enroscada con los filetes de rosca hembra 64 correspondientes conformados o mecanizados en la tuerca 52. Se contempla que, con el fin de evitar una mezcla no intencionada de las partes de cuerpo y tuerca del estilo nuevo y viejo con los componentes de acoplamiento de la técnica anterior, el filete de rosca en la tuerca y el cuerpo de la presente invención puede ser substancialmente diferente de los valores de filete de rosca de las tuercas y los cuerpos de los acoplamientos de tubo tipo casquillo de la técnica anterior. Esto evitará problemas de intercambio y además permite un filete de rosca grueso que proporciona una alta carrera axial con un giro reducido de la tuerca para la instalación completa. Por ejemplo, un acoplamiento que incorpora la presente invención puede disponer de unos filetes de rosca gruesos que proporcionan un desplazamiento axial suficiente para conseguir una instalación adecuada con una media vuelta. En comparación, un acoplamiento típico de la técnica anterior es acercado con un número de entre 1 ¼ y 1 ½ vueltas. Sin embargo, no existe ningún impedimento a que el diseñador establezca el filete de rosca en cualquier valor adecuado para una aplicación concreta, dado que existen otras técnicas para evitar los problemas de intercambio. Por lo tanto, la media vuelta para la instalación es únicamente un ejemplo de una variedad de opciones de diseño disponibles.

El taladro de la parte central del cuerpo 58 está practicado preferentemente, aunque no necesariamente, con un estrechamiento orientado hacia el interior en sentido radial \alpha en relación con el eje longitudinal X (véase la Figura 1) del extremo de tubo 13 de tal modo que se reduce el diámetro del taladro 58 radialmente en sentido axial hacia el contrataladro 60. Por ejemplo, dicho estrechamiento puede ser entre aproximadamente 2º y 4º, aunque el ángulo seleccionado no es particularmente crítico. El diámetro del taladro 58 en el resalte del contrataladro es sólo ligeramente menor que el diámetro exterior del extremo de tubo 13. De esta manera, el extremo de tubo 13 dispone de una ligera holgura radial de interferencia de unas milésimas de una pulgada, por ejemplo, con respecto al taladro 58. Dicha holgura de interferencia entre el taladro 58 y el extremo de tubo 13 proporciona una acción de antigiro para ayudar a evitar que gire el extremo de tubo 13 durante la instalación. Esto reduce también el par de torsión residual que puede ser inducido en el extremo de tubo debido al giro del elemento de fijación de tubo (80) durante la instalación. El extremo de tubo 13 no necesariamente tiene que formar un tope con su parte inferior completamente contra el resalte del contrataladro 60. Esto se debe a que la holgura de interferencia ayuda a proporcionar una buena junta de estanqueidad primaria entre el taladro 58 y el extremo de tubo 13. Asimismo la holgura de interferencia también ayuda a mejorar la fijación del tubo por parte del elemento de fijación de tubo (80), manteniendo el extremo de tubo inmóvil en sentido axial durante la instalación de modo que el desplazamiento axial completo del elemento de fijación de tubo (80) se aprovecha para la deformación y la fijación de tubo apropiados en lugar de cualquier movimiento axial perdido o movimiento del extremo de tubo durante el apriete. El estrechamiento del taladro 58 puede extenderse paulatinamente a lo largo de toda su longitud axial o una parte axial más reducida adyacente al contrataladro 60.

La tuerca 52 comprende un primer taladro central 70 con un primer diámetro D1 en relación con el eje longitudinal del acoplamiento 50. La tuerca 52 comprende también un segundo taladro 72 con un segundo diámetro D2 en relación con el eje longitudinal central del acoplamiento 50. En esta forma de realización, el diámetro D2 es menor que el diámetro D1. Además, la dimensión del diámetro D2 hace que el taladro 72 defina una pared generalmente cilíndrica que recibe el extremo de tubo 13 (véase la Figura 2). El primer taladro 70 termina en un lugar separado en sentido axial del extremo posterior 74 de la tuerca para formar un trépano 75, de tal modo que la tuerca 52 comprende un collarín que se extiende en sentido radial hacia el interior 76. Dicho collarín 76 está definido generalmente por la pared del extremo posterior 74 de la tuerca 52, el taladro de diámetro menor 72 y el taladro de diámetro mayor 70.

De acuerdo con un aspecto significativo de la invención, la tuerca 52 comprende un dispositivo de fijación de tubo 80 que se extiende en sentido axial hacia el interior, bastante en voladizo, desde el collarín 76. El dispositivo de fijación de tubo en este ejemplo presenta la forma general de un anillo de fijación 80 y presenta un taladro interior 82 que define una pared substancialmente cilíndrica que recibe estrechamente el extremo de tubo 13 (véase la Figura 2). El diámetro D3 del taladro 82 puede ser igual o diferente del diámetro del segundo taladro 72 de la tuerca. La pared cilíndrica que define el taladro 82 del anillo de fijación se extiende en sentido axial desde una parte anterior cónica o nariz 84 del anillo de fijación 80. La parte de nariz 84 comprende una superficie exterior que se estrecha en sentido axial 86 que aumenta en la dimensión radial hacia el extremo posterior del anillo 80. Dicha superficie exterior que se estrecha 86 se extiende desde un extremo anterior generalmente radial 85 del dispositivo de fijación 80. Dicho extremo anterior generalmente radial 85 se une al taladro cilíndrico interior 82 en una esquina preferentemente aguda 87. De forma alternativa, sin embargo, puede proporcionarse un rehundido, escalón, muesca u otra geometría (no representada) circunferencial en el extremo anterior del anillo 80 que presenta un diámetro algo mayor que el diámetro D3 y que se extiende en sentido axial del extremo anterior 85 hacia el extremo posterior 74 de la tuerca 52.

La superficie que se estrecha 86 une el extremo anterior 85 preferentemente mediante una parte de radio 89 y en su extremo axialmente opuesto mediante un parte de radio 86a, a una parte generalmente cilíndrica 91, que a su vez se une mediante una parte de radio 93 al trépano 75.

Se observa en este punto que las características de las distintas geometrías del dispositivo de fijación de tubo 80 (tal como, por ejemplo, los distintos rehundidos, muecas, partes cónicas, partes de radio, etc.) se seleccionan de modo que causen una acción de bisagra apropiada hacia el interior en sentido radial, según se explicará en mayor detalle a continuación. Como consecuencia, la geometría de un dispositivo de fijación de tubo 80 será determinada por las características del material del tubo, tales como la dureza y los componentes de acoplamiento, las dimensiones del tubo y el rendimiento necesario de la fijación de tubo y de la estanqueidad para una aplicación concreta. Por lo tanto, las formas de realización específicas ilustradas en la presente memoria tienen como propósito ser ejemplares en cuanto a su naturaleza, pero no limitativas en cuanto a la geometría del dispositivo de fijación de tubo. Las patentes anteriormente mencionadas para el acoplamiento de dos casquillos, ilustran también unas variaciones adicionales de geometría para facilitar el efecto de bisagra para conseguir una fijación de tubo deseada.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, el dispositivo de fijación de tubo o el casquillo 80 está fijado a la tuerca hembra roscada 52 mediante una parte de banda delgada y frangible 95. Dicha parte de banda se rompe (según se ilustra en la Figura 2) cuando el casquillo 80 rueda inicialmente contra una superficie de leva (88) durante la instalación, de tal modo que el dispositivo de fijación de tubo o el casquillo se convierte en una parte separada y funciona con la tuerca y el cuerpo, de hecho, como un acoplamiento de casquillo único. El casquillo separado 80 comprende un extremo posterior 150 conducido en sentido axial por una pared que se extiende en sentido radial hacia el interior 152 de la tuerca 52, que funciona como una superficie de impulsión para impulsar el casquillo 80 hacia adelante contra la superficie de leva para completar una instalación inicial. La parte en banda frangible 95 está diseñada preferentemente de modo que, cuando el dispositivo 80 se separa de la tuerca 52, la superficie 95a que queda expuesta a lo largo de la línea de rotura, no interfiere con la superficie de impulsión 152 de la tuerca durante una instalación ulterior para completar el montaje. Tal como se utiliza en la presente memoria, "dispositivo de fijación de tubo" y "casquillo" o "casquillo único" se utilizan de forma intercambiable cuando se refiere al dispositivo 80 una vez que se ha separado de la tuerca 52.

El casquillo 80 está mecanizado con la parte de banda frangible 95 al practicar una ranura radial 154 dispuesta a un ángulo generalmente hacia la parte interior de la tuerca hembra roscada 52. Dicha ranura 154 constituye el extremo posterior 150 del casquillo 80 y también la pared radial 152 de la tuerca que impulsan el casquillo en sentido axial contra la superficie de leva después de que el casquillo 80 se ha separado de la tuerca 52. Preferentemente pero no necesariamente, la pared 152 y el extremo posterior 150 están mecanizados a un ángulo de aproximadamente 75º en relación con el eje X del taladro de tubo, aunque este ángulo puede variarse según la aplicación en cuestión. Dichas superficies 152 y 150 pueden presentar contornos para reducir el gripado y el par en su caso.

Haciendo referencia a las Figuras 1, 2 y 3, la parte cónica de nariz 84 coopera inicialmente con una superficie de leva que se estrecha en sentido axial 88 que constituye una abertura hacia el taladro 58 del tubo en el cuerpo principal 56. La superficie de leva cónica 88 une la pared del taladro 58 a la pared del extremo posterior 90 del cuerpo 54. Dicha superficie de leva 88 se caracteriza con un contorno generalmente troncocónico. Sin embargo, la forma de la superficie 88 puede seleccionarse de otras formas en función de la deformación concreta del anillo y las características de fijación de tubo necesarias para el acoplamiento 50 en una aplicación específica.

Cuando se completa una instalación, el extremo posterior 90 del cuerpo 54 entra en contacto con el trépano 75 que funciona como tope positivo contra el apriete excesivo. En el caso de ser deseable realizar unas repeticiones, el extremo posterior 90 puede estar distanciado en sentido axial del trépano 75 cuando se completa una primera instalación. En este caso la instalación correcta puede comprobarse con una galga de espacios u otra técnica adecuada, como es sabido.

El casquillo de fijación de tubo 80 está conformado para realizar varias funciones importantes del acoplamiento 50. Cuando se realiza una instalación apropiada, el casquillo 80 debe proporcionar una junta de estanqueidad primaria hermética contra la superficie de leva cónica 88. Dicha junta puede ser una junta de estanqueidad exterior principal para el acoplamiento 50 de tubo, o de hecho puede ser una junta de estanqueidad secundaria o complementaria para cualquier junta formada entre el extremo de tubo 13 y el cuerpo 54, por ejemplo, a lo largo de la pared del taladro 58 y/o el contrataladro 60. El casquillo 80 separado formará también una junta de estanqueidad primaria donde el casquillo 80 muerde la superficie exterior del extremo de tubo 13 en la zona donde el taladro cilíndrico 82 del casquillo 80 coopera con la superficie exterior del extremo de tubo. De nuevo, dicha junta de estanqueidad primaria puede ser, de hecho, una junta secundaria o complementaria para cualquier junta formada mediante el extremo de tubo 13 contra el cuerpo 54. En todo caso, el casquillo 80 debe formar unas juntas de estanqueidad primaria es contra la superficie de leva 88 y la superficie exterior del extremo de tubo 13. Además, el casquillo 80 debe agarrar de forma adecuada el extremo de tubo 13 para mantener la integridad de la junta de estanqueidad bajo efectos de presión, temperatura y vibración, y para evitar que se separe el extremo de tubo del acoplamiento en dichas circunstancias.

Con el fin de conseguir una junta de estanqueidad hermética y una acción de fijación de tubo, el casquillo 80 está diseñado para deformarse plásticamente y ser estampado en el extremo de tubo cuando se completa la instalación, según se ilustra en la Figura 3. Esto se consigue si se diseña el casquillo 80 con una acción de bisagra con lo cual no solamente se impulsa la parte cónica de nariz 84 hacia adelante en sentido axial a medida que se enrosca la tuerca 52 en el cuerpo 54, sino que también dicha nariz está desplazada en sentido radial o impulsada para cooperar con la superficie exterior de la pared del extremo de tubo 13. De esta manera el extremo anterior 92 de la parte de nariz 84 se comprime y se incrusta en la pared del tubo, lo que resulta en un aumento de tensión o un mordisco en la zona designada 94 en la Figura 3. El mordisco del extremo anterior 94 produce una pared o resalte 99 de extensión generalmente radial, formado del material del extremo de tubo plásticamente deformado. El resalte 99 coopera con el extremo anterior incrustado 92 del anillo de fijación 80 para conseguir de este modo una resistencia mecánica excepcionalmente fuerte al reventón del tubo en presencia de presiones elevadas. De esta manera, el extremo anterior incrustado 92 proporciona tanto una junta de estanqueidad excelente como una fuerte fijación del extremo de tubo 13. El anillo 80 está diseñado además para realizar la acción de bisagra en sentido radial hacia el interior para estampar o pinzar la pared cilíndrica 82 contra el extremo de tubo en un lugar axialmente adyacente o distanciado del mordisco donde se incrementa la tensión 94, y que está designado con la referencia numérica 96. Dicho efecto de estampación y pinzado mejora substancialmente la función de fijación de tubo y sirve para aislar la parte de nariz incrustada y el mordisco 94 de los efectos de las vibraciones que pasan por toda la longitud del tubo y también los cambios de temperatura.

Aunque la presente invención se describe en la presente memoria en las distintas formas de realización como la realización de una parte de nariz incrustada y una acción de estampación asociada, los expertos en la materia apreciarán que en algunas aplicaciones unos criterios de diseño tan rigurosos no siempre serán necesarios, particularmente para los acoplamientos que quedarán expuestos a unos efectos moderados de temperatura, vibración y presión. Por lo tanto, los aspectos adicionales del diseño de la tuerca, del cuerpo y del anillo de fijación que se indican en la presente memoria como las formas de realización preferidas, no deberían entenderse por lo tanto en sentido limitativo, sino como unas mejoras seleccionables de los conceptos básicos de la invención a utilizar según se precisa para unas aplicaciones concretas.

Con el fin de realizar la acción deseada de estampación y la fijación de tubo, el casquillo 80 está diseñado para realizar la acción de bisagra que permite que la parte cónica de nariz 84 y la parte central o media (como en la zona del taladro cilíndrico 82 o la zona designada con la referencia numérica 94) del anillo de fijación 80 sean comprimidas en sentido radial hacia el interior a medida que dicho anillo coopera con la boca cónica de leva 88 del cuerpo 56. Dicha acción de bisagra se aprovecha también para proporcionar un desplazamiento y compresión radial importante de la pared cilíndrica 82 para estampar una parte central o media del cuerpo del casquillo 80 en el extremo de tubo 13 axialmente adyacente a donde se incrementa la tensión 94. En la forma de realización de las Figuras 1 a 3, la acción de bisagra es facilitada al proporcionar una muesca interior circunferencial y radial 98 que es preferida pero no necesaria, y está dispuesta en sentido axial entre las partes cilíndricas 72 y 82. La muesca 98 está conformada adecuadamente para permitir que el casquillo 80 se deforme plásticamente y se deshaga de forma controlada para que comprima en sentido radial la pared cilíndrica 82 contra el extremo de tubo con el efecto deseado de pinzado. Por lo tanto, la geometría concreta del anillo de fijación 80 será diseñada de modo que, a medida que la tuerca 52 se enrosca y se aprieta más en el cuerpo 54 una vez que se separa el casquillo 80, dicho casquillo 80 articule y se deforme plásticamente para agarrar el extremo de tubo y estanquear tanto contra el extremo de tubo como la boca cónica de leva 88. Pueden aplicarse los procedimientos estándares de diseño tal como el Análisis Finito de Elementos, para optimizar la geometría del anillo 80 según los factores variables tales como el material del tubo, la dureza del tubo y el grosor de sus paredes, y las características necesarias de rendimiento en presencia de presión, temperatura y vibraciones.

Puede controlarse en mayor medida la deformación apropiada del casquillo 80 seleccionando un contorno adecuado para la superficie cónica 88. Dicha superficie coopera con la nariz cónica del casquillo 80 y por lo tanto, determinará parcialmente la velocidad y la forma en la que el casquillo 80 articula, comprime y se deforma plásticamente para incrustar la parte de nariz correctamente para morder el tubo y también proporcionar la acción deseada de estampación o pinzado. Además, el contorno de la superficie de leva 88 puede diseñarse para conseguir la estanqueidad deseada entre la parte de nariz del casquillo 80 y la superficie cónica 88. Dicha estanqueidad es importante para el rendimiento general del acoplamiento, dado que se proporciona la junta de estanqueidad entre el casquillo 80 y el extremo de tubo 13.

Se puede producir la tuerca 52 con su casquillo de fijación de tubo solidario 80 con las operaciones de mecanizado estándares, y típicamente comprenderá una operación de trépano para conformar el contorno exterior del anillo 80. Las demás características de la tuerca 52 pueden realizarse también mediante unas operaciones de mecanizado conocidas. Preferentemente, pero no necesariamente, la tuerca 52 comprende unas partes planas para llaves inglesas 102 para que el usuario pueda apretar la tuerca 52 en el cuerpo 54. Los expertos en la materia apreciarán fácilmente que el uso del acoplamiento 50 requiere únicamente un giro relativo entre la tuerca 52 y el cuerpo 54, de tal modo que cualquier de los componentes o ambos pueden girarse lo necesario durante una operación de instalación.

Se ha descubierto que es realmente deseable que la superficie de leva 88 forme un ángulo \theta de leva de aproximadamente 35º-60º en relación con el eje longitudinal X del acoplamiento 50 y el extremo de tubo 13. Más particularmente, el ángulo \theta de la superficie de leva 88 debería estar comprendido entre 40º y 50º, y más preferentemente, el ángulo \theta debería ser aproximadamente 45º. Este intervalo angular para la superficie de leva 88 se diferencia dramáticamente de los diseños más comunes de los acoplamientos de tubo tipo casquillo metálico. En los acoplamientos de tubo que se utilizan normalmente los ángulos de la superficie de leva están comprendidos entre 10º y 25º, que son substancialmente menos profundos que el ángulo de la presente invención. El ángulo menos profundo de leva resulta necesario en los acoplamientos de la técnica anterior para que el casquillo deslice una mayor distancia axial a lo largo de la superficie de leva. Dicha acción mayor de deslizamiento permite que el dispositivo de fijación de tubo sea deformado más paulatinamente en sentido radial en el extremo de tubo para realizar una acción de fijación o mordisco en el tubo. Esto es el caso particularmente para los tubos de acero inoxidable. Los acoplamientos de tubo de la técnica anterior que incluían lo que podría parecer un ángulo de leva más agudo, cuentan de hecho o bien con una parte poca profunda de la superficie de leva o bien no producen un mordisco en el tubo, limitando de este modo la resistencia a la presión del acoplamiento. El ángulo de leva poco profundo de la técnica anterior, sin embargo, compromete la capacidad de un casquillo único de formar una junta de estanqueidad fiable. En definitivo contraste, la presente invención utiliza un ángulo \theta substancialmente más agudo de superficie de leva que, de hecho, permite acuñar la parte de nariz 84 del anillo de fijación en la superficie de leva 88 sin una acción de deslizamiento substancial, formando así una junta de estanqueidad excelente.

En las formas de realización proporcionadas a título de ejemplo en la presente memoria, la parte de nariz 84 comprende la parte de radio 89 que se transfiere a la superficie exterior cónica 86. Dicha superficie exterior 86 se estrecha generalmente a un ángulo no tan agudo que el ángulo de la superficie de leva 88. Preferentemente la superficie exterior cónica 86 se estrecha en sentido axial con una dimensional radial que incrementa hacia el extremo posterior del anillo de fijación 80. Dicha parte exterior cónica 86 entra en contacto con la superficie de leva 88, de hecho, con una zona o junta de estanqueidad primaria metal contra metal en contacto lineal generalmente estrecho cuando se realiza la instalación que conlleva una elevada tensión y un acuñado de material para permitir acuñar el extremo anterior del anillo de fijación 80 en la superficie de leva 88. Por lo tanto, el término "junta de estanqueidad primaria metal contra metal en contacto lineal generalmente estrecho" no se refiere a la preclusión de una zona de contacto entre la superficie exterior cónica 86 y la superficie de leva 88, sino que, de forma más general, se refiere al concepto de una zona de contacto local en la proximidad de la superficie de leva 88, o en la parte más interior de la misma, con elevada tensión y el acuñado de material entre la superficie exterior cónica 86 y la superficie de leva 88. El término "acuñar" significa simplemente que el anillo de fijación 80 consigue una buena junta de estanqueidad de metal contra metal entre la parte de radio 89 y la superficie de leva 88 al formar una línea circunferencial de contacto generalmente estrecha de metal bruñida sobre metal para realizar una junta de estanqueidad hermética al gas entre la superficie cónica 86 y la superficie de leva 88.

Es importante observar que el uso de un ángulo de leva concreto no depende necesariamente del contorno de la superficie 88. Es decir, el ángulo de interés es el ángulo en el que el extremo anterior del anillo de fijación 80 entra en contacto con la superficie de leva 88 para formar allí una junta de estanqueidad. Por lo tanto, la superficie de leva 88 puede realmente realizarse con un contorno no troncocónico, pero la junta de estanqueidad es formada todavía por el extremo anterior del casquillo 80 cuando entra en contacto con una superficie 88 a ángulo agudo. Pueden utilizarse unos ángulos compuestos o contornos adicionales de la superficie de leva 88 para facilitar en mejor medida la acción de bisagra y el mordisco del tubo conseguido por el casquillo 80.

Si la superficie de leva 88 está formada como una superficie de ángulo compuesto con partes angulares adicionales más agudas o menos profundas para facilitar la acción de bisagra y el mordisco del anillo de fijación 80 en el extremo de tubo 13, de acuerdo con este aspecto de la invención, la parte estanqueadora del extremo anterior del anillo de fijación 80 (en las formas de realización proporcionadas a título de ejemplo, la parte de radio 89) constituye la junta de estanqueidad primaria en una parte de ángulo agudo de la superficie de leva 88, preferentemente una parte de ángulo agudo comprendido en el intervalo del ángulo \theta de aproximadamente 35º a 60º en relación con el eje longitudinal X del acoplamiento 50 y del extremo de tubo 13, más preferentemente el ángulo \theta de la superficie de leva 88 debería ser entre 40º y 50º, y el ángulo \theta más preferido debería ser aproximadamente 45º en el lugar donde se forma la junta de estanqueidad primaria. Preferentemente pero no necesariamente, dicha junta de estanqueidad primaria se realiza mediante una cooperación tipo junta de estanqueidad primaria metal contra metal en contacto lineal generalmente estrecho entre el extremo anterior del anillo de fijación 80 y la superficie de leva 88.

El ángulo más agudo de la superficie de leva conlleva la ventaja adicional de que la nariz o la parte anterior del dispositivo de fijación de tubo 80 puede formarse con una cantidad substancialmente mayor de masa en comparación con si la parte anterior tuvo que cooperar con un ángulo menos profundo de la superficie de leva como en los diseños de los anillos de fijación y los casquillos únicos de la técnica anterior. Dicha masa añadida, conjuntamente con la acción de bisagra, tiende a colocar una masa substancialmente mayor de material en, o en la proximidad, del lugar del mordisco 94 del tubo. Esto fortalece de forma significativa el dispositivo de fijación de tubo en cuanto a su resistencia a la presión y también fortalece el efecto de pinzado que aísla el mordisco de los efectos de vibraciones y temperatura, en contraste con los diseños de los anillos de fijación o los casquillos únicos de la técnica anterior. Asimismo como resultado de la acción de bisagra se impide que el extremo posterior del dispositivo de fijación de tubo (es decir, el extremo opuesto al extremo de nariz 84) entre en contacto con el extremo de tubo, de modo que todo el dispositivo de fijación de tubo está sometido a una compresión radial y axial.

En general, para que un dispositivo de fijación de tubo, tal como un casquillo, se incruste, muerda y fije el extremo de tubo, el dispositivo de fijación de tubo debe ser más duro que el extremo de tubo. Esto es particularmente el caso para los tubos de pared gruesa. El mayor movimiento axial de un casquillo en una boca de leva de ángulo poco profundo de la técnica anterior permite que un casquillo se incruste en un tubo incluso cuando el casquillo es sólo ligeramente más duro que el tubo. En estas circunstancias, si el dispositivo de fijación de tubo 80 fuera sólo ligeramente más duro que el extremo de tubo, el dispositivo no podría agarrar el tubo de forma adecuada para una superficie de leva de ángulo agudo debido al movimiento axial substancialmente más corto del dispositivo de fijación de tubo durante la instalación, causado por el ángulo de leva más agudo. Sin embargo, de acuerdo con la presente invención, al hacer el dispositivo de fijación de tubo significativamente más duro que el tubo, puede utilizarse una superficie de leva de ángulo más agudo, que resulta eficaz en hacer que el dispositivo de fijación de tubo muerda de forma adecuada el extremo de tubo con el fin de agarrar dicho tubo.

El ángulo \theta de leva más agudo de la presente invención también da lugar a una distancia mucho más corta de desplazamiento axial del casquillo 80 durante la instalación. Como consecuencia, la parte de nariz 84 tendría que ser deformada y comprimida en sentido radial en el extremo de tubo 13 con un desplazamiento axial o movimiento deslizante más reducido. Entonces para conseguir la fijación de tubo adecuada, preferentemente el casquillo 80 es endurecido superficialmente hasta una dureza de aproximadamente 3,3 veces más duro que el material del tubo. Por ejemplo, si el material del tubo es el acero inoxidable, puede presentar una dureza de hasta aproximadamente 200 Vickers. Por lo tanto, de acuerdo con este aspecto de la invención, cuando el acoplamiento 50 se utiliza con los materiales duros de este tipo, el dispositivo de fijación de tubo debería ser endurecido hasta una proporción de por lo menos aproximadamente 3,3 veces más duro que el tubo. Más preferentemente, el dispositivo de fijación de tubo debería ser endurecido hasta una proporción de por lo menos 4 veces más duro que el tubo. Además, no es necesario endurecer superficialmente todo el anillo de fijación 80, sino que, de forma selectiva, se puede endurecer superficialmente sólo la parte de nariz 84.

De acuerdo con este aspecto de la invención, toda o parte de la tuerca 52 y el cuerpo 54 pueden ser endurecidos completa o superficialmente para aumentar la fijación de tubo del acoplamiento 50 cuando se utiliza con materiales de tubo más duros como el acero inoxidable. Los procedimientos de endurecimiento superficial adecuados se describen completamente en las patentes US nº 6.165.597 y nº 6.093.303. Dichos procedimientos producen una dureza del dispositivo de fijación de tubo de aproximadamente 800 a 1000 Vickers o más sin comprometer la resistencia a la corrosión del acoplamiento. Sin embargo, se pueden utilizar otras técnicas de endurecimiento superficial según sea necesario. El endurecimiento superficial del anillo de fijación de tubo 80 permite que dicho anillo 80 realice una fijación y junta de estanqueidad adecuados contra los materiales de tubo tales como el acero inoxidable, incluyendo el acero inoxidable dúplex. Las patentes dirigidas al endurecimiento superficial mencionadas anteriormente presentan una ventaja adicional que consiste en que se proporcionan unas superficies en el anillo 80 que reducen o impiden el gripado entre el anillo 80 (que gira con la tuerca 52) y el tubo.

Asimismo, pueden utilizarse varios lubricantes con el anillo de fijación de tubo 80 para reducir el gripado y el par de torsión tal como, por ejemplo, las grasas PTFE y las grasas que contienen bisulfuro de molibdeno o el bisulfuro de tungsteno.

Típicamente las técnicas de endurecimiento superficial darán como resultado el endurecimiento superficial de toda la tuerca 52 y el anillo de fijación de tubo 80 solidario. Cuando se realiza el endurecimiento superficial con el acero inoxidable, por ejemplo, como en las patentes anteriormente mencionadas, se forma una película de óxido adherente. En otra forma de realización de la invención, un lubricante sólido puede aplicarse a los filetes de rosca de las tuercas de acero inoxidable 52 para reducir el rozamiento y por lo tanto el par de la instalación durante el apriete. Para este fin, puede utilizarse cualquier lubricante sólido y son bien conocidos muchos lubricantes sólidos. Unos ejemplos incluyen el grafito, el bisulfuro de molibdeno, bisulfuro de tungsteno y UHMWPE (el polietileno de peso molecular ultra elevado). Dichos lubricantes pueden utilizarse sin diluir, es decir, sin combinarse con otro material, o mezclarse con otro material tal como un portador resinoso o similar. Además, pueden utilizarse esencialmente en cualquier forma sólida incluyendo, la forma en polvo, gránulos y pastas.

Los lubricantes sólidos de este tipo son productos comerciales bien conocidos. Unos ejemplos incluyen Dow Corning® 321 Dry Film Lubricant (lubricante de película seca) disponible de Dow Corning Corporation de Midland, Michigan y Slickcote® Dry Lube 100 (lubricante seco) disponible de Trans Chem Coatings, de Monrovia, California.

Dichos lubricantes pueden aplicarse utilizando cualquier procedimiento estándar tal como, manualmente, con un dispositivo aerosol o pulverizador o con equipos automáticos. Puede aplicarse cualquier grosor de capa que consiga proporcionar las propiedades lubricantes. Normalmente, no se requieren los grosores de lubricante sólido que exceden de las holguras de filete de rosca de la clase 2 estándar. En su caso, el lubricante también puede calentarse para mejorar su adhesión. Por ejemplo, algunos lubricantes, particularmente los que se suministran en un ligante resinoso, pueden calentarse para realizar el curado del ligante. Por ejemplo, Slickote® Dry Lube 100 puede calentarse según las instrucciones del fabricante hasta 300ºF durante 1 hora, por ejemplo.

En una forma de realización concreta de la invención, un lubricante seco según se ha descrito anteriormente se utiliza en las tuercas de acero inoxidable 52, que han sido sometidas a un proceso de carburación a baja temperatura que utiliza el monóxido de carbono como fuente de carbono. El acero inoxidable consigue su propiedad inoxidable debido a la delgada película coherente de óxido de cromo que se forma inherentemente cuando se expone el acero al aire. La carburación a baja temperatura de las piezas de acero inoxidable, tales como las que están realizadas en el acero inoxidable AISI 316 y 316L, normalmente deja las superficies de las piezas recubiertas con una capa de hollín. Antes del uso, se elimina el hollín de las piezas, normalmente por lavado. Cuando se utiliza el monóxido de carbono como la fuente de carbono en la carburación a baja temperatura, no solamente se forma hollín sino que también se forma una pesada película de óxido. Dicha película pesada de óxido se diferencia considerablemente de la película coherente de óxido de cromo que confiere la propiedad inoxidable al acero inoxidable, porque es más gruesa y no es coherente. Por lo tanto, también se elimina esta película antes del uso para recuperar la superficie carburizada de la pieza.

De acuerdo con esta forma de realización en concreta, dicha película pesada de óxido no se elimina antes de la aplicación del lubricante sólido, sino que se deja en las superficies de la pieza carburizada, o por lo menos en las partes de las superficies carburizadas a lubricar. De acuerdo con esta forma de realización en concreto, se ha descubierto que la estructura natural porosa de dicha película pesada de óxido actúa a modo de anclaje para ligar el lubricante a las superficies de la pieza. Como resultado, el lubricante es más adhesivo de lo que sería en otro caso, y por lo tanto puede resistir unas repeticiones continuas del acoplamiento (es decir, el aflojo y el apriete de nuevo de la tuerca) sin ser eliminado.

La Figura 4 ilustra otra forma de realización de la invención en la que, en general, todos los elementos son iguales que la forma de realización anterior con la excepción de una variación. En la parte de banda frangible 95, se forma en su interior una muesca 300 donde se concentra la tensión. En esta forma de realización, la muesca 300 donde se concentra la tensión se forma como un radio generalmente agudo que crea una banda más delgada de material 302 para promocionar una rotura rápida y limpia entre el casquillo 80 y la tuerca 52. Por lo tanto, se produce la rotura como resultado de un intervalo mínimo de giro de la tuerca 52, un poco más que la posición apretada manualmente. Además, la rotura presenta una forma menos irregular. Pueden utilizarse otras formas de muesca 300 según sea necesario, incluyendo por ejemplo una forma elíptica, triangular, etc.

Se ha descrito la invención haciendo referencia a la forma de realización preferida. Evidentemente, resultará evidente que pueden realizarse diversas modificaciones y alteraciones que se pondrán de manifiesto tras leer y comprender la presente memoria. Se pretende que todas dichas modificaciones y alteraciones queden incluidas en la medida en que estén comprendidas en el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (24)

1. Elemento hembra de acoplamiento para un acoplamiento de tubo del tipo que comprende un elemento hembra de acoplamiento y un elemento macho de acoplamiento que se unen para montar el acoplamiento, comprendiendo el elemento hembra de acoplamiento:

un cuerpo hembra dotado de un dispositivo de fijación de tubo que se separa del mismo durante la instalación del acoplamiento.

2. Elemento hembra de acoplamiento según la reivindicación 1, en el que dicho cuerpo hembra comprende metal.

3. Elemento hembra de acoplamiento según la reivindicación 2, en el que dicho cuerpo hembra comprende acero inoxidable.

4. Elemento hembra de acoplamiento según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de fijación de tubo comprende una superficie que coopera con una superficie de leva del elemento macho de acoplamiento durante la instalación del acoplamiento.

5. Elemento hembra de acoplamiento según la reivindicación 1, en el que dicha superficie de leva forma un ángulo agudo de aproximadamente treinta y cinco a sesenta grados con respecto al eje longitudinal del acoplamiento del tubo.

6. Acoplamiento de tubo para un extremo de tubo, que comprende:

un elemento hembra de acoplamiento según la reivindicación 1, estando roscado dicho elemento hembra de acoplamiento; y un elemento macho roscado de acoplamiento unido por enroscado al elemento hembra de acoplamiento para montar el acoplamiento en un extremo de tubo.

7. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 6, en el que dicho dispositivo de fijación de tubo funciona como un casquillo único después de separarse de dicho elemento hembra roscado.

8. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 1, en el que dicho elemento macho roscado comprende una superficie de leva angular que coopera con un extremo anterior de dicho dispositivo de fijación de tubo durante la instalación para hacer que dicho dispositivo se separe de dicho elemento hembra roscado.

9. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 8, en el que dicho dispositivo de fijación de tubo está unido a dicho elemento hembra roscado mediante una banda delgada.

10. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 9, en el que dicha banda delgada es anular.

11. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 6, en el que dicho elemento hembra de acoplamiento es endurecido para ser por lo menos aproximadamente 3,3 veces más duro que el material del extremo de tubo.

12. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 6, en el que dicho dispositivo de fijación de tubo es mecanizado de forma solidaria con dicho elemento hembra roscado.

13. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 6, en el que dicho elemento macho roscado comprende una superficie de leva angular que entra en contacto con un extremo anterior de dicho elemento de fijación de tubo durante la instalación; formando dicha superficie de leva un ángulo incluido de aproximadamente 35º a aproximadamente 60º con respecto al eje longitudinal del acoplamiento.

14. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 13, en el que dichos componentes hembra y macho roscados son metálicos; y en el que dicho dispositivo de fijación de tubo comprende una junta de estanqueidad metal contra metal en contacto lineal generalmente estrecho contra dicha superficie de leva al completarse la instalación del acoplamiento.

15. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 6, en el que dicho dispositivo de fijación de tubo se separa de dicho elemento hembra roscado a lo largo de una superficie que evita interferencia con dicho elemento hembra roscado durante la instalación ulterior del acoplamiento.

16. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 6, en el que dicho elemento de fijación de tubo separado funciona como un casquillo único durante la instalación final del acoplamiento; comprendiendo dicho casquillo un extremo anterior que muerde una superficie exterior del extremo de tubo.

17. Acoplamiento de tubo de la reivindicación 16, en el que dicho casquillo separado se articula en sentido radial hacia el interior durante la instalación final, de tal modo que una parte central del casquillo está comprimido en sentido radial contra el extremo de tubo para recoger el extremo de tubo en un lugar distanciado en sentido axial de dicho mordisco de tubo por parte del extremo anterior.

18. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 17, en el que dicho dispositivo de fijación de tubo comprende un taladro interior cilíndrico y un rehundido circunferencial radial en el mismo en un lugar distanciado en sentido axial de dicho extremo anterior.

19. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 13, en el que dicho dispositivo de fijación de tubo forma una junta de estanqueidad primaria contra dicha superficie de leva.

20. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 19, en el que por lo menos una parte de dicho dispositivo de fijación de tubo es por lo menos aproximadamente 3,3 veces más duro que el material del extremo de tubo.

21. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 20, en el que el extremo de tubo está realizado en acero inoxidable.

22. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 19, en el que dicho ángulo de leva es de aproximadamente 45º.

23. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 19, en el que dicho dispositivo de fijación de tubo forma una junta de estanqueidad primaria metal contra metal en contacto lineal generalmente estrecho contra dicha superficie de leva.

24. Acoplamiento de tubo según la reivindicación 9, en el que dicha banda delgada comprende una muesca donde se concentra la tensión.