APARATO PARA ELEVAR TUBERÍAS DE CONDUCCIÓN
Campo de la Invención La presente invención se refiere a un aparato para la elevación de tuberías de conducción de petróleo. Antecedentes de la Invención Las tuberías de conducción utilizadas para transportar productos tales como petróleo, requieren mantenimiento periódico que implica limpiar sus superficies exteriores y proporcionarlas con recubrimiento protector, e.g., recubrimiento para proteger contra la corrosión a las superficies exteriores de las tuberías de conducción. Actualmente, cada sección de la tubería de conducción se expone al excavar a los lados y bajo la tubería de conducción, para distanciar las superficies exteriores de las tuberías del suelo que las rodea lo suficiente para permitir llevar a cabo sobre dichas superficies exteriores, las operaciones de mantenimiento requeridas. En muchos casos, la tubería de conducción se introduce o cruza suelo duro, tal como formaciones rocosas, las cuales son muy difíciles de excavar y requiere operaciones prolongadas y costosas. Se apreciará que aunque el suelo puede haberse triturarse hasta algún grado en los lados, cuando se excava una fosa para la colocación de la tubería de conducción, la parte inferior de la fosa se encuentra intacta y puede
formarse por una masa de roca dura. Además, la excavación por debajo de la tubería de conducción en algún tipo de suelo comprometerá la integridad del lecho de la fosa y se incurrirá en costos adicionales para restaurar el lecho de la fosa a un estado adecuado para soportar la tubería de conducción . Se apreciará que cualquier daño a la tubería de conducción, que involucre la falla de la misma y el derrame del líquido transportado, constituiría, aparte de los daños económicos, un desastre económico mayor y por lo tanto los responsables nuca llevarán a la practicarán un método de mantenimiento que involucre una probabilidad aún muy pequeña de tal daño o falla. La WO 01/90623 intenta superar las dificultades antes mencionadas al describir un aparato que comprende una estructura de elevación que tiene cuatro puntales telescópicos y una viga superior transversal, brazos de elevación telescópicos soportados en la viga superior, cadenas conectadas a los brazos de elevación para embragar la parte inferior de la tubería de conducción, un primer medio hidráulico para extender y retraer telescópicamente los puntales de la estructura de elevación y un segundo medio hidráulico para extender y retraer telescópicamente los brazos de elevación. Sin embargo, surgen varias dificultades cuando se utilizan los aparatos de la WO 01/90623. Primero,
las cadenas que pasan por debajo y embragan la tubería, consisten de una multiplicidad de uniones que comúnmente no se encuentran dispuestas de manera uniforme a lo largo de la extensión de la cadena. Así, ocurre una distribución de peso no continua, de tal manera que puede requerirse que algunos puntos en la cadena soporten una cantidad substancialmente mayor de presión que otras. Adicionalmente , algunas uniones pueden disponerse de tal manera que su extremo más angosto sobresalga en la tubería, ocasionando mediante esto un riesgo de daño exterior a la tubería y en algunos casos aún la perforación de la tubería. Además, la cadena descrita en la WO 01/90623 debe ser fuerte y por lo tanto es muy pesada. Como esta cadena se adapta para elevarse por el esfuerzo humano, no es deseable una cadena pesada. Finalmente, debido a la estructura del aparato de la WO 01/90623, se requieren al menos cuatro acciones separadas de excavación a fin de poner las cadenas en su lugar para elevar una sección de tubería. Esto es excesivo en vista de. los problemas antes mencionados involucrados al excavar en la parte inferior de una fosa para tubería de conducción. Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención proporcionar un aparato para elevación para tuberías de conducción de petróleo que no sufra el riesgo de comprometer la integridad estructural de la tubería de conducción a medida que se eleva.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato para elevación que supere los problemas asociados con la técnica anterior. Es otro objetivo de la presente invención proporcionar- un aparato para elevación que se coloque con ayuda humana sin excesiva dificultad. Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato para elevación que soporte el peso de una tubería en una manera continuamente distribuida. Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato para elevación que involucre ahorros considerables en términos de tiempo y costos en el mantenimiento de las tuberías de conducción con respecto a un aparato de la técnica anterior. Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato para elevación que pueda operarse fácilmente por trabajadores no experimentados. Otros propósitos y ventajas de la invención serán aparentes a mediada que proceda la descripción. Sumario de la Invención La presente invención se dirige a un aparato que es adecuado para la elevación de tuberías de conducción que se encuentran empotradas en regiones subterráneas. Las tuberías de conducción que se utilizan para transportar productos tales como combustible, gas y líquidos peligrosos, requieren
mantenimiento periódico lo cual involucra limpiar sus superficies exteriores y proveerlas con un recubrimiento protector, e.g., recubrimiento para proteger de la corrosión las superficies exteriores de las tuberías de conducción. Ya que estas tuberías de conducción pueden alcanzar miles de kilómetros de longitud, el mantenimiento se efectúa por etapas. Cada etapa de mantenimiento se efectúa sobre una sección sucesiva de tubería que tiene una longitud en el orden de decenas de metros. Antes de llevar a cabo una operación de mantenimiento, se retira el suelo por debajo y a los lados de una sección de la tubería. El aparato para elevación de la invención se coloca inicialmente arriba de un extremo de una sección de tubería seleccionada. Se descienden dos miembros de soporte simétricos adecuados en un modo descendente y se giran alrededor de la sección de tubería hasta que alcanzan una posición de soporte de la tubería. Como se refiere en la presente, una "posición que soporta la tubería" se define como una disposición con la cual una superficie de soporte de tubería de cada miembro de soporte se encuentra concéntrica a la tubería y se encuentra lo suficientemente cerca a la periferia de la tubería para aplicar una fuerza radial interiormente dirigida en la misma. El terreno que se encuentra por debajo del aparato para elevación se comprime entonces en un modo de pre-elevación hasta una dureza
suficiente a fin de ser capaz de aplicar una fuerza reactiva adecuada a un elemento transmisor de fuerza, del aparato para elevación. Durante el modo de elevación subsecuente, se aplica una fuerza reactiva dirigida ascendentemente en respuesta a una fuerza impulsora descendentemente dirigida y la fuerza reactiva del terreno comprimido, de manera que la sección de tubería se eleva. Después de llevar a cabo la operación de mantenimiento, el procedimiento se invierte hasta que la sección de tubería se regresa al suelo. El aparato para elevación comprende: a. una estructura que tiene vigas laterales verticales y una viga superior transversal interpuesta entre dichas vigas verticales; b. dos miembros de soporte cóncavos y simétricamente dispuestos conectados sobre pivote a dichas dos vigas verticales, respectivamente y configurados para lograr una posición de soporte de tubería sin aplicar una fuerza radial interiormente dirigida a la porción más inferior de dicha tubería cuando dicha estructura se desciende adecuadamente y los miembros de soporte se giran de manera adecuada; c. una unidad impulsora dispuesta dentro y unida de manera fija a cada uno de dichos miembros de soporte, para generar una fuerza lineal descendentemente dirigida; d. un elemento transmisor de fuerza conectado a
una varilla de la unidad impulsora a lo largo de la cual se desplaza deslizablemente un alojamiento de la unidad impulsora correspondiente; e. una unidad de control para controlar de manera independiente cada una de dichas unidades impulsoras; y f. al menos un medio de conexión para conectar de manera liberable dichos dos miembros de soporte entre si cuando dichos miembros de soporte se encuentran en una posición de soporte de la tubería, en donde dicha unidad de control se encuentra adaptada para inmovilizar dichos elementos que transmiten fuerza contra un lecho de fosa en un modo de pre-elevación cuando se genera una primera fuerza por dichas unidades impulsoras, y para elevar cada una de dichos alojamientos de unidad impulsora junto con el miembro de soporte correspondiente con respecto al elemento transmisor de fuerza correspondiente en un modo de elevación cuando se genera una segunda fuerza mayor adecuada mayor que dicha primera fuerza por cada una de dichas unidades impulsoras. Cada miembro de soporte comprende preferentemente dos placas idénticas separadas que tienen un borde interior, una superficie de soporte de tubería que tiene un perfil esencialmente similar y que se extiende entre el borde interno correspondiente de dichas placas y una placa exterior.
Cada placa se forma preferentemente con un borde exterior plano, un borde interior que tiene una porción plana superior substancialmente paralela a dicho borde exterior y una porción cóncava inferior tangencial a dicha porción plana superior mediante la cual se soporta la tubería. La porción cóncava subtiende un ángulo de aproximadamente 65 hasta 75 grados que tiene un radio de curvatura esencialmente igual al de la tubería, un semicírculo continuo que se traza por la porción cóncava de cada uno de los dos miembros de soporte que se encuentran en una posición que soporta la tubería. En una modalidad de la invención, cada placa se forma además con una protección de rueda. Se instala una rueda guía dentro de dos protecciones de rueda opuestas de las dos placas respectivamente, de un miembro de soporte correspondiente. Los dos miembros de soporte se giran durante el modo descendente una vez que las dos ruedas guía hacen contacto con la periferia de la tubería, sobre lados opuestos de la línea central vertical de la tubería y por lo tanto se auto-colocan. Las ruedas guía se encuentran en contacto rodante continuo con la periferia de la tubería desde un punto de contacto inicial hasta una posición que soporta la tubería, de tal manera que los miembros de soporte se giran hacia el exterior hasta la línea central horizontal de la tubería y se giran hacia el interior desde la línea central horizontal de la tubería hasta la posición que
soporta la tubería. Cada placa se forma además con un borde inferior de forma variable, un borde inferior recto y un borde superior. El borde inferior de forma variable se encuentra preferentemente en forma de V para acomodar los pasadores de los medios de conexión, estando dicho borde inferior en forma de V interpuesto entre dicha protección de rueda y el borde inferior recto, extendiéndose dicho borde inferior recto y estando substancialmente perpendicular al borde exterior. El borde superior es preferentemente oblicuo con respecto al borde exterior y la porción plana superior del borde interior, estando un pivote que conecta un miembro de soporte y una viga vertical correspondiente embragados por una abertura formada en cada placa en la cercanía del borde superior. En una modalidad de la invención, la unidad de control comprende medios para determinar que el terreno que se encuentra por debajo de los elementos transmisores de fuerza se comprime lo suficiente durante el modo de pre-elevación para permitir el inicio del modo de elevación. Los medios que determinan la compresión del terreno comprenden : a. un controlador; b. un accionador para cada unidad impulsora en comunicación con dicho controlador por medio del cual es
determinable la magnitud de la primera y segunda fuerzas generadas por la unidad impulsora correspondiente; y c. un detector en comunicación con dicho controlador para detectar el desplazamiento axial de cada elemento transmisor de fuerza con respecto al alojamiento de la unidad impulsora correspondiente, estando adaptado dicho controlador para determinar que el terreno que se encuentra por debajo de un elemento transmisor de fuerza se comprime completamente de manera esencial cuando el detector de desplazamiento axial correspondiente detecta substancialmente el no desplazamiento axial del elemento transmisor de fuerza correspondiente durante la generación de la primera fuerza por la unidad impulsora correspondiente. El controlador se adapta preferentemente para transmitir un comando hacia un accionador para terminar la operación de la unidad impulsora correspondiente cuando el terreno que se encuentra por debajo del elemento transmisor de fuerza correspondiente se comprime esencialmente y transmite un comando hacia el accionador de cada unidad impulsora para generar la segunda fuerza que es suficiente para producir una fuerza reactiva ascendentemente dirigida aplicada al alojamiento de la unidad impulsora correspondiente cuando el terreno que se encuentra por debajo de ambos elementos transmisores de fuerza se comprime
esencialmente, elevándose verticalmente mediante esto los dos alojamientos de unidad impulsora a la misma tasa. En un aspecto, la unidad de control comprende además uno o más detectores de orientación en comunicación con el controlador, para determinar si el aparato de elevación se balancea. En un aspecto, cada unidad impulsora es un sistema hidráulico mediante el cual el fluido hidráulico para accionar un pistón desplazable dentro de un cilindro alojado dentro de un miembro de soporte correspondiente se suministra durante los modos de pre-elevación y elevación. En un aspecto, la superficie de soporte de la tubería se cubre por una capa intermedia de forro. En un aspecto, cada viga vertical tiene una varilla horizontal con la cual se embraga un miembro de soporte de tensión que se extiende hacia la unión desplazable por medio de un brazo de soporte. Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una vista en perspectiva del aparato de elevación de acuerdo con una modalidad de la invención en una posición de soporte de la tubería; Las Figuras 2-5 son vistas frontales del aparato de elevación de la Figura 1, que ilustran varias etapas del proceso para descender el aparato de elevación desde arriba de la tubería;
La Figura 6 es un dibujo esquemático de una unidad de control que se adapta para generar una fuerza impulsora durante los modos de pre-elevación y elevación del aparato de elevación; y La Figura 7 es una vista frontal del aparato de elevación de la Figura 1, que ilustra el desplazamiento del mismo durante el modo de elevación. Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas La presente invención es un aparato de elevación para una tubería de conducción que tiene dos miembros girables separados que soportan la tubería de conducción (una porción de la cual se refiere de aquí en adelante como la "tubería") ya que esta última se eleva sin aplicar una fuerza a la porción más inferior de la tubería. La fuerza que se aplica por un miembro de soporte a una tubería ha sido la causa en el aparato de elevación de la técnica anterior, que se dañe la periferia de la tubería y por lo tanto el aparato de elevación de la presente invención es ventajoso en que puede evitarse en el daño económico y ecológico como resultado de una perforación de una tubería. El aparato de elevación de la presente invención es operable en tres modos: (a) en un modo descendente por medio del cual los miembros de soporte giran a medida que el aparato de elevación se desciende hasta que alcanzan la posición de soporte de la tubería substancialmente en
contacto con la tubería; (b) en un modo de pre-elevación por medio del cual el terreno que se encuentra por debajo del aparato de elevación se comprime hasta una dureza suficiente a fin de ser capaz de aplicar una fuerza reactiva adecuada hacia un elemento transmisor de fuerza del aparato de elevación durante el modo de elevación subsecuente; y (c) en un modo de elevación cuando el aparato de elevación y la tubería soportados por medio de este se elevan. El aparato de elevación de acuerdo con una modalidad de la presente invención, que se indica en general por el número 10, se muestra en una posición que soporta la tubería en las Figuras 1 y 5. El aparato de elevación 10 comprende una estructura de elevación que consiste de una viga 12 colocada horizontalmente dispuesta, colocada arriba de la tubería 20 y substancialmente ortogonal al eje longitudinal de la tubería 20 y dos vigas 14 y 14' significativamente más pequeñas verticalmente dispuestas que se conectan adecuadamente a cada extremo de la viga horizontal 12 respectivamente. El aparato de elevación 10 también comprende dos miembros de soporte 16 y 16' colocados de manera opuesta y simétrica, entre los cuales se interpone la tubería 20. Los extremos superiores de los miembros de soporte 16 y 16' se conectan sobre pivote en el extremo inferior de las vigas verticales 14 y 14' respectivamente, por medio de pivotes 18 y 18' respectivamente. Los dos
miembros de soporte 16 y 16' se unen entre si por medio de los conectores 28 frontal y posterior (solo uno de los cuales se muestra) a través de un par correspondiente de pasadores 30 y 30' cuando el aparato de elevación 10 se encuentra en una posición que soporta la tubería, para evitar que se giren los miembros de soporte. Los miembros de soporte 16 y 16' se configuran para soportar el peso de la tubería 20 en una manera continuamente distribuida. La siguiente descripción se refiere a la configuración del miembro de soporte 16 y se apreciará que la descripción es igualmente aplicable al miembro de soporte 16', aunque en una forma simétrica. Como se muestra en las Figuras 1 y 2, el miembro de soporte 16 comprende dos placas 3 y 4 separadas idénticas, una superficie 17 que soporta la tubería que tiene un perfil esencialmente similar y que se extiende entre el borde interior correspondiente de las placas 3 y 4 y una placa exterior 9. Las placas 3 y 4 tienen un borde exterior 42 conformado diferente y un borde interior 44, así como un borde inferior recto 48, un borde inferior 51 en forma de V, un borde superior 53 y una protección de rueda 55 curva. El borde exterior 42 es recto y es esencialmente vertical cuando el miembro de soporte 16 se encuentra en una posición que soporta la tubería como se muestra en las Figuras 1 y 2. El borde interior 44 tiene una porción cóncava inferior 45 y una
porción recta superior 46 substancialmente paralela al borde exterior 42. La porción cóncava 45 subtiende un ángulo de aproximadamente 65-75 grados que es tangencial a la porción recta 44. El borde inferior recto 48 se extiende y se encuentra substancialmente perpendicular al borde exterior 42. El borde inferior recto 48 se encuentra adyacente al borde inferior en forma de V 51 que termina con la protección de rueda curva 55. Se perfora una abertura 68 en la cercanía del borde inferior en forma de V 51. El borde superior 53 es oblicuo con respecto al borde exterior 42 y la porción recta superior 46 de borde interior, a fin de acomodar el pivote 18 que conecta el miembro de soporte 16 y la viga 14 verticalmente dispuesta. Ya que las placas 3 y 4 son relativamente angostas en la cercanía de la porción recta superior 46 y son relativamente anchas en la cercanía del borde inferior recto 48, un miembro de soporte que se ensambla desde tales placas tienen características similares al perfil de viga I, que es extremadamente fuerte como es muy sabido por los expertos en la materia. Por lo tanto, los miembros de soporte 16 y 16' pueden hacerse de un material metálico de peso ligero adecuado sin riesgo de una falla estructural . La hoja de forro 26 se coloca a lo largo y se fija a la superficie 17 que soporta la tubería del miembro de soporte 16, para reducir la fricción entre la tubería 20 y el
miembro de soporte 16. El forro 26 también ayuda a crear una distribución continua de las fuerzas normales a lo largo de la superficie de la tubería 20. Una rueda guía 34 se instala de manera giratoria dentro de las protecciones de rueda opuestas 55 de las placas 3 y 4, respectivamente por el eje 59. Una porción cóncava 45 del borde interior 44 tiene una curvatura circular y su radio de curvatura es esencialmente igual a la de la tubería 20. Cuando ambos miembros de soporte 16 y 16' se encuentran en una posición que soporta la tubería, las porciones cóncavas 45 y 45' correspondientes, respectivamente trazan un semicírculo continuo . El aparato de elevación comprende también una unidad impulsora para aplicar una fuerza lineal al terreno que se encuentra por debajo del aparato de elevación en los modos de pre-elevación y elevación, como se describirá de aquí en adelante. En la siguiente descripción, la unidad impulsora se incorpora por un sistema hidráulico, pero se apreciará que puede emplearse cualquier otra unidad impulsora adecuada, tal como un motor lineal o un tornillo de bola impulsado por motor. El sistema hidráulico comprende el cilindro 22, en el cual se desplaza un pistón accionado hidráulicamente (no mostrado), alojado en el miembro de soporte 16. El cilindro
22 se proporciona con una entrada hidráulica (no mostrada) , a la cual una bomba hidráulica (no mostrada) suministra el fluido hidráulico a fin de accionar el pistón durante los modos de pre-elevación y elevación. El cilindro 22 se coloca de tal manera que su eje longitudinal se encuentra paralelo al borde exterior de los miembros de soporte 16. El extremo superior del cilindro 22 se conecta al bloque 38, el cual se une fijamente a las placas 3 y 4 mediante elementos de unión correspondientes 64. El pistón del cilindro 22 se conecta a la base 24 mediante la varilla 67. Las vigas verticales 14 y 14' tienen varillas horizontales 19 y 19' con los cuales respectivamente se embraga el miembro 25 que soporta la tensión, tal como un cable o una cadena, para facilitar la elevación de la tubería 20. El miembro que soporta la tensión 25 se extiende hasta una unión 32, que se captura por un brazo de soporte (no mostrado) para elevar el aparato de elevación 10 y colocarlo de manera apropiada. Tales procedimientos son convencionales y muy conocidos por el experto en la materia y por lo tanto no necesitan describirse en algún detalle adicional. Las Figuras 2-5 ilustran la operación del aparato de elevación 10 durante un modo descendente. Como se muestra en la Figura 2, el aparato 10 se coloca primero arriba de la tubería 20 de tal manera que la viga horizontal 12 se alinea ortogonalmente con el eje longitudinal de la tubería 20.
Como se muestra en la Figura 3, el aparato 10 se desciende mediante la fuerza de un brazo de soporte (no mostrado) hasta que las ruedas guia 34 y 34' hacen contacto inicial con la periferia de la tubería 20 en los puntos de contacto 71 y 71' respectivamente, sobre los lados opuestos de la línea central vertical 75 de la tubería 20. Durante el contacto con la periferia de la tubería 20, los miembros de soporte 16 y 16' giran hacia el exterior por medio de los pivotes 18 y 18' respectivamente. A medida que el aparato 10 se desciende adicionalmente , los miembros de soporte 16 y 16' continúan girando hacia el exterior hasta que las ruedas guía 34 y 34' hacen contacto con la periferia de la tubería en la línea central horizontal de la tubería. A medida que el aparato 10 se desciende adicionalmente, como se muestra en la Figura 4, las ruedas guía 34 y 34' ruedan a lo largo de la periferia de la tubería 20 hasta e.g., los puntos contacto 73 y 73' respectivamente, debajo de la línea central horizontal 76 de la tubería 20, dando como resultado el giro continuo hacia el interior de los miembros de soporte 16 y 16' . En la disposición de la Figura 4, el ángulo entre los bordes exteriores 42 y 42' de los miembros de soporte 16 y 16' , respectivamente, y la línea central vertical 75 de la tubería 20 es menor al de la Figura 3; sin embargo, el ángulo entre los bordes exteriores 42 y 42' de los miembros de soporte 16 y 16' , respectivamente, se incrementa a medida que los
miembros de soporte giran hacia el interior. El aparato de elevación 10 se desciende adicionalmente mientras las ruedas guia 34 y 34' ruedan a lo largo de la periferia de la tubería 20 hasta que los miembros de soporte 16 y 16' se encuentran en la posición que soporta la tubería, como se muestra en la Figura 5, de tal manera que el semicírculo trazado por las porciones cóncavas 45 y 45' (Figura 2) de los miembros de soporte 16 y 16' respectivamente, se encuentra concéntrico a la tubería 20. El empleo de las ruedas guía 34 y 34' durante un modo descendente por lo tanto, proporciona de manera ventajosa los miembros de soporte 16 y 16' de auto-colocación. Si así se desea, el aparato de elevación 10 puede proporcionarse sin ruedas guía 34 y 34'. Por consiguiente, los miembros de soporte 16 y 16' pueden girarse manualmente o por cualquier otro de los medios muy conocidos por los expertos en la materia, a medida que el aparato de elevación 10 se desciende a una posición que soporta la tubería. Los miembros de soporte 16 y 16' logran una posición que soporta la tubería cuando el semicírculo trazado por las porciones cóncavas 45 y 45' (Figura 2) de los miembros de soporte 16 y 16' , respectivamente, se encuentra concéntrico a la tubería 20 y las dos porciones cóncavas se encuentran lo suficientemente cerca de la periferia de la tubería 20 para aplicar una fuerza radial dirigida hacia el interior de la
misma . Antes de descender completamente el aparato 10, la tierra se retira de arriba y de los lados de la tubería 20 para formar la fosa 97. Se remueve una pequeña cantidad de tierra bajo la tubería para formar el lecho 93 de la fosa, por una profundidad y amplitud que permitirá que los conectores 28 sean capaces de adaptarse bajo la tubería 20. Una vez que los miembros de soporte 16 y 16' se encuentran en una posición de soporte de la tubería, los conectores 28 se deslizan bajo la tubería 20 para unir entre si los miembros de soporte 16 y 16' a través de un par correspondiente de pasadores 30 y 30' . Como se muestra en la Figura 5, cada conector 28 es angosto y alargado, extendiéndose entre los orificios 68 y 68' (Figura 2) de los miembros de soporte 16 y 16' , respectivamente, en cuyos pasadores 30 y 30' , respectivamente, se encuentran insertados cuando los miembros de soporte se encuentran en la posición que soporta la tubería. Cada conector 28 tiene un borde 33 inferior plano y es por lo tanto capaz de hacer contacto de manera estable con el lecho 93 de la fosa cuando se une con los miembros de soporte 16 y 16' . El borde superior 35 de un conector 28 es ligeramente cóncavo, para asegurar que no hará contacto con la tubería 20 si el conector 28 se flexiona y se desciende más de la porción cóncava de cada borde interior de placa. Un conector 28 también tiene bordes laterales 36 y
37. La Figura 5 ilustra el aparato de elevación 10 a medida que la tubería 20 se soporta por los miembros de soporte 16 y 16' , que se aseguran entre si por los conectores 28 fabricados de un material rígido y aún de peso ligero. Cuando los miembros de soporte 16 y 16' se encuentran en una posición que soporta la tubería como se muestra, las porciones cóncavas 45 y 45' (Figura 2) aplican una fuerza radial dirigida hacia el interior a la tubería 20. Debido a la configuración cóncava de los miembros de soporte 16 y 16' , la fuerza aplicada a la tubería 20 varía a lo largo de la longitud de las porciones cóncavas 45 y 45' . Cada segmento de las porciones cóncavas 45 y 45' aplica una fuerza en una dirección hacia el interior normal a la longitud circunferencial del segmento correspondiente, con el segmento de más arriba de las porciones cóncavas 45 y 45' aplicando una fuerza mínima de Fi y el segmento más inferior de las porciones cóncavas 45 y 45' aplicando una fuerza máxima de FM. Ya que las porciones cóncavas 45 y 45' subtienden un ángulo limitado de aproximadamente 65-75 grados, la porción 69 más inferior de la tubería 20 no se encuentra en contacto con los miembros de soporte y por lo tanto no pueden deformarse por esto. Sin embargo, la tubería 20 se soporta lo suficiente por los miembros de soporte 16 y 16' a medida que se eleva la tubería.
Durante el modo de pre-elevación, los pistones se accionan hasta que las bases 24 y 24' de los cilindros 22 y 22' (Figura 1) respectivamente, hacen contacto con el lecho de fosa (no mostrado), a horcajadas sobre la tubería 20. El eje de los cilindros 22 y 22' son generalmente verticales de forma substancial cuando los miembros de soporte 16 y 16' se encuentran en una posición que soporta la tubería y por lo tanto permanecen substancialmente verticales durante el modo de pre-elevación. A medida que los pistones continúan accionándose, las bases 24 y 24' se separan correspondientemente de la parte inferior de los cilindros 22 y 22' respectivamente, aplicando una mayor fuerza al terreno que se encuentra por debajo hasta que este se comprime a tal grado que las bases se inmovilizan. Ya que el peso de la tubería 20 se soporta completamente por los miembros de soporte 16 y 16' , así como por los cilindros 22 y 22' cuando las bases 24 y 24' se encuentran en contacto con el lecho de fosa, los conectores 28 generalmente no se encuentran bajo tensión como resultado del peso de la tubería 20 y como puede observarse en la Figura 5, aún no hacen contacto con la tubería 20. Por lo tanto, el aparato de elevación 10 puede proporcionarse sin ninguno de los contenedores 28; sin embargo, se emplean preferentemente uno o dos contenedores para evitar el giro de los miembros de soporte 16 y 16' .
El aparato 10 se balancea preferentemente de tal manera que el peso de la tubería 20 casi se lleva por completo por los miembros de soporte 16 y 16' , así como por los cilindros 22 y 22' durante el modo de pre-elevación, de manera que poca o ninguna fuerza se ejerce sobre los conectores 28. En consecuencia, es deseable que la porción del lecho de fosa que se sitúa sobre ambos lados de la tubería 20, sobre la cual se apoyan las bases 24 y 24', sea substancialmente plana y que el eje de los cilindros 22 y 22' se disponga esencialmente en forma vertical con respecto a las vigas verticales 14 y 14', respectivamente, asegurando mediante esto que no se encuentren presentes fuerzas no verticales. El aparato de elevación no obstante es operable si el lecho de fosa se encuentra inclinado a un cierto grado. Aún si el terreno del lecho de fosa que se encuentra por debajo de una de las base 24 y 24' se encontraran inclinadas, ocasionando que el cilindro correspondiente se incline y los miembros de soporte correspondientes giren sin la influencia de los conectores, los miembros de soporte 16 y 16' permanecerían en la posición que soporta la tubería debido a la influencia de los conectores 28 alargados delgados. Los conectores 28 relativamente rígidos son de una longitud fija y aunque experimentan considerable tensión cuando una de las bases se inclina, la distancia entre los pasadores 30 y 30' mediante los cuales se conectan los conectores a los miembros
de soporte 16 y 16' no cambia como resultado de la fuerza de tensión o de compresión substancialmente lineal transmitida desde los conectores hacia los miembros de soporte. La dirección de la fuerza transmitida desde los conectores hacia los miembros de soporte es independiente a la dirección del desplazamiento angular de la base cilindrica inclinada. La elevación de la tubería segura y libre de daño depende de la suficiente compresión del terreno que se encuentra por debajo del aparato de elevación a fin de aplicar una fuerza reactiva al elemento transmisor de fuerza de la unidad impulsora. La unidad de control ilustrada esquemáticamente en la Figura 6, se utiliza para verificar que el terreno que se encuentra por debajo del aparato de elevación se encuentra suficientemente comprimido para permitir el inicio del modo de elevación. Como se muestra en la Figura 6, la unidad de control 80 comprende dos unidades impulsoras 82 y 82' de fuerza lineal alojadas en un miembro de soporte correspondiente, los elementos transmisores de fuerza 84 y 84' que se e extienden y retraen linealmente con respecto a las unidades impulsoras 82 y 82' respectivamente, los accionadores 86 y 86' para accionar independientemente las unidades 82 y 82', respectivamente, los detectores 89 y 89' para determinar el desplazamiento axial de los elementos transmisores de fuerza 84 y 84', respectivamente, con
respecto al alojamiento de la unidad impulsora correspondiente y el controlador 90. El controlador 90 se encuentra en comunicación eléctrica con cada accionador y detector de desplazamiento axial y es capaz de determinar la magnitud de la fuerza que se genera por cada unidad impulsora y el desplazamiento axial de cada elemento de transmisión en respuesta a la fuerza impulsora generada correspondiente. Al finalizar el modo de descenso, los miembros de soporte se encuentran en una posición que soporta la tubería y el eje del eje de cada aojamiento de la unidad impulsora se encuentra en una disposición vertical. Los elementos transmisores de fuerza 84 y 84' se desplazan inicialmente de forma descendente durante el modo de pre-elevación por la misma fuerza impulsora, a medida que se detecta por los accionadores 86 y 86' y a la misma tasa, como se determinó por los detectores de desplazamiento axiales 89 y 89' hacia el lecho 93 de la fosa. El lecho 93 de la fosa ilustrada es sustancialmente plano; sin embargo, éste se forma con un escalón en la región 95 de tal manera que el terreno que se encuentra por debajo del elemento de transmisión 82 se encuentra por debajo del elemento de transmisión 82'. Consecuentemente, el elemento de transmisión 84' como se representa por las líneas sombreadas 84A' , hará contacto con el lecho 93 de la fosa antes que el elemento de transmisión 84, como se representa por líneas sombreadas 84A. El
elemento de transmisión 84, continuará desplazándose descendentemente hasta que alcanza la posición representada por las lineas sombreadas 84B en contacto con el lecho 93 de la fosa. El controlador 90 determina que el elemento de transmisión 84' hace contacto con el lecho 93 de la fosa por medio de la reducción en su desplazamiento axial. Cuando el elemento de transmisión 84' encuentra resistencia por el terreno subyacente, la tasa de su desplazamiento axial se disminuirá pronunciadamente mientras que la fuerza impulsora generada permanece substancialmente igual. La tasa de desplazamiento axial disminuye cuando el terreno subyacente se comprime y el elemento de transmisión 84' no tiene substancialmente un desplazamiento axial cuando el terreno subyacente se comprime esencialmente por completo. Cuando el controlador 90 determina que el terreno subyacente se encuentra completamente comprimido, se transmitirá un comando hacia el accionador 86' para terminar la operación de la unidad impulsora 82. La unidad impulsora 82 continuará operando hasta que el controlador 90 determine que el terreno subyacente al elemento de transmisión 84 se encuentra completamente comprimido. Consecuentemente, el modo de elevación iniciará a medida que el elemento de transmisión 84 se encuentra por debajo del elemento de transmisión 84' y el terreno que se encuentran por debajo los elementos de
transmisión 84 y 84' se comprime completamente y es capaz de aplicar una fuerza reactiva. El controlador 90 puede determinar que el terreno subyacente se comprime completamente por otros medios muy conocidos por los expertos en la materia, tal como mediante el uso de una celda cargada instalada sobre los elementos de transmisión. La Figura 7 ilustra el aparato de elevación 10 en un modo de elevación. Una vez que el terreno que se encuentran por debajo de los elementos de transmisión 84 y 84' se comprime completamente y los elementos de transmisión 84 y 84' se inmovilizan, el controlador 90 ordena a los accionadores de 86 y 86' (Figura 6) generan una fuerza impulsora dirigida descendentemente significativamente mayor a la fuerza impulsora que se genera durante el modo de pre-elevación y suficiente para elevar la tubería 20. Ya que el terreno subyacente proporciona una fuerza reactiva suficientemente elevada, la fuerza impulsora dirigida descendentemente produce una fuerza reactiva dirigida ascendentemente aplicada al alojamiento de la unidad impulsora correspondiente. Consecuentemente, los dos alojamientos de las unidades impulsoras se elevan verticalmente, junto con los miembros de soporte 16 y 16' conectados a las mismas, respectivamente, a la misma tasa y por la misma fuerza impulsora aún si los dos elementos de
transmisión se inmovilizan a diferentes alturas. La longitud visible de las varillas 87 y 87' que se conectan a los elementos de transmisión 84 y 84' respectivamente, y sobre los cuales los alojamientos de las unidades impulsoras, respectivamente, se desplazan de manera deslizable, desde los bordes inferiores rectos 48 y 48' de los miembros de soporte 16 y 16' , respectivamente, hasta los elementos de transmisión 84 y 84' respectivamente, se incrementan por lo tanto desde la Figura 7 hasta la Figura 5 después de la elevación del los miembros de soporte. Refiriéndose de nuevo a la Figura 6, la unidad de control 80 puede también comprende uno o más detectores de orientación 94 en comunicación con el controlador 90 para determinar si se balancea el aparato de elevación. Una vez que el detector de orientación 94 puede instalarse sobre la viga horizontal 12 (Figura 1) para determinar si se balancean los dos miembros de soporte conectados cinemáticamente a la viga 12. Alternativamente, un detector de orientación 94 puede instalarse sobre la parte superior de cada alojamiento de la unidad impulsora, o en cualquier otra ubicación conveniente de cada miembro de soporte, para determinar si los dos miembros de soporte se encuentran en una mutua disposición simétricamente. La determinación de si el aparato de elevación se balancea tiene un beneficio durante cada uno de los modos
descendente, de pre-elevación y de elevación. Primero, la determinación del grado de simetría de cada alojamiento de la unidad impulsora tiene relación con la capacidad del aparato de elevación para operar con seguridad en el modo de elevación. Los elementos de transmisión 84 y 84' son capaces generalmente de aplanarse y comprimir terreno desigual a medida que se descienden durante el modo de pre-elevación. Sin embargo, si el lecho de la fosa 94 se hace de roca dura u otro material no comprimible tal como concreto, los elementos de transmisión 84 y 84' se forzarían a inclinarse. Cuando los dos elementos de transmisión se inclinan por un desplazamiento angular diferente, los conectores 28 se tensan a fin de retener los miembros de soporte 16 y 16' en una posición que soporta la tubería. Si los dos elementos de transmisión se inclinan por una diferencia angular mayor al valor predeterminado, los conectores 28 pueden tensarse en exceso, dando como resultado la falla estructural subsecuente de los mismos lo cual reduciría la seguridad de la tubería 20 durante el modo de elevación. Para evitar la tensión excesiva de los conectores 28, los detectores de orientación 94 pueden utilizarse para indicar si la diferencia angular de los dos elementos de transmisión es mayor al valor predeterminado. Cuando el controlador 90 determina que la diferencia angular de los dos elementos de transmisión es mayor al valor predeterminado, a los accionadores 86 y 86' se
les ordena terminar la operación de las unidades impulsoras, para evitar la elevación de la tubería 20 y el aparato de elevación con los conectores 28. La determinación de si el aparato de elevación se balancea, también tiene importancia en los modos descendente y de pre-elevación . Si el aparato de elevación no se balancea completamente durante el modo descendente, los miembros de soporte no lograrían una posición que soporte la tubería y los elementos de transmisión harían invariablemente contacto con el lecho de la fosa en un ángulo durante el modo de pre-elevación. Los detectores de orientación 94 pueden utilizarse para asegurar el adecuado balance del aparato de elevación 10 durante el modo descendente. Si el controlador 90 determina que el aparato de elevación no se balancea adecuadamente, una alerta, e.g., una alerta audible o una alerta visible se transmitirá al operador para ajustar la disposición del aparato de elevación. Alternativamente, el controlador 90 puede transmitir una señal hacia el accionador del brazo de soporte (no mostrado) para ajustar automáticamente la disposición de la unión 32 (Figura 1) hasta que el aparato de elevación 10 logre el adecuado balance, según se detecte por los detectores de orientación 9 . Los detectores de orientación 94 pueden utilizarse para asegurar el adecuado balance del aparato de elevación 10
durante el modo de pre-elevación . Aunque es deseable que el eje longitudinal de cada alojamiento de la unidad impulsora se encuentre substancialmente paralelo al borde exterior del miembro de soporte correspondiente y que cada alojamiento de la unidad impulsora se cargue por esencialmente el 50% del peso de la tubería no transmitido a los miembros de soporte 16 y 16' cuando los elementos de transmisión 84 y 84' hacen contacto con el lecho de la fosa 93, el balance inadecuado del aparato de elevación daría como resultado una diferente distribución de la carga de la tubería sobre los miembros de soporte y en la inclinación de los elementos de transmisión con respecto al lecho de la fosa. Para balancear el aparato de elevación 10 en el modo de pre-elevación, uno de lo elementos de transmisión se desciende sobre el terreno que se encuentra por debajo hasta que se inmoviliza mientras el segundo elemento de transmisión se encuentra en contacto con el terreno que se encuentra por debajo sin inmovilizarse. El controlador 90 (Figura 6) regula entonces la fuerza impulsora generada por la unidad impulsora correspondiente al elemento de transmisión inmovilizado de tal manera que el alojamiento de la unidad impulsora correspondiente se desplazará verticalmente de forma incrementada a lo largo de la varilla 87 y 87' correspondiente (Figura 7). Ya que el segundo elemento de transmisión no se inmoviliza, el desplazamiento vertical de solo un alojamiento de la unidad impulsora
ocasionará que ambos miembros de soporte 16 y 16' giren en tal forma de tal manera que lograrán la posición que soporta la tubería. Puede llevarse a cabo una operación de mantenimiento sobre la periferia de la tubería 20 después que termina el modo de elevación. Para regresar la tubería 20 al lecho de la fosa después de la operación de mantenimiento, se invierte el procedimiento. Es decir, durante el modo descendente, se reduce la fuerza impulsora dirigida de manera descendente, hasta que los dos alojamientos ¦ de la unidad impulsora, junto con los miembros de soporte correspondientes 16 y 16' se descienden hasta que los conectores 28 se encuentran sustancialmente en contacto con el lecho de la fosa 93. En un modo de pre-elevación, los elementos de transmisión 84 y 84' se separan del lecho de la fosa 93. De aquí en adelante en un modo de elevación, los miembros de soporte 16 y 16' se giran adecuadamente mientras que el aparato 10 se eleva por el brazo de soporte (no mostrado) arriba de la tubería 20. La fosa 97 se rellena entonces con tierra. Aunque se ha descrito solo una modalidad de la invención a manera de ilustración, se entenderá que la invención puede llevarse a cabo en la práctica con muchas modificaciones, variaciones y adaptaciones, sin apartarse de su espíritu o exceder el alcance de las reivindicaciones.