BR0209070B1 - elemento de reforço para uma estrutura tipo placa de orifìcios para formar fibras de um material fluido a uma temperatura elevada em um conjunto de bucha, conjunto de bucha para uso na formação de uma pluralidade de fibras, e método para reforçar a dita estrutura tipo placa de orifìcios. - Google Patents

Description

"ELEMENTO DE REFORÇO PARA UMA ESTRUTURA TIPO PLACADE ORIFÍCIOS PARA FORMAR FIBRAS DE UM MATERIAL FLUIDO A UMATEMPERATURA ELEVADA EM UM CONJUNTO DE BUCHA, CONJUNTO DEBUCHA PARA USO NA FORMAÇÃO E UMA PLURALIDADE DE FIBRAS, EMÉTODO PARA REFORÇAR A DITA ESTRUTURA TIPO PLACA DE ORIFÍCIOS"

CAMPO TÉCNICO E INDUSTRIAL

Aplicabilidade da Invenção

A presente invenção refere-se em geral a buchaspara formar fibras a partir de um material fluido, tal comovidro a uma temperatura elevada e, mais particularmente, auma maneira aperfeiçoada de reforçar uma placa de bico parabucha para estender a vida útil das mesmas.

Fundamentos da Invenção

Vários tipos de buchas ou conjuntos de buchas paraformar fibras ou filamentos a partir de um material fluido,tal como vidro a uma temperatura elevada, são conhecidos natécnica. Usualmente, a bucha ou conjunto de buchas inclui umcorpo de bucha retangular tendo paredes laterais e paredesterminais. Juntas, as paredes laterais e terminais servemcomo uma armação para suportar ou transportar uma ou maisestruturas tipo placa freqüentemente alongada, tipicamenteformadas de platina ou ligas da mesma, tendo uma pluralidadede pequenos orifícios ou "bicos". Estes bicos recebem o ma-terial fundido quando passa através do corpo de bucha a par-tir de uma fonte a jusante, tal como um antecrisol. Para au-xiliar a manter o material em um estado fundido à medida queo mesmo entra e passa através destes bicos, as placas sãoaquecidas, usualmente acoplando-os eletricamente a uma fontede alta corrente, tal como um transformador. Quando corren-tes de material de vidro fundido sai dos bicos, são mecani-camente estiradas para formar fibras contínuas que são enro-ladas em mandris ou urdidores ou diretamente cortadas paraprocessamento e uso posterior. Uma descrição detalhada doaparelho básico e metodologia usada é encontrada nas Paten-tes U.S. N°. 5.709.727 para Bobba e 3.920.430 para Carey,cedidas ao mesmo cessionário, as descrições das quais sãoincorporada aqui por referência.

Para aperfeiçoar a saída e eficiência da operaçãode formação de fibra total, é desejável maximizar o númerode fibras criadas pela placa de bico. Para fazer assim, umaplaca de bico pode em teoria ser feita infinitamente grandeem ambas as dimensões de largura e comprimento. No entanto,surgem vários problemas bem reconhecidos, especialmentequando a dimensão de largura de uma placa de bico é signifi-cantemente aumentada com relação à dimensão de comprimento.

Talvez o problema mais predominante resultante doaumento das dimensões da placa de bico e, em particular, dadimensão de largura, ao grau necessário para realizar um au-mento significante em saída de fibra seja uma redução abrup-ta na vida útil. A placa de bico é normalmente retangular emvista em planta superior, com suas quatro bordas lateraissoldadas diretamente nas paredes laterais e terminais opos-tas do corpo de bucha retangular. Quando a dimensão de lar-gura da placa de bico aumenta com relação à dimensão de com-primento, a placa atua essencialmente como uma trave simplessuportada nas paredes laterais e terminais, com nenhum su-porte direto no "meio" (isto é, a parte mais distante dasparedes laterais e terminais do corpo de bucha corresponden-te). Tensões de curvatura significantes que atuam na placade bico como resultado de contato prolongado com o materialfundido pesado com o tempo resulta em arqueamento devido àdeformação plástica dependente do tempo, ou deformação. Estearqueamento é nocivo primeiramente porque resulta em distri-buição térmica não uniforme e na produção concomitante defibras tendo diâmetros substancialmente diferentes atravésda placa de bico. Isto é, os extremos em temperatura fazemalguns bicos de bucha se tornarem muito frios para atenuaruma fibra e outros são quentes o bastante para causar umainstabilidade de formação. Ambos os casos causam rompimentode fibra e perda em eficiência de conversão.

Reduzir a dimensão de largura da placa é portantodesejável para diminuir os efeitos de deformação e aumentara vida útil. No entanto, esta modificação é uma redução in-desejável na saída e um aumento concomitante em custo quandosomente uma única placa de bico de largura estreita é usada.Também, depois de uso prolongado, mesmo uma única placa debico de largura estreita eventualmente sofre de arqueamentoinduzido por deformação, saída de fibra não uniforme, e ta-xas de ruptura de fibra crescente.

Em um esforço para aumentar a vida útil de umaplaca de bico de bucha para superar este problema e outros,o Cessionário presente no passado empregou elementos de re-forço formados de platina ou uma liga de platina, denomina-das "chapas de reforço". Estas chapas de reforço usualmentese estendem no sentido da largura através da superfície su-perior da placa de bico (isto é, entre as paredes lateraisdo corpo de bucha) em intervalos espaçados, e tipicamentepossuem uma seção transversal que corresponde em formato aum "T" ou "L" invertido. Em uso, a "perna" pendente, formadapela alma de cada chapa de reforço, é presa diretamente nasuperfície superior da placa de bico, tal como por solda alaser ou a gás inerte de tungstênio (TIG).

Enquanto estas chapas de reforço servem para es-tender a vida útil da placa de bico, incluindo mesmo no casode largura estreita, o grau de benefício ganho é um poucolimitado. Em particular, as chapas de reforço tendo uma se-ção transversal em formato de T ou em formato de L invertidosão também suscetíveis ao arqueamento devido a tensões decurvatura e deformação como a placa de bico subjacente. Istoé porque a chapa de reforço, enquanto fornece alguma resis-tência de reforço, também se comporta como uma trave sim-pies, e assim experimenta a deflexão máxima no ponto médiode envergadura como em uma placa de bico não suportada. Emoutras palavras, a despeito do reforço, a tensão máxima oude pico, e portanto, o arqueamento máximo ou de pico, aindaocorre no meio da placa de bico para longe das paredes Iate-rais e terminais. Conseqüentemente, é identificada uma ne-cessidade de uma maneira aperfeiçoada de placas de bico dereforço, incluindo aqueles projetos de bucha existentes (comou sem chapas de reforço) com o propósito adicional de es-tender sua vida útil.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, éfornecido um elemento de reforço para um conjunto de buchatendo uma estrutura tipo placa incluindo uma pluralidade deorifícios para formar fibras a partir de um material fluido.O elemento compreende um corpo incluindo uma primeira partepara encaixar na estrutura e uma segunda parte tendo um per-fil com uma altura variável incluindo pelo menos um ápice. Operfil de altura variável e pelo menos um ápice do corpoajuda a reforçar a estrutura tipo placa contra arqueamento eestender a vida útil da mesma sem uso de liga indevido,

Em uma modalidade, o elemento de reforço é compre-endido de uma peça única de material, com o corpo incluindoas primeira e segunda partes tendo uma seção transversal emformato de L invertido, em formato de T, ou formato de F. Operfil da segunda parte do corpo pode ter um perfil em for-mato de V invertido, em formato de W invertido, ou arqueado.De preferência, o corpo possui um comprimento incluindo umponto médio, com pelo menos um ápice localizado substancial-mente no ponto médio. 0 ponto médio pode também ser o pontomédio entre as paredes laterais espaçadas ou pontos de su-porte externos do conjunto de bucha no qual uma primeira euma segunda extremidade do corpo são presos.

Em outras modalidades, o corpo compreende um pri-meiro elemento definindo a primeira parte para encaixe naestrutura e um segundo elemento acoplado ao primeiro elemen-to, definindo a segunda parte e tendo o perfil de altura va-riável com pelo menos um ápice. O primeiro elemento pode terum formato de T ou um formato de L invertido em seção trans-versal. Igualmente, o segundo elemento pode ter um formatode T ou um formato de L invertido em seção transversal, epode ser formado por uma ou mais partes componentes. Adicio-nalmente, a segunda parte pode ter um perfil arqueado, umperfil em formato de V invertido, ou um perfil em formato deW invertido, cada um incluindo pelo menos um ápice. De pre-ferência, o segundo elemento inclui uma alma tendo uma ex-tremidade que é soldada diretamente em uma superfície supe-rior do primeiro elemento, e opcionalmente pode ter um per-fil que define dois ou mais ápices. Em qualquer uma das mo-dalidades, tanto a primeira quanto a segunda parte do corpopodem incluir uma pluralidade de aberturas estrategicamenteposicionadas. Estas aberturas servem para reduzir a quanti-dade de material exigida para fabricar o elemento de reforçosem comprometer a resistência do mesmo.

De acordo com um segundo aspecto da presente in-venção, um conjunto de bucha para uso na formação de umapluralidade de fibras de um material fluido em uma tempera-tura elevada é descrita. O conjunto compreende uma estruturatendo uma pluralidade de orifícios através dos quais o mate-rial fluido passa para formar as fibras e pelo menos um ele-mento de reforço. Este elemento compreende uma primeira par-te para encaixe na estrutura e uma segunda parte tendo umperfil com uma altura variável incluindo pelo menos um ápi-ce. A altura variável do elemento de reforço incluindo pelomenos um ápice melhora a capacidade da estrutura para resis-tir ao arqueamento e estende a vida útil do mesmo enquantominimiza a quantidade de metal precioso usado para reforço.

A estrutura de formação de fibra é tipicamentecomo placa, com dimensões de largura e comprimento diferen-tes para formar um formato retangular. Em uma modalidade,pelo menos um elemento de reforço se estende ao longo de umadimensão de largura da placa, e de preferência uma plurali-dade de elementos de reforço espaçados e independentes seestendem na direção de largura ao longo da estrutura do tipoplaca. A estrutura de formação de fibra também possui umasuperfície superior (o material de vidro fundido contataesta superfície) na qual a primeira parte de cada elementode reforço pode ser soldada. Cada elemento de reforço podeser fabricado tanto de uma peça única de material quanto depelo menos duas peças de material presas juntas, tal comosoldando.

De acordo com um terceiro aspecto da presente in-venção, uma parte de elemento de reforço para uso em um con-junto de bucha tendo uma placa de bico de formação de fibraincluindo pelo menos uma chapa de reforço existente é forne-cida. A parte de elemento de reforço compreende um corpopara encaixe na chapa de reforço e tendo um perfil com umaaltura variável incluindo pelo menos um ápice. A altura va-riável e pelo menos um ápice da parte de elemento de reforçoajuda a reforçar a chapa de reforço e, portanto, pelo menosa parte adjacente da placa de bico, contra arqueamento, queestende a vida útil do mesmo enquanto minimiza a quantidadede metal precioso usado para reforço.

Em uma modalidade, a chapa de reforço possui umasuperfície superior substancialmente planar e o corpo daparte de elemento de reforço inclui uma alma tendo uma pri-meira extremidade que é soldada na superfície superior dachapa de reforço. O corpo pode ter uma seção transversal emformato de T ou em formato de L invertido, e o perfil docorpo pode ser selecionado de um perfil arqueado, um perfilem formato de V invertido ou um perfil em formato de W in-vertido.

De acordo com um quarto aspecto da presente inven-ção, um método para reforçar uma estrutura capaz de formarfibras a partir de um material fluido fornecido para uma bu-cha é descrito. 0 método compreende as etapas de prenderpelo menos um elemento de reforço em uma estrutura, o ditoelemento de reforço compreendendo uma primeira parte paraencaixe na estrutura e uma segunda parte tendo um perfil comuma altura variável incluindo pelo menos um ápice. A alturavariável do elemento de reforço incluindo pelo menos um ápi-ce melhora a resistência da estrutura a tensões de curvaturae estende a vida útil do mesmo enquanto minimiza a quantida-de de metal precioso usado para reforço.

Em uma modalidade, a etapa de prender compreendeprender uma pluralidade de elementos de reforço independen-tes na estrutura em uma relação espaçada. O elemento de re-forço pode compreender um primeiro elemento definindo a pri-meira parte e um segundo elemento definindo a segunda parte,em cujo caso a etapa de prender compreende prender o primei-ro elemento à estrutura, e prender o segundo elemento aoprimeiro elemento. A estrutura de formação de fibra podeadicionalmente compreender uma placa de bico incluindo pelomenos uma chapa de reforço existente, em cujo caso o ditométodo adicionalmente inclui a etapa de encaixar a segundaparte do elemento de reforço na chapa de reforço. A segundaparte do elemento de reforço ajuda assim a impedir a chapade reforço e a placa de bico de arquear como resultado detensões de curvatura e deformação.

De acordo com um quinto aspecto da presente inven-ção, um elemento de reforço para uso em um conjunto de buchapara formar fibras a partir de um material fluido em umatemperatura elevada é fornecido. 0 conjunto de bucha incluiuma placa de bico de bucha tendo uma superfície superior euma pluralidade de orifícios de formação de fibra estrategi-camente posicionados. 0 elemento de reforço compreende umcorpo tendo uma parte inferior que inclui uma alma para en-caixe na superfície superior da placa de bico de bucha e umaparte superior integralmente formada com a parte inferior. Aparte superior possui um perfil formatado para resistir auma tensão de curvatura criada parcialmente pelo peso do ma-terial e uma deformação criada parcialmente pela temperaturaelevada do material com o tempo em combinação com a tensãode curvatura, e incluindo pelo menos um ápice. O perfil dealtura variável do corpo incluindo pelo menos um ápice me-lhora a resistência da placa de bico de bucha para arquea-mento e desse modo estende substancialmente a vida útil domesmo enquanto minimiza a quantidade de metal precioso usadopara reforço.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 ilustra esquematicamente um exemplo deuma disposição da técnica anterior para reforçar uma placade bico para formar fibras a partir de um material fluido auma temperatura elevada, tal como vidro, usando uma plurali-dade de chapas de reforço em formato de T tendo uma superfí-cie superior substancialmente planar que cria um perfil re-tangular;

a Figura 2 demonstra a maneira na qual as chapasde reforço em formato de T da Figura 1 curvam ou arqueiamcom o tempo, primeiramente como resultado da deformação in-duzida pelas tensões de curvatura criadas pelo contato pro-longado com vidro a uma temperatura elevada durante o pro-cesso de formação de fibra;

a Figura 3a ilustra uma vista em perspectiva mos-trando um par de elementos de reforço aperfeiçoados, inclu-indo uma primeira parte para encaixe na placa de bico e umasegunda parte superior incluindo um perfil tendo uma alturavariável com um ápice localizado no ponto médio entre as pa-redes laterais, onde o elemento de reforço reduz a incidên-cia de arqueamento induzido por deformação e estende a vidaútil da placa de bico;

a Figura 3b ilustra uma vista em perspectiva mos-trando uma modalidade alternativa de um par de elementos dereforço aperfeiçoados para reduzir a incidência de arquea-mento induzido por deformação e estendendo a vida útil daplaca de bico, com o ápice sendo localizado em um ponto di-ferente do ponto médio tomado ao longo do comprimento docorpo do elemento de reforço;

a Figura 4a ilustra uma vista em elevação, parci-almente em corte transversal, parcialmente recortada tomadade uma extremidade dos elementos de reforço da Figura 3a ou Fi-gura 3b;a Figura 4b ilustra uma vista completamente emcorte transversal, parcialmente recortada do elemento de re-forço da Figura 4a, tomada no ápice do mesmo;

a Figura 5a ilustra uma modalidade de um elementode reforço formado de pelo menos uma peça de material, eadicionalmente incluindo uma pluralidade de aberturas estra-tegicamente posicionadas para reduzir a quantidade de mate-rial usado na formação do elemento de reforço sem comprome-ter significantemente a resistência do mesmo;

a Figura 5b ilustra uma vista tomada ao longo dalinha 5b-5b;

a Figura 6a ilustra uma vista terminal parcialmen-te em seção transversal parcialmente recortada de uma moda-lidade, onde o elemento de reforço inclui uma parte inferiortendo uma seção transversal em formato de L;

a Figura 6b ilustra uma vista completamente emcorte transversal parcialmente recortada de uma modalidade,onde o elemento de reforço compreende separar os primeiro esegundo elementos presos juntos, tal como por solda, comcada elemento tendo uma seção transversal em formato de L;

a Figura 7a ilustra urria vista terminal completa-mente em corte transversal parcialmente recortada, onde oelemento de reforço inclui um corpo tendo uma primeira parteou inferior em formato de T em corte transversal e uma se-gunda parte ou superior tendo uma altura variável que incluium ápice, com o corpo sendo fabricado de uma única peça dematerial, tal como por estampagem, forjamento, ou similar;a Figura 7b ilustra uma vista terminal completa-mente em corte transversal parcialmente recortada de uma mo-dalidade, onde o elemento de reforço inclui um corpo tendouma seção transversal em formato de L e tendo uma altura va-riável incluindo um ápice, com o corpo sendo fabricado apartir de uma única peça de material, tal como por estampa-gem, forjamento, ou similar;

a Figura 8 ilustra uma vista lateral parcialmenterecortada de uma parte de um corpo de bucha incluindo umaplaca de bico com um elemento de reforço que compreende umcorpo com um perfil arqueado tendo uma altura variável e umúnico ápice;

a Figura 9 ilustra uma vista similar à Figura 8,mas com a segunda parte do corpo do elemento de reforço ten-do uma altura que aumenta substancialmente linear de cadaextremidade do mesmo para criar um perfil em formato de Vinvertido; e

a Figura 10 ilustra uma vista similar às Figuras 8e 9, mas com a segunda parte do corpo do elemento de reforçoincluindo dois ápices para criar um perfil em formato de Winvertido para uma bucha de duas placas de bico.

DESCRIÇÃO DE DETALHES E MODALIDADES DIFERENTES DAINVENÇÃO

Primeiro é feita referência à Figura 1, que é umailustração esquemática de uma parte de uma estrutura de for-mação de fibra da técnica anterior, onde uma pluralidade dechapa de reforço Gi, G2 são fixadas à superfície superior Sude uma placa de bico T (ilustrada em tracejado). A placa debico T é formada de platina, ligas da mesma ou material se-melhante, e inclui entre 10 e 100 bicos pequenos ou orifí-cios em O através dos quais material fundido, tal como vi-dro, passa (ver, por exemplo, as Figuras 4a e 4b). O mate-rial fundido contata a superfície superior Su da placa debico T antes de passar através dos orifícios O para ser es-tirado em fibras. As chapas de reforço G1 e G2 são formadasde platina, ligas da mesma, ou material semelhante. Como éconhecido na técnica, a corrente elétrica é tipicamente for-necida na placa de bico T a partir de uma fonte de energia,tal como um transformador, para criar aquecimento resistivo.Este aquecimento ajuda a manter o vidro ou outro material emum estado fundido quando passa através dos orifícios O oubicos na placa T. Como notado acima, uma descrição mais de-talhada do processo total é encontrada nas patentes Λ727 deBobba e M30 de Carey cedidas ao mesmo cessionário, incorpo-radas aqui por referência.

A placa de bico T é suportada em um corpo de bucha(não ilustrado) tendo paredes laterais e paredes terminais.Juntas, as paredes laterais e terminais servem como uma ar-mação para suportar ou carregar a placa de bico T.

Com o tempo, as tensões de curvatura criadas porgravidade, a tensão da fibra e o peso do vidro fundido e atemperatura elevada concomitante fazem a placa de bico T ar-quear, primeiramente na parte "média" (isto é, a parte loca-lizada mais afastada das paredes laterais e terminais docorpo de bucha correspondente). É bem conhecido que este ar-queamento reduz a eficiência da placa de bico T, uma vez queresulta em uma distribuição térmica não uniforme e, portan-to, a criação de fibras de diâmetros não uniformes devido àtransferência de calor irregular para aletas de refrigera-ção. A produção de fibras de diâmetros não uniformes é inde-sejável, e é usualmente o fator primário que necessita reti-rar a placa de bico T de serviço e substituí-la por uma novaou recondicionada.

Enquanto as chapas de reforço, em formato de T Gi,G2 são inicialmente capazes de resistir a tensões de curva-tura, a deformação causa um esforço dependente do tempo queproduz uma deflexão. Como as chapas de reforço em formato deT Gx, G2 são simples traves prismáticas, isto é, de seçãotransversal constante, a deflexão máxima deve ocorrer noponto médio de envergadura sob carregamento uniforme. Por-tanto, como ilustrado na Figura 2, as chapas de reforço Gi,G2 eventualmente se curvam ou arqueiam com a placa de bico T(note o numerai de referência S que designa o arqueamento nadimensão vertical mostrada para propósitos de ilustração).

Em um esforço para combater este arqueamento, apresente invenção inclui um elemento de reforço aperfeiçoado10, que pode tanto ser usado no lugar da(s) chapa(s) de re-forço convencional ou pode ser formado prendendo ou encai-xando um elemento de resistência separado em uma chapa dereforço convencional. As Figuras 3a e 3b ilustram uma placade bico T em tracejado incluindo uma pluralidade de elemen-tos de reforço espaçados 10a, IOb que estão na última cate-goria, e construída de acordo com uma modalidade possível dapresente invenção. Embora somente dois elementos de reforço10a, IOb sejam mostrados, deve ser apreciado que mais ou me-nos podem ser fornecidos, dependendo das dimensões da placade bico T e outros aspectos da aplicação particular.

Especificamente, como talvez melhor ilustrado vi-sualizando as Figuras 4a e 4b junto com a Figura 3a, cada umda pluralidade de elementos de reforço 10a, IOb inclui umcorpo tendo uma primeira parte inferior 12. Como deve serapreciado a partir da discussão precedente, esta parte 12pode compreender uma chapa de reforço convencional já aco-piada na placa de bico T, ou pode formar parte (isto é, aparte inferior) de um elemento de reforço completo não aco-plado 10 que pretende ser preso diretamente na superfíciesuperior planar de uma placa de bico T em várias localiza-ções estratégicas.

A parte inferior 12 na modalidade ilustrada possuiuma seção transversal em formato de T incluindo: (1) umaalma relativamente fina 14 tendo uma extremidade inferior,ao longo da qual a solda W ou outra ligação, tal como umajunta mecânica, prendendo o elemento de reforço 10a ou 10bna placa de bico T entre as fileiras adjacentes de orifícios

0 é formado; e (2) um elemento transverso 16 na extremidadeoposta da alma 14 criando uma superfície superior substanci-almente planar e definindo pelo menos um, de preferência umpar de flanges opostos 18a, 18b. Alternativamente, a parteinferior 12 pode ser formada por uma única peça de materialem formato de T fabricado usando estampagem, extrusão, for-jamento, ou outras técnicas, mas isto pode aumentar a despe-sa. No momento presente, a maneira menos dispendiosa, e as-sim, preferida para formar o elemento de reforço IOa ou IObé prender o elemento transverso 16 diretamente na alma 14,tal como por laser ou solda TIG (note as soldas W na modali-dade ilustrada nas Figuras 4a e 4b) . A parte inferior 12 éde preferência formada de platina, ligas da mesma ou um ma-terial semelhante.

Os elementos de reforço 10a, 10b adicionalmenteincluem uma parte superior 20, também possuindo uma seçãotransversal em formato de T incluindo uma alma 22 e um ele-mento transverso 24. Este elemento transverso 24 cria assimpelo menos um, e de preferência um par de flanges opostos26a, 26b que definem uma superfície superior US (ver Figura4a) . Como com a parte inferior 12, estes flanges 26a, 26bpodem ser criados usando uma peça separada de material sol-dada ou de outro modo ligada na extremidade superior da alma22. No entanto, o uso de uma única peça de material paraformar a parte superior 20 é também possível, tal como umaconstruída usando técnicas conhecidas de estampagem ou for-jamento. Nesta modalidade particular, e como talvez melhorilustrado na Figura 4a, a extremidade inferior da alma 22 daparte superior 20 pode ser fixada na superfície superior doelemento transverso 16 da parte inferior 12, tal como porsolda ou qualquer outro dispositivo para formar uma ligaçãosegura, permanente ou semi-permanente. A parte superior 20 éformada de preferência do mesmo material usado para formar aparte inferior 12, cujos materiais são especificados acima.

A parte superior 20 de cada elemento de reforço10a ou 10b inclui um perfil com uma altura variável que for-ma pelo menos um ápice A. Assim, na modalidade da Figura 3a,a inclinação ou altura da extremidade superior 22a da alma22 aumenta linearmente a partir de cada extremidade do ele-mento de reforço IOa ou 10b, tal que o ápice A é posicionadosubstancialmente no ponto médio M ao longo do comprimento domesmo (que pode também coincidir com o ponto médio entre asparedes laterais do corpo de bucha (não ilustrado, mas ver,por exemplo, as Figuras 8-10)). Adicionalmente, a alma 22,na modalidade ilustrada, possui partes laterais em formatotriangular 22b e 22c, ver Figuras 3a e 4b. O elemento trans-verso 24 (ou elementos) também ajudam a definir este perfil.

O resultado final desta disposição é que, em ter-mos de suscetibilidade a tensão de curvatura e deformação, aresistência máxima ou de pico à curvatura é teoricamentefornecida no ponto médio M, que é a localização precisa ondeo arqueamento é tipicamente o maior. Também, nesta modalida-de particular, o peso adicionado é mantido em um mínimo en-quanto ainda fornece o grau desejado de reforço fornecendo aparte superior 2 0 com uma seção transversal em formato de T,quando oposto a usar simplesmente um bloco sólido de materi-al. Formando também cada elemento de reforço 10a ou 10b apartir de peças separadas de material seqüencialmente solda-das juntas, o custo total exigido para implementar esta dis-posição pode ser minimizado. Este modo de construção podetambém permitir que os elementos de reforço 10a ou 10b sejamfacilmente retroencaixados nas placas de bico T já em servi-ço tendo chapas de reforço existente (em cujo caso somente aparte superior 20 da modalidade ilustrada nas Figuras 3a, 4ae 4b precisa ser fornecida).

Na modalidade da Figura 3b, o perfil da parte su-perior 20, incluindo o elemento(s) transverso 24, varia emaltura e inclui pelo menos um ápice A. No entanto, a alma 22é assimétrica, com cada lado tendo uma inclinação diferente.Como resultado, o ápice A não se encontra no ponto médio M(note linhas verticais tracejadas) entre as extremidades daparte inferior 12 do elemento de reforço 10a, 10b (ou as pa-redes laterais do corpo de bucha, no caso onde as extremida-des da parte inferior 12 do elemento de reforço são coexten-sivas com o mesmo) . Esta disposição ou qualquer variação damesma pode ser útil em situações especiais, onde a localiza-ção da tensão de curvatura máxima através da placa de bico Tnão está necessariamente no ponto médio M ou outros critéri-os de projeto impedem colocar o ápice no ponto médio. Nestassituações, a localização aproximada para colocar o ápice Apode ser empiricamente determinada ou prevista usando técni-cas analíticas bem conhecidas ou outras técnicas de modela-gem, tal como análise de elemento finito.

A Figura 5a ilustra uma vista lateral e a Figura5b ilustra uma vista em corte transversal de outra modalida-de de um elemento de reforço 110. Nesta modalidade, as par-tes inferior e superior 112, 120 são definidas por uma peçaúnica de material tendo uma seção transversal em formato deT, mas pode ser definida por duas peças separadas de materi-al. Mais especificamente, a parte inferior 112 é definidapor uma parte inferior 114a de uma alma única verticalmenteorientada 114. A extremidade mais inferior desta alma 114 éfixada na superfície da placa de bico T, tal como por solda,entre as fileiras adjacentes de orifícios 0 se estendendo aolongo da largura do mesmo.

A parte superior 120 do elemento de reforço 110inclui uma parte superior 114b da alma 114, bem como pelomenos um elemento transverso 124 fixado na extremidade supe-rior do mesmo. 0 elemento transverso 124 define pelo menosum, e de preferência um par de flanges opostos 12 6a, 12 6b.

Como com as modalidades descritas acima, os flanges 126a,12 6b podem ser em vez disto separadamente fixados, tal comopor solda ou outra ligação permanente ou semi-permanente(ver Figura 5a). A parte superior 12 0 do elemento de reforço110, incluindo o elemento(s) transverso 124 e a parte dealma superior 114b, também possui uma altura variável quandovista em perfil para definir pelo menos um ápice A. Como coma modalidade na Figura 3a, o ápice A é ilustrado como estan-do localizada substancialmente no ponto médio M entre as ex-tremidades do elemento de reforço 110. Posicionando o ápice

A nesta localização, que está tipicamente onde a tensão decurvatura máxima é criada, a capacidade da parte correspon-dente da placa de bico T de resistir ao arqueamento é enor-memente melhorada, que por sua vez estende a vida útil. Comonotado acima, deve ser apreciado que a modalidade ilustradana Figura 5a poderia também ser construída tal que o ápice A(ou múltiplos ápices; ver, por exemplo, a Figura 10) não co-incide com o ponto médio M. Esta disposição pode ser útil emcasos onde a tensão ou curvatura máxima poderia não estar noponto médio M ou outros critérios de projeto impedem colocaro ápice no ponto médio de envergadura.

A Figura 5a também demonstra uma maneira na qualas aberturas 130 podem também ser fornecidas no elemento dereforço 110, tal como na alma 124. Estas aberturas 130 redu-zem a quantidade total de material exigido durante a fabri-cação, e assim reduzem o custo e a contribuição de peso decada elemento de reforço 110. No entanto, as aberturas 130são dimensionadas e estrategicamente posicionadas tal quenão resulta em redução significante na resistência a tensõesde curvatura ou arqueamento. No exemplo mostrado, três detais aberturas 130 são fornecidas, mas menos ou mais podemser fornecidas. Também, enquanto aberturas circulares 130são mostradas para propósitos de ilustração, deve ser apre-ciado que qualquer formato pode ser usado, enquanto o resul-tado é que o reforço em resistência fornecida na placa debico T permanece não comprometida. Além do mais, enquanto asaberturas 130 são mostradas na modalidade da Figura 5a, deveser apreciado que qualquer uma das outras modalidades podese beneficiar de sua presença, tanto na parte superior (ver,por exemplo, Figura 9), na parte inferior (não ilustrada),ou em ambas as partes do elemento de reforço (não ilustra-do).

Acredita-se que o elemento de reforço 110 ilustra-do na Figura 5a fornece resistência ótima com peso de metalmínimo.

Outra modalidade é descrita em vista terminal,parcialmente em corte transversal, parcialmente recortada daFigura 6a. Nesta modalidade, o elemento de reforço 210 pos-sui uma parte inferior 212 tendo uma seção transversal noformato de um L invertido. A extremidade inferior da alma214 do L é presa na superfície da placa de bico T entre fi-leiras adjacentes dos orifícios, tal como por solda (note assoldas W). A parte superior 220 do elemento de reforço 210 étambém em formato de L em seção transversal, como talvez me-lhor entendido com referência à vista em corte transversalda Figura 6b. Assim, também inclui uma alma 222 que é presano elemento transverso 216 da parte inferior 212, tal comopor solda, para fornecer o elemento de reforço resultante210 com uma seção transversal em formato de F. Este elementode reforço 210 é assim integralmente formado com a placa debico T soldando o elemento em formato de L formando a parteinferior 212 da placa de bico T, tanto antes quanto depoisdo elemento em formato de L formando a parte superior 22 0ter sido soldado na parte inferior 212. No entanto, como no-tado acima, é possível, mas mais dispendioso, criar o ele-mento de reforço inteiro 210 de uma peça única de materialtendo uma seção transversal em formato de F que é então sol-dado diretamente na placa de bico T.

Embora não especificamente ilustrado, deve tambémser apreciado que para reduzir os efeitos de arqueamento eestender a vida útil da placa de bico T, a parte superior220 do elemento de reforço 210 possui uma altura variávelquando visto em perfil, e assim define pelo menos um ápiceA. Em vez disto, em uma modalidade de elemento de reforço210 onde a altura aumenta linearmente dos lados para o pontomédio, a vista lateral real do lado direito da Figura 6b se-ria idêntica àquela tomada olhando do lado esquerdo ou di-reito da Figura 3a, com o olho do observador em ou perto doplano horizontal definido pela placa de bico Τ. A vista dolado esquerdo oposto da Figura 6b seria similar à vista naFigura 5a, mas sem a flange 126a ou 126b ilustrada ao longodo topo do elemento de reforço e com um friso de comprimentoparcial ou total onde a alma 222 da parte superior 220 ésoldada diretamente na superfície superior do elementotransverso 216 da parte inferior 212.

Ainda outra modalidade possível é ilustrada na Fi-gura 7a. Nesta modalidade, o elemento de reforço inteiro310, incluindo as partes inferior e superior 312, 320, é fa-bricado a partir de uma peça única de material, similar auma versão da modalidade ilustrada na Figura 5a. No entanto,em adição aos flanges 326a, 326b, o elemento 310 também in-clui flanges integrais 318a, 318b que adicionam resistênciae ajuda adicional em resistir ao arqueamento. Embora estamodalidade utilize mais material e assim seja ligeiramentemais pesada que aquela ilustrada na Figura 5a (e também cus-te mais para fabricar usando técnicas de estampagem ou for-jamento correntes), a mesma reduz a quantidade de solda exi-gida quando comparado com a modalidade da Figura 3a, uma vezque as soldas são exigidas somente na interface entre a ex-tremidade inferior da alma 314 e a superfície da placa debico T. Também, pode encontrar utilidade em situações onde aplaca de bico T é excedentemente larga, ou outras onde umreforço mais substancial é exigido.Uma modalidade similar de um elemento de reforço310 formado de uma peça única de material tendo uma seçãotransversal em formato de L é ilustrada na Figura 7b. Esteelemento de reforço 310 também possui um perfil de alturavariável com um ápice (não ilustrado). Quando vista do ladodireito da Figura 7b, a vista é similar àquela da Figura 5a(possivelmente sem as aberturas opcionais 130).

Até este ponto, os elementos de reforço 10, 110,210, 310 têm sido ilustrados e descritos para uso em umaplaca de bico única substancialmente planar T que se estendeentre um par de paredes laterais em um corpo de bucha (nãoilustrado). No entanto, é também possível usar os elementosde reforço 10, 110, 210, 310 em situações onde uma bucha"com fundo duplo" é fornecida. Isto é ilustrado nas Figuras8-10, com somente uma metade de cada bucha "com fundo duplo"ilustrada nas Figuras 8 e 9 (note a linha central L) , e umabucha "com fundo duplo" ilustrada na Figura 10.

Na primeira modalidade, o elemento de reforço 410possui uma parte superior 420 similar às outras descritasacima. A diferença é que em vez de um ápice A formado aumen-tando linearmente a altura das extremidades espaçadas, a al-tura é variada não linearmente a partir de cada lado de modoa criar um perfil arqueado. De preferência, como com as ou-tras modalidades, o ápice A está localizado substancialmenteno ponto médio M entre as extremidades do elemento de refor-ço 410 para fornecer a resistência ótima a tensões de curva-tura, e portanto, deformação plástica induzida por tempo(deformação). Nesta modalidade, o ápice A não coincide com oponto médio entre as paredes laterais (somente uma paredelateral Si é ilustrada na Figura 8) , que pode estar em ouperto da linha central L.

Deve ser apreciado que a modalidade da Figura 8pode ser formada como aquela na Figura 3a, com a parte supe-rior 42 0 tendo um perfil arqueado separadamente soldado oufixado na superfície superior definida por um elementotransverso 416 criando flanges opostas 418a ou 418b (somenteuma é ilustrada na Figura 8). A parte inferior 412 é por suavez presa na superfície da placa de bico T entre fileirasadjacentes de orifícios 0, e poderia possivelmente tomar aforma de uma chapa de reforço existente G, com a parte supe-rior 42 0 servindo meramente como um elemento de resistênciaou reforço adicionado. Ambas as vistas terminal e em cortetransversal desta modalidade são substancialmente as mesmasque aquelas nas Figuras 4a e 4b, mas poderiam também sercomo aquelas nas Figuras 6a e 6b.

Alternativamente, o elemento de reforço 410 com aparte superior 42 0 tendo o perfil arqueado pode ser fabrica-do a partir de uma peça única de material. Ainda outra al-ternativa é formar a parte ereta ou alma 422 a partir de umaúnica peça de material, e então fixar separadamente o ele-mento transverso curvado 424, tal como por solda. Em qual-quer um destes casos, ambas as partes superior e inferior412, 420, podem ter seções transversais em formato de T ouformato de L (com ambas de preferência tendo o mesmo formatode seção transversal). Também, embora não ilustrado na Figu-ra 8, deve ser apreciado que cada parte pode incluir abertu-ras de redução de peso.

Referindo-se ainda à Figura 8, é ainda notado quena modalidade ilustrada, a parte superior 420 chega à beirada parede lateral Si como o elemento transverso 416 que de-fine os flanges 418a ou 418b (somente um ilustrado). A folgaassim criada permite que o soldador ganhe acesso à paredelateral Si de modo que uma solda possa ser disposta ao longoda extremidade correspondente da alma 414. Esta folga é par-ticularmente útil no caso onde uma pluralidade de elementosde reforço estreitamente espaçados são fornecidos (não ilus-trados).

A modalidade ilustrada na Figura 9 inclui uma com-binação de aspectos tomados a partir das modalidades das Fi-guras 3a-4b, 5a e 9. A parte superior 520 do elemento de re-forço 520 possui um perfil em formato de V invertido com umápice A, e é formado de uma peça separada de material que ésoldada ou de outro modo presa no elemento transverso 516 daparte inferior 512 (ambas as quais podem ter uma seçãotransversal em formato de T ou formato de L). Uma pluralida-de de aberturas posicionadas estrategicamente, relativamentepequenas 53 0 são também fornecidas na parte superior 52 0,que como notado acima diminuem o peso do elemento de reforçoresultante 510 sem comprometer substancialmente a resistên-cia. A parte superior 520 também cria um espaço com a paredelateral Si. Como notado no parágrafo prévio, isto é opcio-nalmente feito para fornecer acesso à interface entre a ex-tremidade da parte inferior 512 e a parede lateral Si.Na modalidade ilustrada na Figura 10, o primeiroponto notável é que a bucha "com fundo duplo" completa B ouconjunto de bucha é ilustrado em corte transversal, incluin-do as paredes laterais espaçadas S1, S2 e a placa (s) de bicoT. Na modalidade ilustrada, as placas de bico T são inte-gralmente conectadas com um canal em formato de V invertidoC. Este canal C se estende ao longo do comprimento da buchaB para fornecer suporte estrutural melhorado, e pode ser en-chido com um material refratário R para isolar contra asperdas de calor para um suporte resfriado a água (não ilus-trado). Como é conhecido na técnica, o material refratário Rusualmente também circunda a bucha inteira B não somentepara isolar termicamente do meio ambiente, mas também isolareletricamente das outras estruturas.

Preso na superfície de cada placa de bico T encon-tra-se um elemento de reforço 610. 0 elemento de reforço 610inclui uma parte inferior 612 que, como notado acima, podeser formado por chapas de reforço tendo uma seção transver-sal em formato de T ou formato de L já presente na placa debico Τ. A parte superior 620 nesta modalidade possui um per-fil que varia em altura para definir dois ápices Ai, A2, umposicionado substancialmente no ponto médio de cada placa debico T. Assim, o perfil da parte superior 620 possui o for-mato de um W invertido. A parte superior 62 0 pode ser forma-da de uma peça única de material, incluindo uma alma contí-nua 622, ou pode ter um ou mais elementos transversos 624(dois ilustrados na Figura 10) que são separadamente solda-dos no lugar. Alternativamente, ambas as partes inferior esuperior 612, 620 podem ser formadas de uma peça única dematerial, com o elemento transverso 624 definindo pelo menosum, e de preferência um par de flanges opostas. A parte su-perior 620 é também ilustrada como tendo extremidades quesão espaçadas das parede laterais S1, S2 para permitir oacesso durante a soldagem, mas como descrito acima, isto éopcional.

As descrições precedentes das modalidades da pre-sente invenção são apresentadas para propósitos de ilustra-ção e descrição. Estas descrições não pretendem ser exausti-vas ou limitar a invenção na forma precisa descrita. Modifi-cações óbvias ou variações são possíveis à luz dos ensina-mentos acima. Por exemplo, embora somente um único elementode reforço ou par de elementos de reforço seja ilustrado emvários desenhos, deve ser apreciado que qualquer número exi-gido para fornecer o grau desejado de reforço/resistênciapode ser usado em qualquer intervalo espaçado ao longo daplaca de bico. Também, os elementos de reforço, se formadosa partir de uma peça única de material, múltiplas peças dematerial, ou como adições a chapas de reforço existentes,podem ser colocados somente em localizações suscetíveis àstensões de curvatura máximas, com outras localizações tantotendo chapas de reforço convencionais quanto nenhum reforço.Variações infinitas nos formatos dos perfis ou formatos deseção transversal dos vários elementos de reforço ou compo-nentes dos mesmos podem ser feitas, enquanto ainda obtémpossivelmente um nível aceitável de reforço/resistência. Porexemplo, embora a seções transversais em formato de T, emformato de F, e em formato de L invertido criam um ponto decontato mínimo com a placa de bico e minimizam o peso adici-onado, o elemento de reforço poderia ter uma seção transver-sal em formato de Cf em formato de I, ou em formato de Etambém, ou qualquer variação dos mesmos. As modalidades des-critas foram escolhidas para fornecer a melhor ilustraçãodos princípios da presente invenção e sua aplicação práticapara desse modo permitir que alguém versado na técnica uti-lize a invenção em várias modalidades e com várias modifica-ções como são adequadas ao uso particular considerado. Todasas tais modificações e variações estão dentro do escopo dapresente invenção como determinado pelas reivindicações ane-xas quando interpretado de acordo com a amplitude na qualsão completa, legal e eqüitativamente intituladas.

Claims (23)

1. Elemento de reforço (10a, 10b) para uma estru-tura tipo placa incluindo uma pluralidade de orifícios paraformar fibras de um material fluido, em um conjunto de bu-cha, o elemento sendo CARACTERIZADO pelo fato de que compre-ende :um corpo que inclui uma primeira parte (12) para fi-xação na estrutura (T) e uma segunda parte (20) tendo um per-fil com uma altura variável incluindo pelo menos um ápice (A),onde o perfil de altura variável e pelo menos umápice do corpo ajuda no reforço da estrutura contra arquea-mento e estende a vida útil da mesma enquanto minimiza o usode metal.

2. Elemento de reforço, de acordo com a reivindi-cação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo é compreen-dido de uma peça única de material.

3. Elemento de reforço, de acordo com a reivindi-cação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo que incluias primeira e segunda partes possui uma seção transversal emformato de L invertido (310), em formato de T (312, 320) ouem formato de F (212,220).

4. Elemento de reforço, de acordo com a reivindica-ção 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda parte do cor-po possui um perfil arqueado (420), um perfil em formato de Vinvertido (520) , ou um perfil em formato de W invertido (620) .

5. Elemento de reforço, de acordo com a reivindi-cação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo possui umcomprimento incluindo um ponto médio (M) , e onde pelo menos umápice (A) está localizado substancialmente no ponto médio.

6. Elemento de reforço, de acordo com a reivindi-cação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto de buchainclui paredes laterais espaçadas (Si, S2) nas quais umaprimeira e segunda extremidades do corpo são presas, respec-tivamente, e onde pelo menos um ápice está localizado entreas paredes laterais espaçadas.

7. Elemento de reforço, de acordo com a reivindi-cação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo compreende:um primeiro elemento que define a primeira partepara fixação na estrutura; eum segundo elemento acoplado ao primeiro elemento,definindo a segunda parte e tendo um perfil de altura variá-vel com pelo menos um ápice.

8. Elemento de reforço, de acordo com a reivindi-cação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro elementopossui uma seção transversal em formato de T (12) ou em for-mato de L invertido (212) .

9. Elemento de reforço, de acordo com a reivindi-cação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo elementopossui uma seção transversal em formato de T (20) ou em for-mato de L invertido (220) e é formado de uma ou mais partescomponentes.

10. Elemento de reforço, de acordo com a reivindi-cação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda parte pos-sui um perfil arqueado, um perfil em formato de V invertido,ou um perfil de formato de W invertido.

11. Elemento de reforço, de acordo com a reivindi-cação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo elementoinclui uma alma (22) tendo uma extremidade que é soldada di-retamente em uma superfície superior do primeiro elemento.

12. Elemento de reforço, de acordo com a reivindi-cação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda parte docorpo inclui pelo menos dois ápices (Αι, A2) .

13. Elemento de reforço, de acordo com a reivindi-cação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira parte(112) ou a segunda parte (120) do corpo inclui uma plurali-dade de aberturas estrategicamente posicionadas, onde as a-berturas (130) servem para reduzir a quantidade de materialexigida para fabricar o elemento de reforço sem comprometera resistência do mesmo.

14. Conjunto de bucha para uso na formação de umapluralidade de fibras a partir de um material fluido a umatemperatura elevada, CARACTERIZADO pelo fato de que compre-ende :uma estrutura tendo uma pluralidade de orifíciosatravés dos quais o material fluido passa para formar as fi-bras;pelo menos um elemento de reforço (10a, 10b) tendouma primeira parte (12) para fixação na estrutura (T) e umasegunda parte (20) tendo um perfil com uma altura variávelincluindo pelo menos um ápice (A) ,onde a altura variável do elemento de reforço queinclui pelo menos um ápice aumenta a resistência da estrutu-ra ao arqueamento e estende a vida útil da mesma enquantominimiza o uso de metal.

15. Conjunto de bucha, de acordo com a reivindica-ção 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura de forma-ção de fibra é do tipo placa, e onde pelo menos um elementode reforço se estende ao longo de uma dimensão de largura damesma.

16. Conjunto de bucha, de acordo com a reivindica-ção 15, CARACTERIZADO pelo fato de que uma pluralidade deelementos de reforço espaçados independentes se estendem aolongo da largura da estrutura do tipo placa.

17. Conjunto de bucha, de acordo com a reivindica-ção 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura de forma-ção de fibra possui uma superfície superior na qual a pri-meira parte de cada um dos elementos de reforço é soldada.

18. Conjunto de bucha, de acordo com a reivindica-ção 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de reforçoé fabricado a partir de cada uma de uma peça única de mate-rial ou pelo menos duas peças de material presas juntas.

19. Conjunto de bucha, de acordo com a reivindica-ção 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura incluipelo menos uma chapa de reforço existente (Gi) , e onde a se-gunda parte do elemento de reforço é fixado na chapa de reforço.

20. Método para reforçar uma placa ou estruturatipo placa para formar fibras a partir de um material fluidofornecido em uma bucha, CARACTERIZADO pelo fato de que com-preende as etapas de:prender pelo menos um elemento de reforço (10a,10b) na estrutura de formação de fibra, o dito elemento dereforço compreendendo uma primeira parte (12) para fixaçãona estrutura (T) e uma segunda parte (20) tendo um perfilcom uma altura variável incluindo pelo menos um ápice (A),onde a altura variável do elemento de reforço in-cluindo pelo menos um ápice aumenta a resistência da estru-tura a tensões de curvatura e estende a vida útil da mesmaenquanto minimiza o uso de metal.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20,CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de prender compreendeprender uma pluralidade de elementos de reforço independentesna estrutura de formação de fibra em uma relação espaçada.

22. Método, de acordo com a reivindicação 20,CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de reforço compre-ende um primeiro elemento incluindo a primeira parte e umsegundo elemento incluindo a segunda parte, e onde a etapade prender compreende prender o primeiro elemento na estru-tura de formação de fibra e prender o segundo elemento noprimeiro elemento.

23. Método, de acordo com a reivindicação 20,CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura de formação defibra inclui pelo menos uma chapa de reforço existente (Gi) ,e o dito método adicionalmente inclui a etapa de fixar aprimeira parte do elemento de reforço na chapa de reforço.