BR112013013992B1 - disposição de fechamento sem uso de parafuso - Google Patents

Abstract

DISPOSIÇÃO DE FECHAMENTO SEM USO DE PARAFUSO A presente invenção está correlacionada a uma disposição de fechamento sem uso de parafuso, para fixação de um cubo (1) a uma parte estrutural fixa (2). O cubo (1) apresenta um eixo central (C) e se estende substancialmente de modo perpendicular ao plano da parte estrutural (2), quando as partes são montadas. A disposição inclui duas superfícies de ação (A, B) que se estendem substancialmente de modo radial, quando vistas em relação ao eixo central (C), providas na superfície externa (la) do cubo (1), e pelo menos um corpo configurado na forma de placa anular ( 3), feito de segmentos individuais ( 3a, 3b). O dito pelo menos um corpo configurado em forma de placa anular ( 3) é designado para cooperar ou se engatar na sua porção radialmente interna (3C), mas externamente, com pelo menos uma das respectivas superfícies de ação (A, B), e na sua porção radialmente externa (30), mas internamente e no lado oposto, para escorar a parte estrutural fixa (2).

Description

[001] A presente invenção se refere a uma disposição de fechamento para fixação de um cubo a uma parte estrutural fixa, sem o uso de parafusos de fixação, cujo cubo apresenta um eixo central que se estende substancialmente de modo perpendicular ao plano da parte estrutural, quando as partes são montadas.

[002] Algumas vezes, as partes que mantém de modo liberável um cubo de tubo são submetidas a forças de flexão que são tão altas que o cubo do tubo é rasgado, mesmo que esteja preso por flanges grossas e parafusos de alta resistência, que são colocados bastante próximos, lado a lado, dentro de um perimetro de parafusos. Isto é particularmente verdadeiro em instalações de tubulações localizadas no fundo do mar, isto é, tubulações de dimensões relativamente grandes, que são conectadas em uma ponta do tubo ou em um cubo do tubo, e são submetidas a momentos de grande flexão.

[003] Tradicionalmente, um cubo de tubo do tipo em questão é projetado com um flange integrado, isto é, feito em uma peça com a ponta do próprio tubo, e formando uma das extremidades da ponta do tubo, apresentando furos de fixação dispostos em um perimetro de parafusos. O cubo de tubo, por sua vez, é fixado a uma parte de placa que constitui uma parte da estrutura submarina, por exemplo, uma parte conectora ou um cubo fora de bordo. Portanto, a parte de placa apresenta um furo circular ou abertura, formada para receber, suportar e conduzir através da própria ponta do tubo. Em volta dessa abertura um determinado número de furos é perfurado e rosqueado, com os furos se alinhando e correspondendo com o número de furos de parafusos no flange. Ao instalar os parafusos através dos furos no flange, entrando com os mesmos nos furos rosqueados e promovendo o devido aperto, o cubo do tubo é fixado à parte da placa. Este é o modo tradicional de executar esse procedimento, sem que haja muitas considerações e reflexões sobre tal modo de execução.

[004] Quando as dimensões se tornam grandes, como no caso de tubulações submarinas, os custos e o peso dos materiais começam a influenciar o procedimento. Com um cubo de tubo de 22 polegadas, isto é, tendo um diâmetro de cerca de cerca de 560 mm, a peça de partida de matéria-prima necessária deverá ter um diâmetro minimo que seja, pelo menos, tão grande quanto o maior diâmetro do cubo de tubo usinado e acabado. Quando o flange for uma parte integrada do cubo de tubo, o diâmetro da peça de partida será naturalmente determinado pelo diâmetro externo do flange, e grandes volumes de material serão necessários para usinagem. Se o cubo de tubo for liberado com uma qualidade do tipo SuperDuplex, os custos de material serão substanciais. Também, numa alternativa menos dispendiosa, o cubo de tubo de aço F65 revestido com Inconel irá experimentar um substancial custo de material, embora não tão grande quanto o mencionado no primeiro caso. A primeira etapa de economizar custos de matéria-prima foi produzir a peça de partida sem o idealizado tradicional flange, somente com uma borda menor ou um mini- flange. Um anel de flange separado pode então ser usado para apertar o cubo do tubo. Esse anel de flange é normalmente dividido em duas metades, de modo a possibilitar a montagem.

[005] No entanto, foi comprovado que o método tradicional de fixação, como, também, o novo método acima descrito, foram suficientes para suportar as altas forças e momentos de flexão que surgem dentro desse tipo de acoplamento. Mediante um estudo mais detalhado, quando um cubo de tubo tradicional é submetido a um puro momento de flexão, se observa que a distribuição de força dentro do próprio flange do tubo será distribuída por um regime de compressão em uma metade e um regime de tensão na outra metade, com uma zona neutra na transição entre as metades. Na metade submetida à tensão, o regime de tensão será o máximo na parte intermediária entre as zonas neutras, e gradualmente irá diminuir na direção das zonas neutras. Isso significa que não apenas um parafuso ou talvez dois, possam cuidar do principal compartilhamento das forças de tensão ocorrentes. As forças de tensão dos momentos de flexão atuam contra as cabeças dos parafusos, que, por sua vez, criam tensão dentro dos parafusos, puxando os mesmos até a ruptura, quando os momentos de tensão se tornam demasiadamente altos. Assim, isso limita a disponibilidade de parafusos, o quanto próximo os mesmos podem ser colocados e quais dimensões podem apresentar.

[006] Em instalações no fundo do mar, não se conhece qual a direção que as forças podem tomar, isto é, em qual local do flange ocorre a maior carga. Assim, é preciso levar em consideração que o flange é igualmente bem dimensionado em todo seu perimetro. Quando o último método mencionado for escolhido para ser usado, isto é, aquele com um anel de travamento dividido, predominantemente, os parafusos em cada lado da linha de divisão serão expostos, caso a linha de divisão aproximadamente coincida com o ponto em que ocorre a maior carga. Os parafusos próximos à linha de divisão serão expostos a extremas forças de tensão, sendo então pressionados para fora e, depois, os mais próximos são puxados para fora, etc., até que a ruptura seja completa. As forças dos momentos de flexão são da ordem de grandeza de 3000 kN, além de uma carga de tração aplicada no cubo do tubo de 300kN. Parafusos extremamente pesados e de especial qualidade são necessários para realizar essas ações, pelo que, apresentam um alto custo correspondente. Em algumas situações, se torna impossivel administrar as mesmas de acordo com as regras existentes.

[007] A solução agora proposta surgiu da idéia de que seria desejável encontrar uma maneira de como evitar as forças de tensão nos parafusos. Se essas forças puderem ser substituídas por simples forças de compressão, uma grande parte do problema já teria sido solucionada. Além disso, teria se economizado tempo em não se montar a grande quantidade de parafusos que deve ser instalada e apertada.

[008] Isso é agora solucionado mediante a implementação da presente invenção. De acordo com a presente invenção, uma disposição de fechamento do tipo descrito na introdução é provida, a qual se distingue pelo fato de apresentar duas superfície de ação que se estendem de modo substancialmente radial, quando visualizadas em relação ao eixo central, providas na superfície externa do cubo, e em que pelo menos um corpo formado de uma placa anular é feito por segmentos individuais, cujo dito pelo menos um corpo formado de uma placa anular, na sua porção radialmente interna, mas, externamente, é projetado para cooperar ou se engatar com pelo menos uma das respectivas duas superficies de ação, e na sua porção radialmente externa, mas internamente e no lado oposto, é projetado para escorar a parte estrutural fixa, e em que a espessura da parte estrutural fixa na porção externa dos segmentos mais a espessura do dito pelo menos um corpo de forma de placa anular na sua porção radialmente interna é aproximadamente igual à maior distância entre as superficies de ação, e de tal modo que um espaçamento esteja presente numa fenda entre o cubo e a parte radialmente interna que se dispõe internamente do corpo anular, isto é, no lado oposto das superficies de ação.

[009] Assim, todas as forças que podem surgir no cubo serão manipuladas como forças de compressão, atuando diretamente contra a parte estrutural fixa, sobre um lado ou sobre o outro lado, tudo dependendo de onde o momento de flexão atua e ocorre. Assim, todos os aspectos de incertezas, como, por exemplo, as forças de tensão dentro dos parafusos, são eliminadas.

[0010] Preferivelmente, cada superficie de ação pode se apresentar na forma de uma fenda ou de uma borda ou flange projetante, tendo pelo menos uma superficie que se estende de modo substancialmente radial, cuja superficie que se estende radialmente constitui a própria superficie de ação. Deve ser entendido que caso exista uma borda ou flange projetante, haverá apenas uma fenda. Alternativamente, poderá haver duas fendas e nenhuma borda ou flange, tudo sendo conveniente para a aplicação individual. Se existir uma borda ou flange, o cubo só poderá ser instalado em uma direção.

[0011] Preferivelmente, está presente um espaçamento entre a borda ou flange projetante e a parte estrutural.

[0012] Em modalidades convenientes, cada corpo formado de uma placa anular é constituído por dois, três ou quatro segmentos, ou possivelmente, ainda mais segmentos.

[0013] Além disso, cada corpo formado de uma placa anular pode, em determinadas circunstâncias, ser fixado à parte estrutural por pelo menos um dispositivo de fixação, tal como, parafusos, pinos e porcas, normalmente, somente um ou dois por segmento.

[0014] Em uma modalidade, um dos corpos de formato de placa anular pode sobre um lado ser radialmente travado à parte estrutural fixa, em que a parte estrutural apresenta uma fenda na qual o corpo anular é inserido e envolvido.

[0015] Outros e adicionais objetivos, características e vantagens irão surgir da descrição seguinte de modalidades preferidas da invenção, que são fornecidas com a finalidade descritiva e apresentadas no contexto com os desenhos anexos, nos quais: a figura 1A mostra em vista em perspectiva um cubo de tubo preso a uma parte de placa, de acordo com a invenção; - a figura 1B mostra em uma vista plana o mesmo que foi mostrado na figura 1A; - a figura 2A mostra uma vista em seção transversal do cubo de tubo e da parte de placa ao longo da linha A-A, na figura 1B; - a figura 2B mostra uma vista em detalhe da parte B circulada na figura 2A; e a figura 3 mostra uma segunda modalidade da invenção.

[0016] Referência é feita primeiro às figuras 1A e 1B, que mostram, esquematicamente, um cubo de tubo (1) preso ou retido em uma parte estrutural (2). Para maior clareza, essas partes são inteiramente isoladas do restante da estrutura, tal como, um conector no fundo do mar ou similar, mas isso não está mostrado nos desenhos. O cubo de tubo (1) é retido na parte estrutural (2) por meio de um corpo formado de uma placa anular (3) , aqui mostrado sendo feito por dois segmentos individuais (3a, 3b), tendo uma linha de separação (s) entre os mesmos. Pequenos parafusos (4) mantém os segmentos individuais (3a, 3b) no lugar, mas, não apresentam, além disso, função de conduzir a carga. Alternativas para os parafusos (4) podem incluir dispositivos de fixação, tais como, pinos e porcas. A referência (C) marca a linha central ou eixo do cubo de tubo (1) . O eixo central (C) é substancialmente perpendicular ao plano da parte estrutural (2) quando as partes são montadas entre si. 0 número de segmentos individuais (3a, 3b) pode ser dois, três, quatro ou mais, de acordo com a necessidade exigida para cada aplicação individual.

[0017] Com referência às figuras 2A e 2B, a disposição é agora descrita em maiores detalhes. A figura 2A é uma seção/corte ao longo da linha A-A mostrada na figura 1B. A figura 2A e a figura 2B mostram uma modalidade na qual o cubo (1) é projetado com duas fendas (5, 5') na sua superficie externa (la). Cada fenda (5, 5') inclui uma superficie de ação que se estende substancialmente de modo radial, quando visualizada em relação ao eixo central (C). As superficies de ação são assinaladas, respectivamente, com "A" e "B" na metade superior ou inferior, mas, de modo diagonal relativamente entre si (assinalado os pontos de contatos A, B, na figura 2A). Os simbolos "A" e "B" apresentam algo em comum com as forças que estão atuando, isso sendo mais claramente descrito e explicado abaixo, pela "teoria" relativa à disposição de fechamento de acordo com a invenção.

[0018] Conforme já mencionado, cada corpo formado de placa anular (3) é feito de segmentos individuais (3a, 3b) . Cada corpo formado de placa anular (3) é na sua porção radialmente interna (3c) , mas, externamente, designado para se engatar ou cooperar com pelo menos uma das ditas respectivas duas superficies de ação (A, B) . Além disso, cada corpo formado de placa anular (3) se apoia na sua porção radialmente externa (3d), mas, internamente, e, desse modo, no lado oposto das superficies de ação (A, B) , contra a parte estrutural fixa (2).

[0019] A fim de se obter o efeito pretendido com a disposição de fechamento conforme a invenção, a espessura da parte estrutural fixa (2) na porção externa (3d) do corpo anular (3), mais a espessura do dito pelo menos um corpo formado de placa anular (3) na sua porção radialmente interna (3c) precisa ser aproximadamente igual à maior distância entre as superficies de ação (A, B) , e de tal modo que se faça presente um espaçamento (CL) nas fendas (5, 5'), entre o cubo (1) e a porção radialmente interna disposta internamente (3e) do corpo anular (3), isto é, no lado oposto das superficies de ação (A, B) .

[0020] A teoria que fundamenta a disposição de fechamento será agora explicada com especifica referência às figuras 2A e 2B. Quando o cubo (1) é submetido a um momento de flexão, conforme ilustrado pela seta grossa (P) , ocorre o seguinte regime de força. Quando a metade superior da seta (P) representar forças de compressão, a parte inferior da seta (P) irá representar forças de tensão, e vice-versa. Quando a metade superior da seta (P) representar forças de compressão, isso irá resultar em que no ponto de contato superior (A) , as forças de compressão serão transferidas da superficie de ação (A) na fenda (5' ) no cubo do tubo (1) para a parte estrutural fixa (2), através do corpo formado de placa anular (3) , mais precisamente, através do segmento superior (3a' ) sobre esse lado. No ponto de contato superior (B) , isto é, no lado oposto de (A), devido à presença do espaçamento (CL), nenhuma força será transferida e o corpo formado de placa anular (3) , isto é, o segmento superior (3a) sobre esse lado, irá permanecer substancialmente sem carga.

[0021] Por sua vez, isso ainda resulta em que no ponto de contato inferior (A) , as forças de compressão serão transferidas da superficie de ação (A) na fenda (5) no cubo de tubo (1) para a parte estrutural fixa (2), através do corpo formado de placa anular (3) , mais precisamente, através do segmento inferior (3b) sobre esse lado. No ponto de contato inferior (B) , isto é, no lado oposto de (A), devido à presença do espaçamento (CL), nenhuma força será transferida e o corpo formado de placa anular (3), isto é, o segmento inferior (3b') sobre esse lado, irá permanecer substancialmente sem carga.

[0022] Se as forças principais mudarem a direção, isto é, a parte inferior da seta (P) representar forças de compressão, o regime de força será invertido em relação ao explicado acima. Portanto, deve ser enfatizado que independentemente da direção que as forças apresentam, todas as cargas são consideradas como forças de compressão. Assim, os parafusos se usados como meios de fixação podem ser omitidos, e o risco de os parafusos serem puxados ou esticados não mais existirá. Tosas as cargas concebíveis são transformadas em forças de compressão, o que irá representar uma grande melhoria com relação ao aspecto de segurança.

[0023] Deverá ser entendido que sobre um lado, um dos corpos formados de placa anular (3) pode ser radialmente travado na parte estrutural fixa (2), em que a parte estrutural fixa (2) apresenta uma fenda radialmente rebaixada, dentro da qual o corpo anular (3) é inserido e envolvido. Quando o corpo anular (3) no outro lado é colocado no lugar, o corpo anular (3) no outro lado não terá nenhuma possibilidade de escapar, isto é, escapar da fenda rebaixada e de envolvimento.

[0024] A figura 3 mostra uma segunda modalidade da invenção. Conforme visto anteriormente, um cubo de tubo (10) é mostrado retido numa parte estrutural (20), totalmente isolado do restante de uma construção, tal como, um dispositivo conector ou similar. Isso não é mostrado nos desenhos. O cubo de tubo (10) é retido na parte estrutural (20) por meio de um corpo formado de placa anular (30), aqui mostrado como feito de dois segmentos individuais (30a, 30b), tendo, como anteriormente, uma linha de divisão entre os mesmos. Pequenos parafusos (40) mantêm os segmentos individuais (30a, 30b) no lugar, mas, não apresentam nenhuma função de transferência de carga além da ação mencionada. Alternativas para os parafusos (40) podem incluir outros dispositivos de fixação, tais como, pinos e porcas. A referência (C0) assinala a linha ou eixo central do cubo de tubo (10) . O eixo central (C0) é substancialmente perpendicular ao plano da parte estrutural (20) , quando as partes são montadas entre si. O número de segmentos individuais (30a, 30b) pode ser dois, três, quatro ou mais, de acordo com a necessidade exigida para cada aplicação individual.

[0025] A disposição de fechamento é agora de tal modo projetada que cada superficie de ação faz parte de uma única fenda (50) e uma única borda ou flange projetante (60) . Tanto a fenda (50) como o flange (60) apresentam suas superficies se estendendo de modo substancialmente radial, em que essas superficies constituem a própria superficie de ação.

[0026] Deve ser observado que um espaçamento (CL') se faz presente, primeiramente, entre o lado interno da fenda (50) e o lado interno do corpo anular (30) , e em segundo lugar, entre a borda ou flange projetante (60) e a parte estrutural (20), mesmo que esta última seja pequena, mas, suficiente para a montagem das partes sem agarramento. De outro modo, a teoria é como aquela que pode ser observada com relação à figura 2A, com a diferença de que um corpo anular (3) é agora substituído por um flange ou borda (60). Esse flange (60) faz com que o cubo (1) só possa ser montado dentro da parte estrutural (20) a partir de um lado.

Claims (6)

1. Disposição de fechamento, compreendendo um cubo (1), uma parte estrutural fixa (2) e pelo menos um corpo na forma de placa anular (3) , para fixação de um cubo (1) a parte estrutural fixa (2), dito cubo (1) apresenta um eixo central (C) se estendendo de modo perpendicular ao plano da parte estrutural fixa (2) quando as partes são montadas, caracterizada pelo fato de que a disposição de fixação inclui duas superficies de ação (A, B) que se estendem de modo radial, quando vistas em relação ao eixo central (C) , providas em uma superficie externa (la) do cubo (1) , o pelo menos um corpo na forma de placa anular (3), compreendendo pelo menos dois segmentos individuais (3a, 3b), cujo o pelo menos um corpo de forma de placa anular (3) é designado para cooperar ou se engatar na sua porção radialmente interna (3c) , mas externamente, com pelo menos uma das respectivas superficies de ação (A, B) , e no corpo na forma de placa anular (3) sua porção radialmente externa (3d), mas internamente no lado oposto, escorando a parte estrutural fixa (2), e em que a espessura da parte estrutural fixa (2) na porção radialmente externa (3d) dos segmentos mais a espessura do dito pelo menos um corpo de forma de placa anular (3) na sua porção radialmente interna (3c) é aproximadamente igual à maior distância entre as superficies de ação (A, B) , e de tal modo que um espaçamento (CL) está presente na fenda entre o cubo (1) e a porção radialmente interna (3e, 3e' ) que se dispõe internamente do corpo na forma de placa anular (3) , isto é, no lado oposto das superficies de ação (A, B) , o dito espaçamento (CL) sendo desenvolvido de tai forma que quando o dito dispositivo de fixação é submetido a forças de compressão em um lado da superficie de ação (A, B) na fenda (5, 5') no cubo (1) para a parte estrutural (2) através do corpo em forma de placa anular (3) enquanto o dito corpo em forma de placa anular (3) no dito lado oposto da referida parte estrutural (2) permanece descarregada.

2. Disposição de fechamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada superficie de ação (A, B) se apresenta na forma de uma fenda (5; 50) , ou de uma borda ou flange projetante, (60), tendo pelo menos uma superficie que se estende substancialmente de modo radial, cuja superficie que se estende radialmente constitui a própria superficie de ação.

3. Disposição de fechamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que um espaçamento está presente entre a borda ou flange projetante e a parte estrutural fixa.

4. Disposição de fechamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que cada corpo formado de uma placa anular (3) é constituído de dois, três ou quatro segmentos (3a, 3b).

5. Disposição de fechamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que cada corpo formado de uma placa anular (3) é preso à parte estrutural fixa (2) por meio de pelo menos um dispositivo de fixação (4), tal como, parafusos, pinos e porcas.

6. Disposição de fechamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a parte estrutural fixa (2) apresenta uma fenda, na qual o corpo anular é inserido e envolvido, o pelo menos um corpo de formato de placa anular (3) sendo preso radialmente à parte estrutural fixa (2).

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