BR112014015310B1 - Protetor de caixa para uma junta rosqueada para tubos - Google Patents

Abstract

resumo “protetor de caixa para uma junta rosqueada para tubos” trata-se de um protetor de caixa 21 para proteger a superfície interna de uma caixa 11 de uma junta rosqueada para tubos que tem uma porção rosqueada fêmea e uma superfície de rebordo 14 com a superfície de rebordo sendo inclinada por um ângulo ? em relação à direção perpendicular ao eixo geométrico de tubo tem uma porção rosqueada macho 22 que se engata de modo rosqueável a pelo menos uma porção das roscas completas da porção rosqueada fêmea da caixa e uma superfície de rebordo 21b que entra em contato com de modo vedável à superfície de rebordo 14 da caixa para formar uma primeira porção de vedação e a superfície de rebordo 21b é inclinada por um ângulo ?p (?p > ?) em relação à direção perpendicular ao eixo geométrico de tubo. o protetor tem um sulco circunferencial 30 em sua superfície periférica externa nos arredores da superfície de rebordo 21b e um anel de vedação elástico 28 que entra em contato com a superfície de rebordo 14 da caixa 11 e forma uma segunda porção de vedação. 34 1/1 34

Description

PROTETOR DE CAIXA PARA UMA JUNTA ROSQUEADA PARA TUBOS CAMPO DA TÉCNICA

[0001] Esta invenção refere-se a um protetor de caixa para proteger uma caixa de uma junta rosqueada para tubos que é usada para conectar produtos tubulares para países produtores de petróleo (OCTG) e que é constituída por um pino e uma caixa até que a junta seja usada. Um protetor de caixa de acordo com a presente invenção é particularmente adequado para proteger uma caixa de uma junta rosqueada para tubos que é anteriormente lubrificada por um revestimento sólido de lubrificação e que não exige aplicação no campo de um lubrificante líquido viscoso à junta rosqueada antes de conectar produtos tubulares para países produtores de petróleo.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[0002] Os produtos tubulares para países produtores de petróleo tais como tubulação e invólucro usados para exploração de petróleo cru ou gasóleo são conectados uns aos outros por juntas rosqueadas para tubos. Uma junta rosqueada típica para tubos usada para conectar produtos tubulares para países produtores de petróleo tem uma estrutura de pino e caixa. Um pino é um componente de junta que tem machos (externos) e uma caixa é um componente de junta que tem fêmeas (internas). Tipicamente, um pino é formado na superfície periférica externa de ambas as extremidades de um tubo de aço usado como um produto tubular de países produtores de petróleo e uma caixa é formada na superfície periférica interna de ambos os lados de um acoplamento, que é um membro separado. Em juntas rosqueadas especiais que têm excelente estanqueidade de gás, uma porção não rosqueada de contato de metal que tem uma superfície de vedação e uma superfície de rebordo (também denominada como um rebordo de torque) é formada na extremidade dos machos de um pino e na base das fêmeas de uma caixa. As porções rosqueadas e as porções não rosqueadas de contato de metal formam a superfície de contato de uma junta rosqueada para tubos. Com esse tipo de junta rosqueada para tubos, excelente estanqueidade de gás é obtida

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2/32 inserindo-se uma extremidade de um produto tubular de países produtores de petróleo em um acoplamento e engatando-se de modo rosqueável os machos e as fêmeas até que as porções não rosqueadas de contato de metal dos dois membros entre em contato um com o outro para formar vedações de metalmetal.

[0003] A Figura 6 é uma vista explicativa que mostra esquematicamente a estrutura montada de uma junta rosqueada típica para tubos e mostra o estado de um tubo de aço para um produto tubular de países produtores de petróleo e um acoplamento no tempo de embarque. Conforme mostrado nessa Figura, um pino 1 que tem uma porção rosqueada macho 3a é formado na superfície periférica externa de ambas as extremidades de um tubo de aço A e uma caixa 2 que tem uma porção rosqueada fêmea 3b é formada na periferia interna de ambos os lados de um acoplamento B. O acoplamento B é anteriormente conectado a uma extremidade do tubo de aço A. Conforme mostrado na Figura 6, um junta rosqueada para tubos do tipo acoplamento é normalmente embarcado em um estado no qual o acoplamento B é conectado ao tubo de aço A.

[0004] Consequentemente, no tempo de embarque, dos dois pinos e duas caixas, um pino e uma caixa são conectados um ao outro. Embora não seja mostrado nessa Figura, no outro pino e caixa que não são usados para conexão um ao outro, ou seja, o pino à esquerda e a caixa à direita na Figura, um protetor de pino e um protetor de caixa, respectivamente, são montados antes do embarque de modo a proteger a superfície de contatos do pino e caixa contra ferrugem, arranhões e infiltração de matéria estranha. Esses protetores são removidos antes do uso.

[0005] Um protetor de pino e um protetor de caixa compreendem tipicamente, cada um, um corpo tubular que é de certa forma maior do que a junta rosqueada e que é normalmente feita de uma resina ou uma resina reforçada com metal. Esses protetores são tipicamente fechados em uma extremidade ou nos arredores de uma extremidade, mas há também protetores

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3/32 que são abertos em ambas as extremidades.

[0006] Um protetor de pino tem fêmeas em sua superfície periférica interna que se engatam de modo rosqueável às machos de um pino e o mesmo é montado em um pino por engate de rosca. De forma similar, um protetor de caixa tem machos em sua superfície periférica externa que se engatam de modo rosqueável às fêmeas de uma caixa e o mesmo é montado em uma caixa por engate de rosca. Nesse tempo, o protetor de pino é suficientemente apertado até que suas fêmeas interfiram com os machos do pino de modo que o protetor não caia mesmo se o mesmo receber um impacto durante o transporte ou manuseio após o embarque. De forma similar, o protetor de caixa é suficientemente apertado até que seus machos interfiram com as fêmeas da caixa. Um protetor de pino e um protetor de caixa que inclui suas roscas são normalmente fabricados por molde de injeção e as porções rosqueadas de um protetor de pino e um protetor de caixa são formadas da mesma resina que o corpo principal dos protetores.

[0007] De modo a garantir resistência a desgastes e estanqueidade de gás no tempo de produção de produtos tubulares para países produtores de petróleo, um lubrificante líquido viscoso denominado como uma graxa composta ou composto de lubrificação e que contém um pó de metal pesado foi aplicado no campo à superfície de contatos (as porções rosqueadas e as porções não rosqueadas de contato de metal) de juntas rosqueadas. Tal uma graxa composta é prescrita por API BUL 5A2. A graxa composta também tem uma função de prevenção de corrosão que evita enferrujamento da superfície de contato ao qual a mesma é aplicada.

[0008] No passado, ao montar um protetor de pino ou um protetor de caixa em um pino ou uma caixa, graxa composta ou outra graxa de lubrificação (tal como um lubrificante denominado como composto de lubrificação verde que não contém um pó de metal pesado) foi aplicada à superfície de contato. A graxa de lubrificação tem fluidez e pode preencher o espaço entre um protetor e um pino ou uma caixa. Portanto, mesmo se um

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4/32 protetor não for especialmente dotado de um mecanismo de vedação, a superfície de contatos do pino e caixa é isolada do exterior e uma função de prevenção de corrosão e uma função de prevenção de infiltração de matéria estranha são alcançadas.

[0009] No entanto, nos últimos anos, regulamentos ambientais se tornam mais estritos ao redor do mundo e há uma demanda para juntas rosqueadas para tubos que pode ser compostas sem com o uso de graxa composta visto que a graxa composta contém uma grande quantidade de pó de metal pesado que pode ter um efeito adverso em humanos e organismos vivos. Também é desejado que tratamento de lubrificação de juntas rosqueadas para tubos no campo seja desnecessário de modo a aumentar a eficiência da operação

[0010] Um exemplo típico de tal uma junta rosqueada para tubos é aquele similar ao revelado no Documento de Patente 1, por exemplo, no qual a superfície de contato de um ou ambos de um pino e uma caixa é revestido com um revestimento sólido de lubrificação que tem um pó de lubrificação (tal como dissulfeto de molibdênio ou grafite) disperso em uma resina.

[0011] Documento de Patente 2 revela uma junta rosqueada para tubos na qual a superfície de contato de pelo menos um de um pino e uma caixa é revestida com um revestimento de duas camadas que tem um líquido viscoso ou revestimento de lubrificação semissólido e acima disso um revestimento sólido seco. O revestimento sólido seco pode ser um revestimento de uma resina de termoendurecimento tal como uma resina acrílica ou um revestimento de uma resina de cura ultravioleta.

[0012] O Documento de Patente 3 revela uma junta rosqueada para tubos na qual um revestimento de lubrificação fino, não pegajoso que compreende um pó de lubrificação disperso em uma matriz sólida que exibe comportamento reológico plástico ou viscoplástico (propriedades de fluxo) é formada em sua superfície das roscas de um pino e uma caixa. A matriz tem preferencialmente um ponto de fusão na faixa de 80 a 320° C e o revestimento

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5/32 é formado por aspersão de fusão a quente, revestimento resistente às chamas com o uso de um pó, ou revestimento de aspersão de uma emulsão aquosa.

[0013] Documento de Patente 4 revela uma junta rosqueada para tubos na qual a superfície de contato de pelo menos um de um pino e uma caixa é revestida com um revestimento de duas camadas que tem um revestimento sólido de lubrificação que compreende um pó de lubrificação e um aglutinante e acima do mesmo um revestimento de prevenção de corrosão de sólido que não contém partículas sólidas.

[0014] De forma similar, um protetor que é montado em uma junta rosqueada para tubos que tem tal um revestimento de lubrificação e particularmente um revestimento sólido de lubrificação formado na mesma e que é composto sem com o uso de uma graxa composta é preferencialmente montado em um pino ou uma caixa sem com o uso de uma graxa de lubrificação. No entanto, nesse caso, uma vedação não é fornecida por uma graxa de lubrificação, então a mesma é necessária para um protetor de pino ou um protetor de caixa próprio para ter propriedades de vedação. Houve algumas propostas a esse respeito na técnica anterior.

[0015] Por exemplo, conforme mostrado na Figura 7, o Documento de Patente 5 revela um protetor de caixa 4 para uma junta rosqueada para tubos que tem propriedades de vedação na qual o protetor tem uma primeira porção de vedação 4b e uma segunda porção de vedação 4c cada um na forma de um corpo de projeção anular elástico feito do mesmo material que o corpo de protetor 4a nas posições opostas às tampas de rebordo 5a e 5b de uma caixa 5.

[0016] Conforme mostrado na Figura 8, Documento de Patente 6 revela um protetor de caixa 6 for uma junta rosqueada para tubos que tem uma vedação de confiável aumentada com o uso de um anel de vedação elástico 6c que é montado na superfície periférica externa 6b do corpo de protetor 6a oposta à superfície de extremidade 7a de uma caixa 7 como uma primeira porção de vedação e com o uso da superfície de extremidade 6d oposta ao

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6/32 rebordo de torque 7b da caixa 7 as uma segunda porção de vedação.

[0017] Documento de Patente 1: JP 09-72467 A1

[0018] Documento de Patente 2: WO 2006/104251

[0019] Documento de Patente 3: WO 2007/042231

[0020] Documento de Patente 4: WO 2006/75774

[0021] Documento de Patente 5: JP 2003-240188 A1

[0022] Documento de Patente 6: WO 2011/027433

[0023] US 2011/0148103 divulga um protetor de caixa de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0024] Conforme mostrado nas Figuras 7 e 8, um protetor de caixa convencional para uma junta rosqueada para tubos que tem um revestimento sólido de lubrificação fornece propriedades desejadas de vedação por uma primeira porção de vedação na posição oposta à superfície de extremidade de uma caixa ou nos arredores da mesma e uma segunda porção de vedação na posição oposta à superfície de extremidade da porção traseira interna da caixa (um rebordo de torque) ou nos arredores da mesma, ambas as porções de vedação entram em contato de modo vedável (intimamente) com as superfícies opostas da caixa.

[0025] Na prática real, no entanto, não é fácil manter um estado no qual tanto a primeira porção de vedação quanto a segunda porção de vedação entram em contato de modo vedável com a caixa e há de que a água, petróleo, ou similares infiltra o espaço entre o protetor e a caixa através de uma porção de vedação que não entra em contato de modo vedável com a caixa e como resultado, o revestimento sólido de lubrificação que cobre a superfície de contato da caixa se deteriora.

[0026] Ou seja, o corpo 4a do protetor de caixa 4 revelado no Documento de Patente 5 e mostrado na Figura 7 é feito de um material de resina tal como nylon que tem elasticidade. Mesmo que a primeira porção de vedação 4b e a segunda porção de vedação 4c que são feitas do mesmo

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7/32 material que o corpo de protetor 4a tenham uma determinada quantidade de elasticidade, há um limite à capacidade de vedação que pode ser obtida com base em sua elasticidade. Portanto, não é fácil para evitar a ocorrência de uma lacuna na superfície de extremidade na porção traseira interna da caixa (o rebordo de torque) ou em seus arredores com certeza. Adicionalmente, o canto de ponta frontal aguda do protetor indicado por 5c tende a lascar-se facilmente.

[0027] No caso do protetor de caixa 6 revelado no Documento de Patente 6 e mostrado na Figura 8, se a temperatura ambiental se elevar, o corpo de protetor 6a se expande e o comprimento do corpo de protetor 6a na direção axial aumenta. Como resultado, quando o protetor de caixa 6 é montado em uma caixa 7, a ponta 6d do protetor intimamente entra em contato com o rebordo de torque 7b da caixa 7 antes que seu anel de vedação elástico 6c entre em contato intimamente com a superfície de extremidade 7a da caixa e uma lacuna se forma entre o anel de vedação elástico 6c e a superfície de extremidade 7a. Mesmo se essa lacuna for muito pequena tal como cerca de 0,03 mm, água ou similares podem passar através da lacuna e se infiltrar o espaço entre a caixa e o protetor.

[0028] Dessa maneira, um protetor de caixa convencional para uma junta rosqueada para tubos desenvolve uma lacuna na superfície de extremidade da caixa ou na superfície de extremidade na porção interna traseira da caixa (o rebordo de torque) quando o protetor de caixa é montado na caixa e é difícil evitar, de forma confiável, que água ou petróleo ou poeira se infiltre através da lacuna que se desenvolve.

[0029] O objetivo da presente invenção é fornecer um protetor de caixa para uma junta rosqueada para tubos que pode entrar em contato intimamente tanto com a superfície de extremidade e quanto com a porção traseira interna de uma caixa com certeza, evitando assim a infiltração de água, petróleo, ou poeira no espaço entre a caixa e o protetor e evitando a deterioração de um revestimento sólido de lubrificação formado na superfície de contato da caixa e corrosão da superfície de contato.

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[0030] A presente invenção é um protetor de caixa para uma junta rosqueada para tubos que é montada em uma caixa de uma junta rosqueada para tubos que tem uma estrutura de pino e caixa de modo a proteger uma superfície de contato da caixa, sendo que a superfície de contato da caixa tem uma porção rosqueada fêmea que inclui roscas completas e uma porção não rosqueada de contato de metal que inclui pelo menos uma superfície de rebordo, sendo que a superfície de rebordo se inclina de modo a retroceder em direção ao eixo geométrico central da junta rosqueada por um ângulo θ em relação à direção perpendicular ao eixo geométrico da junta rosqueada (θ > 0) ou é paralela à direção perpendicular à direção axial no lado de entrada da caixa (θ = 0), em que o protetor de caixa tem um corpo tubular feito de uma resina com um comprimento axial que é maior do que o da superfície de contato da caixa e tem uma estrutura que pode formar uma primeira porção de vedação e uma segunda porção de vedação que entram em contato com a superfície da caixa em ambos os lados da superfície de contato da caixa e o corpo tubular tem em sua superfície periférica externa uma porção rosqueada macho que se engata de modo rosqueável a pelo menos uma porção das roscas completas da porção rosqueada fêmea da caixa, em que:

[0031] O corpo tubular do protetor tem uma superfície de rebordo que forma uma primeira porção de vedação que entra em contato de modo vedável com a superfície de rebordo da caixa, a superfície de rebordo do protetor se inclina para trás na direção de inserção do protetor em direção ao eixo geométrico central da junta por um ângulo θΡ em relação à direção perpendicular à direção axial de tubo e o ângulo de inclinação θΡ da superfície de rebordo do protetor é maior do que o ângulo de inclinação θ da superfície de rebordo da caixa;

[0032] O corpo tubular do protetor tem um sulco circunferencial em sua superfície periférica externa nos arredores da superfície de rebordo do protetor e a posição e formato de corte transversal do sulco circunferencial são tais que sob um torque aplicado ao montar o protetor, uma porção do corpo

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9/32 tubular nos arredores do sulco circunferencial se deforma elasticamente de modo a reduzir a distância na direção axial na abertura do sulco circunferencial, garantindo, desse modo, a formação da primeira porção de vedação;

[0033] A segunda porção de vedação é formada estabelecendose contato com um material elástico fixado ao protetor com a superfície de caixa; e

[0034] Uma reentrância (21d) é formada na superfície da extremidade traseira (21c) do protetor (21), caracterizado por compreender ainda um corpo de metal tubular (24) que é aberto em ambas as extremidades encaixadas no interior do corpo tubular (21a), e em que uma porção da extremidade traseira do corpo de metal tubular (24) é formada com uma porção dobrada em uma forma circular; e em que o corpo de metal tubular (24) é preso ao protetor (21) pela ação da mola da porção dobrada que é inserida na reentrância recesso (21d).

[0035] Em modalidades preferenciais, o protetor de caixa de acordo com a presente invenção satisfaz pelo menos uma das seguintes condições:

[0036] - O sulco circunferencial tem um formato axial de corte transversal selecionado dentre um formato de V, um formato de arco, um formato de U, um formato trapezoide e uma combinação desses formatos;

[0037] - A deformação elástica do corpo tubular faz com que a distância na direção axial na abertura do sulco circunferencial diminua por pelo menos 0,2 mm;

[0038] - A segunda porção de vedação é formada por um anel de vedação elástico que é disposto na superfície periférica externa do corpo tubular do protetor de modo a entrar em contato de modo vedável com a superfície de extremidade de caixa quando o protetor é montado na caixa;

[0039] - toda a superfície de contato da caixa ou uma porção da mesma que inclui pelo menos a porção rosqueada fêmea da caixa é coberta

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10/32 por um revestimento sólido de lubrificação;

[0040] - A altura de rosca (H1) da porção rosqueada macho do corpo tubular do protetor e a altura de rosca (H2) das roscas completas da porção rosqueada fêmea da caixa satisfazem H1 > H2 e a diferença [H1 a H2] entre H1 e H2 é maior do que a espessura de revestimento máxima do revestimento sólido de lubrificação nas cristas rosqueadas da porção rosqueada fêmea da caixa;

[0041] - A porção rosqueada macho do protetor tem 3 a 5 roscas; e

[0042] - A porção rosqueada macho é disposta em uma posição oposta às fêmeas mais próximas à entrada de caixa das roscas completas da caixa.

[0043] Um protetor de caixa para uma junta rosqueada para tubos de acordo com a presente invenção pode entrar em contato de modo vedável de forma confiável tanto com a superfície de extremidade da caixa quanto com a superfície de rebordo na porção traseira interna da mesma para formar uma porção de vedação em ambas as posições, evitando assim a infiltração de água, petróleo, ou poeira no espaço entre a caixa e o protetor com certeza. Como resultado, corrosão da superfície de contato de uma caixa é impedida e quando a superfície de contato é coberta por um revestimento sólido de lubrificação, a deterioração do revestimento pode ser impedida.

BREVE EXPLICAÇÃO DOS DESENHOS

[0044] As Figuras 1A, 1B e 1C são uma vista explicativa de uma caixa de uma junta rosqueada para tubos, um protetor de caixa de acordo com a presente invenção e o protetor montado na caixa, respectivamente.

[0045] A Figura 2 é uma vista explicativa que mostra vários formatos de corte transversal em uma direção axial de tubo de um sulco circunferencial de um protetor de caixa de acordo com a presente invenção junto a uma caixa.

[0046] A Figura 3 é uma vista explicativa que mostra

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11/32 esquematicamente um corte transversal na direção axial de um revestimento sólido de lubrificação formado em uma fêmea de uma caixa.

[0047] A Figura 4A é uma vista em corte transversal axial que mostra esquematicamente uma porção de uma caixa na qual um protetor de caixa de acordo com a presente invenção é montado e Figure 4B é uma vista em corte transversal axial que mostra esquematicamente uma porção das roscas completas da porção rosqueada fêmea de uma caixa engatada de modo rosqueável à porção rosqueada macho de um protetor de caixa de acordo com a presente invenção.

[0048] As Figuras 5A a 5C são vistas em corte transversal axiais que mostram esquematicamente uma porção das roscas completas da porção rosqueada fêmea de uma caixa engatada de modo rosqueável com a porção rosqueada macho de um protetor de caixa.

[0049] A Figura 6 é uma vista explicativa que mostra esquematicamente a estrutura montada de uma junta rosqueada típica para tubos que mostra o estado de um tubo de aço for um produto tubular de países produtores de petróleo e um acoplamento no tempo de embarque.

[0050] A Figura 7 é uma vista explicativa que mostra um protetor de caixa revelado no Documento de Patente 5.

[0051] A Figura 8 é uma vista explicativa que mostra um protetor de caixa revelado no Documento de Patente 6.

MODOS PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[0052] Um protetor de caixa de acordo com a presente invenção pode ser aplicado não somente à caixa de uma junta rosqueada para tubos do tipo acoplamento similar à mostrada na Figura 6, mas também à caixa de uma junta rosqueada integral para tubos na qual uma extremidade de um tubo de aço é feita um pino e a outra extremidade é feita uma caixa. Uma junta rosqueada do tipo acoplamento tipicamente cria a superfície periférica externa de uma extremidade de um pino de tubo de aço A e cria a superfície periférica interna de um acoplamento uma caixa, mas a combinação oposta também é

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12/32 possível.

[0053] Na explicação a seguir, a presente invenção será explicada em relação a um protetor de caixa que é montado em uma junta rosqueada especial que tem excelente estanqueidade de gás, com as roscas da junta sendo roscas afuniladas e as porções não rosqueadas de contato de metal tendo uma superfície de vedação. No entanto, as roscas de uma junta rosqueada para tubos não precisam ser afuniladas. Adicionalmente, um protetor de acordo com a presente invenção pode ser aplicado a uma junta rosqueada para tubos na qual as porções não rosqueadas de contato de metal não têm uma superfície de vedação e são constituídas somente por uma superfície de rebordo. Ademais, não há limitação particular no formato de rosca de uma junta rosqueada para tubos. As roscas podem ser roscas de suporte (roscas trapezoidais) especificadas por padrões API, ou as mesmas pode, ser denominadas roscas de gancho na qual o ângulo de flanco de carga das roscas tem um valor negativo.

[0054] Uma explicação será dada de um exemplo de um protetor de caixa do tipo que é fechado ligeiramente antes de sua extremidade frontal. Aqui, a extremidade frontal significa a extremidade no lado frontal na direção de inserção do protetor ao montar o protetor e a mesma também é denominada como a extremidade projetante. No entanto, ambas as extremidades do corpo tubular que formam o protetor podem ser abertas e no caso de um tipo fechado, o local em que o corpo tubular é fechado não é limitado. Adicionalmente, um protetor também pode ser do tipo no qual a extremidade traseira é fechada por uma tampa removível.

[0055] A caixa de uma junta rosqueada para tubos que é protegida por um protetor de caixa de acordo com a presente invenção tem preferencialmente o revestimento sólido de lubrificação descrito abaixo pelo menos na porção rosqueada da caixa e preferencialmente na totalidade da superfície de contato incluindo a porção rosqueada e a porção não rosqueada de contato de metal. No entanto, a presente invenção também pode ser

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13/32 aplicada a uma junta rosqueada para tubos que não têm um revestimento de lubrificação ou que têm um líquido viscoso revestimento de lubrificação na superfície de contato da caixa.

[0056] As Figuras 1A, 1B e 1C são vistas explicativas que mostram uma caixa 11 de uma junta rosqueada for produtos tubulares para países produtores de petróleo, um protetor de caixa 21 de acordo com a presente invenção e o estado no qual o protetor 21 é montado na caixa 11, respectivamente. Figure 2 é uma vista explicativa que mostra vários formatos de corte transversal na direção axial de um sulco circunferencial de um protetor de caixa de acordo com a presente invenção junto com uma caixa.

[0057] Abaixo, esses componentes serão explicados em sequência. Uma junta rosqueada para tubos é constituída por um pino e uma caixa que são engatados de modo rosqueável um ao outro, mas a presente invenção se refere a um protetor de caixa, então não será dada uma explicação de um pino.

Caixa 11

[0058] A caixa 11 tem tipicamente uma superfície cilíndrica periférica externa 11a. Em sua superfície periférica interna 11b, a mesma tem uma porção rosqueada fêmea 12 com roscas afuniladas, uma superfície de vedação 13 e uma superfície de rebordo (um rebordo de torque) 14 em sua porção mais traseira. Conforme mostrado nos desenhos, a superfície de vedação 13 é tipicamente formada entre a porção rosqueada 12 e a superfície de rebordo 14. A superfície de vedação 13 da caixa entra em contato com uma superfície anular de vedação disposta na superfície periférica externa de um pino não ilustrado com uma quantidade predeterminada de interferência e forma uma vedação metal-metal. Adicionalmente, a superfície de rebordo 14 da caixa entra em contato com uma superfície de rebordo formada na superfície de extremidade do pino não ilustrado com uma quantidade prescrita de interferência. A porção rosqueada fêmea 12 da caixa é engatada de modo rosqueável à porção rosqueada macho do pino.

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[0059] Dessa maneira, a porção rosqueada fêmea 12, a superfície de vedação 13 e a superfície de rebordo 14 da caixa 11 formam a superfície de contato que entra em contato com porções correspondentes de um pino no tempo de produção de uma junta rosqueada. As fêmeas formadas na porção rosqueada fêmea 12 podem ser todas roscas completas, mas há também casos nos quais as roscas nos arredores de uma ou ambas as extremidades da porção rosqueada fêmea 12 são roscas incompletas.

[0060] No exemplo ilustrado, a superfície de rebordo 14 da caixa 11 é fornecida em um position na porção mais traseira da superfície periférica interna 11b da caixa 11 (na posição da extremidade frontal do pino) de modo a entrar em contato com a superfície de rebordo fornecida na extremidade frontal do pino. No entanto, a superfície de rebordo 14 pode ser fornecida na extremidade aberta 11c da caixa 11 ou tanto na extremidade frontal do pino e quanto na extremidade frontal da caixa e a presente invenção também pode ser aplicada a esses casos.

[0061] A superfície de rebordo 14 da caixa 11 pode ser constituída por uma superfície que é perpendicular à direção axial de uma junta (a direção axial de tubo), mas preferencialmente, a mesma é constituída por uma superfície inclinada que se projeta na direção da extremidade aberta (a entrada) 11c da caixa (ou seja, em direção à parte traseira em relação à direção de inserção do protetor 21) a partir da superfície periférica interna 11b em direção ao centro da junta. Especificamente, a superfície de rebordo 14 se inclina para trás na direção de inserção em um ângulo θ em relação à direção perpendicular ao eixo geométrico de tubo (a direção radial da junta, que é a direção vertical na Figura 1), mas conforme mencionado acima, também é possível que a mesma seja uma superfície vertical para o qual θ = 0°.

[0062] Conforme mostrado esquematicamente nas vistas em corte transversal axiais das Figuras 3 e 4, a porção rosqueada fêmea 12 da caixa pode ser coberta por um revestimento sólido de lubrificação 15. Preferencialmente a totalidade da superfície de contato da caixa (ou seja, a

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15/32 porção rosqueada fêmea 12, a superfície de vedação 13 e a superfície de rebordo 14) tem um revestimento sólido de lubrificação 15. De modo a evitar enferrujamento, a superfície periférica interna além da superfície de contato da caixa e a superfície de extremidade 11c da extremidade aberta também podem ser cobertas com um revestimento sólido de lubrificação.

[0063] O revestimento sólido de lubrificação é tipicamente um revestimento que contém um pó de lubrificação (um lubrificante sólido) disperso em um aglutinante adequado. Houve muitas propostas de, no passado, em relação aos revestimentos sólidos de lubrificação para juntas rosqueadas para tubos e esses revestimentos podem ser adequadamente empregados. Em um revestimento sólido de lubrificação típico, o aglutinante é uma resina orgânica que tem resistência térmica relativamente excelente tal como uma resina epóxi, uma resina de poliacrilato, uma resina de poliimida, ou uma resina de poliamida-imida, mas um revestimento sólido de lubrificação que usa um componente inorgânico de formação de filme tal como sol de sílica, um composto de silano hidrolisável, um alcóxido de titânio, um silicato de metal álcali, ou um fosfato também é conhecido.

[0064] Foi proposto formar um revestimento sólido de lubrificação como duas ou mais camadas ou laminar um revestimento líquido de lubrificação ou um revestimento de prevenção de corrosão de solda acima de um revestimento sólido de lubrificação e é possível para empregar tal uma estrutura de revestimento em camada.

[0065] Um revestimento sólido de lubrificação que é particularmente adequado para pelo menos a porção rosqueada de uma caixa na presente invenção é um revestimento similar ao revelado no Documento de Patente 3 que contém um pó de lubrificação em uma matriz que exibe propriedades reológicas plásticas ou viscoplásticas e preferencialmente um revestimento formado pelo revestimento de aspersão (ou seja, revestimento de fusão a quente) de uma composição na qual sua matriz está em um estado fundido. Visto que uma caixa é tipicamente formada em um acoplamento curto,

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16/32 revestimento de fusão a quente na superfície de uma caixa é mais fácil do que na superfície de um pino que é tipicamente formado na extremidade de um longo tubo de aço.

[0066] Preferencialmente, um revestimento sólido de lubrificação desse tipo compreende 70 a 95 % em massa de uma matriz e 5 a 30 % em massa de um pó de lubrificação. Visto que a proporção de um pó de lubrificação é pequena, o revestimento como um todo pode exibir propriedades de comportamentais reológicas plásticas ou viscoplásticas, que são as propriedades da matriz. Uma matriz que exibe comportamento reológico plástico ou viscoplástico tem preferencialmente um ponto de fusão na faixa de 80 a 320° C.

[0067] Essa matriz compreende preferencialmente um polímero termoplástico, uma cera e um sabão de metal. Mais preferencialmente, a mesma contém adicionalmente um inibidor de corrosão e uma resina líquida insolúvel em água.

[0068] A espessura de revestimento (a espessura média) do revestimento sólido de lubrificação está frequentemente na faixa de 10 a 100 pm e preferencialmente na faixa de 25 a 60 pm.

[0069] A estrutura de porções da caixa 11 além daquelas descritas acima pode ser a mesma que para uma caixa usual desse tipo. Tal uma estrutura é conhecida àqueles versados na técnica, então uma explicação adicional relacionada à caixa 11 será omitida.

Protetor de caixa 21

[0070] O protetor de caixa 21 é um protetor para proteger a caixa 11 e o mesmo é projetado para ser montado dentro da caixa 11 por roscas. No exemplo ilustrado, o protetor de caixa 21 compreende um corpo tubular 21a que é fechado em um local à parte traseira da extremidade frontal 21b na direção de inserção do protetor e que é aberta na outra extremidade (a extremidade traseira 21c). O corpo tubular 21a tem um comprimento axial que é maior do que o da superfície de contato da caixa 11 que o mesmo protege e

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17/32 em sua superfície periférica externa, O mesmo tem uma porção rosqueada macho 22 que tem machos que se engatam de modo rosqueável às fêmeas da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11.

[0071] O corpo tubular 21a do protetor 21 é feito de uma resina. O mesmo é tipicamente fabricado por molde de injeção de uma resina que inclui a porção rosqueada em sua superfície periférica externa. As resinas que foram usadas no passado para fabricação de protetores para juntas rosqueadas para tubo podem ser usadas. Exemplos específicos de tal uma resina incluem polietilenos de baixa densidade e polietilenos de alta densidade.

[0072] Um membro de metal tubular 24 que é aberto em ambas as extremidades é encaixado dentro do corpo tubular 21a que é feito de uma resina. Consequentemente, o corpo tubular 21a do protetor é feito de uma resina reforçada por metal ou uma resina sozinha. Formando-se a porção do protetor que entra em contato com a caixa a partir de uma resina que é mais macia do que metal, é possível para evitar danos à superfície da caixa ao montar o protetor na caixa.

[0073] O formato externo do corpo de metal tubular 24 pode ter qualquer formato que pode se encaixar na superfície periférica interna do corpo tubular 21a do protetor. Uma reentrância 21d é formada na superfície de extremidade traseira 21c do protetor 21, a porção de extremidade traseira do corpo de metal tubular 24 é formado com um porção dobrada que é dobrada em um formato circular por trabalho de pressão e o corpo de metal tubular 24 é preso ao protetor 21 pela ação de mola da extremidade porção dobrada que é inserida à reentrância 21 d.

[0074] O protetor de caixa 21 formas porções de vedação estabelecendo-se contato com a caixa 11 em ambos os lados da superfície de contato da caixa 11 protegida pelo protetor. Essas porções de vedação são respectivamente denominadas como uma primeira porção de vedação e uma segunda porção de vedação. Preferencialmente, a primeira porção de vedação entra em contato com a superfície de rebordo 14 da caixa 11 enquanto a

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18/32 segunda porção de vedação entra em contato com a superfície de extremidade aberta 11c da caixa. A superfície externa do protetor 21 tem preferencialmente um formato no qual o mesmo não entra em contato com a superfície da caixa 11 (a superfície interna do acoplamento) exceto pela primeira porção de vedação, pela segunda porção de vedação e pela porção rosqueada macho 22. De modo a garantir que o protetor não entra em contato com a superfície de vedação 13 da caixa 11, é preferencial que a lacuna entre a superfície de vedação 13 da caixa e a porção oposta do protetor de caixa 21 seja definida a um grande valor. Quando a porção rosqueada fêmea 12 na superfície periférica interna da caixa 11 tem roscas afuniladas conforme mostrado nas Figuras, a superfície periférica externa do corpo tubular 21a do protetor 21 tem preferencialmente um formato afunilado com substancialmente a mesma inclinação. O formato da superfície periférica interna do protetor 21 não é limitado e o mesmo pode ter um formato aproximadamente cilíndrico conforme mostrado nas Figuras ou um formato afunilado.

[0075] O número de roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21 pode ser definido para ser o mesmo número de roscas completas da caixa 11 de modo a se engatar de modo rosqueável a todas as roscas completas da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11. Nesse caso, a porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21 estende todo o comprimento axial da porção do protetor oposto às roscas completas da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11.

[0076] No entanto, o propósito da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21 é garantir que o protetor 21 em uma posição predeterminada na caixa 11 e para evitar que o protetor 21 caia da a caixa 11 quando um tubo de aço para um produto tubular de países produtores de petróleo receba um impacto durante transporte ou manuseamento. Portanto, uma alta força de produção de rosca que é aplicada à porção rosqueada macho ou a porção rosqueada fêmea de uma junta rosqueada para tubos, que é sempre submetida a uma pressão interna e externa extremamente alta, não

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19/32 é necessária. Portanto, em uma modalidade preferencial, o número de roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21 é preferencialmente mantido ao número mínimo necessário para prender o protetor e evitar que o mesmo caia. Esse número é de 3 a 5 roscas, preferencialmente 3 a 4 roscas e mais preferencialmente 3 roscas. Com duas roscas, não é possível formar uma conexão rosqueada apertada e não é possível prender o protetor e evitar que o mesmo caia.

[0077] Nesse caso, conforme mostrado na Figura 4A, a porção rosqueada macho 22 do protetor 21 é preferencialmente localizada oposta às roscas mais próximas à entrada (a extremidade aberta) 11c da caixa nas roscas completas da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11. Dessa maneira, devido ao fato de que as roscas completas da caixa 11 que interferem com as roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor 21 são limitadas às diversas roscas mais próximas à entrada, é possível minimizar os danos à porção rosqueada fêmea da caixa 11 devido à interferência com as roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor 21 e os danos a um revestimento quando a porção rosqueada fêmea 12 é revestida com um revestimento sólido de lubrificação 15.

[0078] O protetor de caixa 21 tem uma superfície de rebordo 21b, que forma uma primeira porção de vedação estabelecendo-se contato de modo vedável com a superfície de rebordo da caixa. Na modalidade mostrada na Figura 1, o protetor 21 tem uma superfície de rebordo 21b em sua extremidade frontal na direção de inserção (nesse caso, a superfície de rebordo 21b que também é denominada abaixo como a superfície de extremidade frontal) e essa superfície de rebordo 21b forma a primeira superfície de vedação estabelecendo-se contato com a superfície de rebordo 14 na porção mais traseira da caixa 11.

[0079] A superfície de extremidade frontal 21b do protetor de caixa 21 que forma a primeira porção de vedação é uma superfície inclinada que se inclina na mesma direção da superfície de rebordo 14 da caixa 11, ou

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20/32 seja, para trás na direção de inserção do protetor em direção ao centro da junta em relação à direção perpendicular ao eixo geométrico de tubo de modo a entrar em contato com a superfície de rebordo 14 da caixa 11 e o ângulo de inclinação 0P da superfície de extremidade frontal 21b do protetor 21 é feito maior do que o ângulo de inclinação θ da superfície de rebordo 14 da caixa 11 que a mesma entra em contato (isto é, θP > θ). Consequentemente, a superfície de rebordo 21b do protetor é feita uma superfície inclinada mesmo quando a superfície de rebordo 14 da caixa 11 é vertical. A razão disso é discutida abaixo.

[0080] O corpo tubular 21a do protetor de caixa 21 tem em sua superfície periférica externa um sulco circunferencial 30 que se estende totalmente ao redor de sua superfície periférica externa nos arredores de sua superfície de extremidade frontal 21b. O formato de corte transversal do sulco circunferencial 30 na direção axial não é limitado ao formato de V mostrado na Figura 1. Conforme mostrado na Figura 2, o mesmo pode ter um formato de corte transversal que é um arco circular, um formato de U, um formato trapezoidal, ou uma combinação desses formatos, ou pode ter um formato de corte transversal além dos mesmos. Um formato de U inclui um formato de ferradura no qual a abertura do U é estreita.

[0081] A posição e formato de corte transversal do sulco circunferencial 30 são tais que é possível para formar a primeira porção de vedação por deformação elástica da porção nos arredores do sulco 30 do corpo de protetor 21 pelo torque aplicado no tempo de montagem do protetor. Ou seja, devido à deformação elástica do corpo de protetor 21a na periferia do sulco 30 quando a superfície de extremidade frontal 21b do protetor 21 entra em contato com a superfície de rebordo 14 da caixa 11 no tempo de montagem do protetor, a porção 26 do corpo de protetor 21a À frente do sulco 30 (a porção entre o sulco 30 e a superfície de extremidade frontal 21b) pode se dobrar para trás de modo a diminuir a largura do sulco na direção axial. Como resultado, o ângulo de inclinação da superfície de extremidade frontal 21b do

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21/32 protetor 21 diminui. Consequentemente, inserindo-se o protetor na caixa (engatando-se de modo rosqueável as roscas) até que o ângulo de inclinação 0P do protetor 21, que é maior do que o ângulo de inclinação θ da superfície de rebordo 14 da caixa 11, diminua ao mesmo ângulo de inclinação do ângulo de inclinação θ da caixa, a superfície de extremidade frontal 21b do protetor 21 é feita para entrar em contato intimamente com a superfície de rebordo 14 da caixa 11 na forma de um contato areal em vez de uma linha de contato e as propriedades de vedação da primeira porção de vedação podem ser aprimoradas.

[0082] Conforme mostrado na Figura 1A, para juntas rosqueadas para tubos que tem o mesmo diâmetro externo, o diâmetro interno D1 da caixa 11 varia à medida que a espessura de parede varia. Adicionalmente, o ângulo de inclinação θ da superfície de rebordo da caixa varia algumas vezes de caixa a caixa. Tornando-se o ângulo de inclinação θP da superfície de extremidade frontal do protetor maior do que θ, torna-se fácil tornar protetores de caixa 21 do mesmo formato aplicáveis a múltiplos tipos de caixas 11 que têm diferentes espessuras de parede ou diferentes ângulos de inclinação θ. A diferença entre θP e θ está preferencialmente na faixa de 5° a 20°.

[0083] Uma segunda porção de vedação é fornecida nos arredores da extremidade oposta da primeira porção de vedação (a superfície de extremidade frontal 21b) do protetor de caixa 21, na qual a superfície de contato da caixa 11 é isolada do exterior quando o protetor 21 é montado na caixa. Dessa maneira, a superfície de contato da caixa é impedida de entrar em contato com a água, petróleo, poeira, matéria estranha e similares. Como resultado, quando a superfície de contato é coberta por um revestimento sólido de lubrificação, poeira ou matéria estranha é impedida de aderir ao revestimento e deterioração do revestimento é suprimida. Quando a superfície de contato não é coberta por um revestimento sólido de lubrificação, corrosão da superfície de contato é suprimida. Esses fenômenos são causas de uma diminuição de resistência a desgastes, então a presente invenção pode

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22/32 aprimorar a resistência a desgastes de uma caixa.

[0084] A segunda porção de vedação é disposta em um local voltado para fora da superfície de contato da caixa quando o protetor 21 é montado na caixa 11. Consequentemente, o comprimento axial do protetor 21 torna-se maior do que o comprimento axial da superfície de contato da caixa na qual o protetor é montado.

[0085] Não há limitações particulares em um meio de formação da segunda porção de vedação do protetor 21 desde que um porção de vedação confiável pode ser formada entre o protetor 21 e a caixa voltada para fora da superfície de contato da caixa (à parte traseira no exemplo ilustrado). Considerando a facilidade de formação de uma vedação, é preferencial formar a segunda porção de vedação estabelecendo-se contato com a superfície de extremidade da abertura da caixa 11. A segunda porção de vedação tem preferencialmente uma estrutura de vedação que utiliza um material elástico que tem um excelente efeito de vedação.

[0086] Conforme mostrado nas Figuras 1B e 1C, em uma modalidade preferencial, um anel de vedação elástico 28 é disposto na superfície periférica externa do corpo tubular 21a do protetor 21 de modo a entrar em contato (encostar) com a superfície de extremidade aberta 11c da entrada da caixa quando o protetor 21 é montado na caixa 11. Como resultado, toda a superfície periférica interna da caixa e a superfície da extremidade aberta da caixa podem ser isoladas do exterior. O anel de vedação elástico 28 tem preferencialmente elasticidade de modo que o mesmo possa ser deslocado (recuado) por pelo menos 0,5 mm na direção axial. A espessura do anel de vedação na direção axial é preferencialmente pelo menos 5 mm. Exemplos de materiais preferenciais para o anel de vedação elástico incluem borrachas de nitrila e borrachas de silicone.

[0087] Conforme mostrado nas Figuras, um sulco circunferencial 31 que tem uma largura axial ligeiramente mais estreita do que a espessura do anel de vedação 28 pode ser fornecido na superfície periférica externa do

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23/32 protetor 21 de modo a prender o anel de vedação 28. A parede lateral no lado frontal do sulco 31 é preferencialmente posicionada ligeiramente para frente (por uma distância menor do que o deslocamento descrito acima) da posição da superfície de extremidade 11c da extremidade aberta da caixa 11 quando o protetor 21 é montado na caixa 11 na qual o anel de vedação elástico 28 é comprimido pela superfície de extremidade 11c da extremidade aberta da caixa 11 de modo que a espessura do anel de vedação 28 seja recuada. No exemplo ilustrado, a espessura do anel de vedação é recuada por aproximadamente 1,0 mm. Como resultado, as propriedades de vedação da segunda porção de vedação fornecida pelo anel de vedação elástico são aprimoradas.

[0088] O anel de vedação elástico 28 que constitui a segunda porção de vedação intimamente entra em contato com a superfície de extremidade aberta 11c da extremidade aberta da caixa 11 conforme descrito acima. No exemplo ilustrado, a superfície de extremidade 11c da extremidade aberta da caixa é uma superfície perpendicular à direção axial, então a superfície lateral do anel de vedação elástico 28 também é feita de uma superfície perpendicular.

[0089] Nas Figuras 1A e 1B, o símbolo PCL é a distância (mm) na direção axial da interseção entre a superfície de extremidade de protetor 21b e a superfície periférica externa do protetor à segunda porção de vedação (no exemplo ilustrado, a parede lateral no lado frontal do sulco circunferencial 31), símbolo HL é a distância (mm) na direção axial do canto em que a superfície de extremidade frontal 21b do protetor intersecta a superfície periférica externa do protetor à borda da abertura no lado frontal do sulco circunferencial 30, símbolo H é a profundidade (mm) do sulco circunferencial 30 na direção perpendicular à direção axial de tubo, símbolo PA é o diâmetro (mm) da superfície periférica externa do protetor na superfície de extremidade 21b do protetor, o símbolo MUL é a distância (mm) na direção axial da superfície de extremidade 11c da extremidade aberta da caixa 11 ao canto em que a porção de vedação 13 intersecta a superfície de rebordo 14 da caixa e símbolo DA é o

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24/32 diâmetro (mm) no canto em que a porção de vedação 13 e a superfície de rebordo 14 da caixa 11 se intersectam (o diâmetro externo da superfície de rebordo 14).

[0090] PCL é preferencialmente igual à MUL ± 0.5 (mm) e mais preferencialmente PCL se iguala a MUL. Mesmo se PCL se igualar à MUL, visto que o comprimento axial do protetor 21 é reduzido quando montado na caixa 11 pelo recuo do sulco circunferencial 30, o anel de vedação 28 pode ser comprimido.

[0091] A separação HL na direção axial entre o sulco circunferencial 30 e o superfície de extremidade de protetor 21b é preferencialmente 0,5 a 2,0 mm e mais preferencialmente 1,0 a 1,5 mm. Devido à presença dessa separação do sulco 30 da extremidade de ponta 21b do protetor, o problema de lascar facilmente no canto do sulco que é observado no protetor de caixa de técnica anterior mostrado na Figura 7 pode ser evitado.

[0092] A profundidade H do sulco circunferencial 30 é selecionada de modo que a periferia do sulco possa deformar elasticamente e de modo que a fratura do sulco não ocorra no sulco quando um torque de pressão é aplicado à superfície de extremidade frontal 21b do protetor 11 pela superfície de rebordo da caixa 11 ao montar o protetor 21 na caixa 11. Como resultado dessa deformação elástica, a largura de sulco no topo do sulco 30 (o comprimento axial da abertura de sulco) diminui preferencialmente por pelo menos 0,2 mm e mais preferencialmente por pelo menos 0,3 mm. No exemplo mostrado na Figura 1C, a largura de sulco no topo do sulco diminui por aproximadamente 0,5 mm ao montar o protetor. A profundidade H do sulco necessária para tal deformação elástica varia com a estrutura do protetor e o tipo de resina, mas é preferencialmente de 3,0 a 6,0 mm e mais preferencialmente de 4.0 a 5.0 mm quando HL é 1.0 a 1.5 mm. A espessura de parede do protetor na superfície de extremidade frontal 21b é preferencialmente pelo menos 4,5 mm.

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[0093] De modo a formar uma lacuna entre a caixa 11 e o protetor 21 que evita que a superfície periférica interna da caixa entre em contato com a superfície periférica externa do protetor exceto pela porção rosqueada 22 do protetor quando o protetor 21 é montado na caixa, PA é preferencialmente feito menor do que DA. Como resultado, quando a superfície de contato da caixa 11 é coberta com um revestimento sólido de lubrificação, os danos ao revestimento pela montagem do protetor pode ser minimizada. A diferença entre PA e DA é de preferencialmente pelo menos 1,0 mm.

[0094] A razão de a vedação fornecida pelo protetor 21 se tornar inadequada tanto na superfície de extremidade 11c como na superfície de rebordo 14 na porção mais traseira da caixa 11 conforme descrito acima em relação a Documento de Patentes 5 e 6 se deve às variações inevitáveis nas dimensões do protetor 21 que é fabricada por molde de injeção de uma resina. Levando em consideração a contração e expansão do material, uma tolerância de cerca de 1 mm é inevitável conforme uma precisão de fabricação de um corpo de protetor 21a feito de uma resina.

[0095] O corpo da caixa 11 também tem variações nas dimensões devido às tolerâncias de minuto. Portanto, de modo a entrar em contato simultaneamente com a superfície de extremidade 11c e a superfície de rebordo traseira 14 da caixa 11 com o protetor de caixa 21, é vantajoso que as porções de vedação do protetor de caixa 21 tenham uma estrutura elástica que pode absorver variações nas dimensões.

[0096] Mesmo um protetor de caixa que tem o formato revelado no Documento de Patente 6 pode aumentar as propriedades de vedação tanto da superfície de extremidade 11c na entrada de uma caixa quanto da superfície de rebordo 14 na outra extremidade da caixa aumentando-se o torque de aperto ao montar o protetor em uma caixa para acima de um nível convencional. No entanto, um torque igualmente alto se torna necessário também ao remover o protetor da caixa no campo, que não é desejável. Portanto, a partir de um ponto de vista prático, é desejável entrar em contato

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26/32 facilmente com ambas as extremidades de uma caixa com um torque convencional para prender um protetor.

[0097] Considerando as propriedades de vedação, um anel de vedação elástico fornece um efeito elástico maior do que uma porção de vedação que utiliza deformação elástica da resina que constitui o protetor e é vantajosa para formar uma vedação. Portanto, concebível usar um anel de vedação elástico para cada uma das duas porções de vedação de um protetor. No entanto, é necessário levar em consideração os custos exigidos para disposição de dois anéis de vedação elásticos e a possibilidade aumentada de os anéis de vedação caírem um poço.

[0098] Portanto, em um protetor de caixa de acordo com a presente invenção, um material elástico e especificamente um anel de vedação elástico 28 é fornecido como uma vedação somente na porção de um protetor 26 que entra em contato com a superfície de extremidade 11c da extremidade aberta de uma caixa 11. A outra vedação que entra em contato com a superfície de rebordo 14 na porção mais traseira da caixa é constituída por uma porção elasticamente deformável que é flexível na direção axial e que é fornecida por um sulco circunferencial 30 localizado nos arredores da superfície de extremidade frontal 21b do corpo tubular 21a do protetor 21. Essas duas porções de vedação tornam possível absorver variações inevitáveis nas dimensões do protetor de caixa 21 e produzir de modo confiável contato de vedação tanto com a superfície de extremidade 11c da extremidade aberta da caixa quanto na superfície de rebordo 14 na porção mais traseira da caixa. Como resultado, a corrosão e deterioração da superfície de contato da caixa (e de um revestimento sólido de lubrificação quando tal um revestimento é formado) e contaminação e danos da caixa devido à infiltração de matéria estranha podem ser impedido com certeza.

(Relação entre o revestimento sólido de lubrificação e a porção rosqueada do protetor)

[0099] A superfície de contato da caixa que inclui pelo menos a

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27/32 porção rosqueada fêmea é preferencialmente coberta pelo revestimento sólido de lubrificação descrito acima. Como resultado, é necessário aplicar um lubrificante líquido viscoso tal como uma graxa composta à superfície de contato da caixa cada tempo produzida de uma junta rosqueada é realizada e a operação de lubrificação de produção de uma junta rosqueada é aumentada.

[00100] A espessura de um revestimento sólido de lubrificação que cobre uma rosca não é uniforme em um corte transversal axial das roscas. Um revestimento sólido de lubrificação é geralmente formado aplicando-se uma composição de revestimento líquido à superfície de uma junta rosqueada seguida pela solidificação do revestimento aplicado por secagem, aquecimento, resfriamento, irradiação com luz ultravioleta, ou similares. Portanto, conforme mostrado na Figura 3 para uma rosca que tem uma crista de rosca 51, uma base de rosca 52, um flanco afiado 53 e uma carga evidente 54, o revestimento sólido de lubrificação 15 que é formado na porção rosqueada é espessa no centro 51a das cristas rosqueadas 51 e a espessura de revestimento varia na direção axial de modo a se torna mais fina em ambas as extremidades e a espessura de revestimento se torna extremamente fina nos cantos 51b das cristas rosqueadas 51. Presume-se que a causa de tal uma distribuição de espessura de revestimento seja que a mesma é inerentemente difícil para que uma composição de revestimento líquido adira aos cantos 51b e que o revestimento frequentemente contraia no tempo de cura do revestimento. Em contraste, nas bases de rosca 52 em que o líquido se acumula, a espessura de revestimento se torna um máximo nos cantos, mas a variação na espessura de revestimento na direção axial nas bases de rosca 52 é menor do que nas cristas rosqueadas 51.

[00101] O revestimento sólido de lubrificação 15 descasca facilmente a porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 e particularmente das cristas rosqueadas 51 no tempo de montagem o protetor de caixa 21 na caixa

11. Portanto, presume-se que a razão seja que o revestimento sólido de lubrificação 15 é extremamente fino nos cantos 51b das cristas rosqueadas 51.

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Devido ao contato com a porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21, o revestimento sólido de lubrificação 15 primeiro se descasca dos cantos 51b. Então, no tempo de interferência com a porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21, o revestimento sólido de lubrificação 15 descasca a totalidade das cristas rosqueadas 51.

[00102] Portanto, tornando o formato das roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21 um formato de modo que entra em contato com as cristas rosqueadas 51 da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 é evitada e o contato ocorre primeiramente com as bases de rosca 52 da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11, é possível para evitar o revestimento sólido de lubrificação 15 que cobre a porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 do descascamento causado pela montagem do protetor de caixa 21, induzindo a um aprimoramento marcado na resistência a desgastes da caixa 11 após a remoção do protetor de caixa 21.

[00103] Para esse propósito, a altura de rosca H1 da porção rosqueada macho 22 do protetor 21 e a altura de rosca H2 das roscas completas da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 satisfazem a relação H1 > H2 e a diferença (H1 a H2) entre H1 e H2 é preferencialmente maior do que a espessura de revestimento máxima t (a espessura total quando há duas ou mais camadas) nas cristas rosqueadas 51 do revestimento sólido de lubrificação 15 que cobre a porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11. A diferença entre H1 e H2 está preferencialmente na faixa de 10 a 1,000 pm. Mais preferencialmente, essa diferença é cerca de 1,5 a 3 vezes a espessura de revestimento máxima t.

[00104] Ter a altura de roscas H1 e H2 satisfaz a relação e condições descritas acima, conforme mostrado na Figura 4B, quando o protetor de caixa 21 é montado na caixa 11 e as porções rosqueadas 12 e 22 dos dois membros são feitas para interferir, as cristas rosqueadas 22A da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21 interferem com as bases de rosca 12B da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11, mas uma lacuna

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29/32 permanece entre o revestimento sólido de lubrificação 15 que cobre as cristas rosqueadas 12A da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 e as bases de rosca 22B da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21. Portanto, o revestimento sólido de lubrificação 15 que cobre as cristas rosqueadas 12A da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 é impedido de entrar em contato com as roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21 e de ser danificado.

[00105] Se H1 = H2 ou H1 < H2, as cristas rosqueadas da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 interferem com as bases de rosca da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21. Devido ao fato de que as roscas sofrem movimento relativo na direção axial nesse tempo, o revestimento sólido de lubrificação 15 começa a descascar, particularmente dos cantos das cristas rosqueadas em que a espessura de revestimento é extremamente pequena e a desenvolve-se a possibilidade do revestimento sólido de lubrificação 15 ser eventual e completamente descascado das cristas rosqueadas.

[00106] Devido ao fato de que as cristas rosqueadas da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21 interferem com as bases de rosca da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11, os danos ao revestimento sólido de lubrificação 15 nas bases de rosca da caixa 11 não podem ser evitados. No entanto, conforme declarado acima, a espessura de revestimento do revestimento sólido de lubrificação 15 nas bases de rosca é maior do que a espessura de revestimento nas cristas rosqueadas e é particularmente grande nos cantos das bases. Portanto, mesmo se as bases de rosca da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 interferirem com as roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21, o descascamento completo do revestimento sólido de lubrificação 15 não ocorre imediatamente e o revestimento sólido de lubrificação 15 permanece parcialmente nas bases de rosca da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11. Adicionalmente, o revestimento sólido de lubrificação 15 que é impulsionado pela interferência algumas vezes se move aos flancos das roscas da porção rosqueada fêmea

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30/32 da caixa 11. Portanto, mesmo se uma graxa de lubrificação não for aplicada no tempo de produção de uma junta rosqueada, devido ao revestimento sólido de lubrificação 15 que permanece nas bases de rosca e o revestimento sólido de lubrificação 15 que se movem em torno dos flancos, propriedades suficientes de lubrificação são conferidas às bases de rosca da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11. Evidentemente, um revestimento sólido de lubrificação seguro 15 está presente nas cristas das roscas da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11. Desse modo, o desgaste de uma junta rosqueada para tubos que ocorre no tempo de produção após a remoção de um protetor de caixa 21 pode ser impedido de modo eficaz somente pelo revestimento sólido de lubrificação 15 na caixa 11, mesmo se o pino da junta rosqueada não sofrer nenhum tratamento de lubrificação especial (tal como formação de um revestimento sólido de lubrificação).

[00107] De modo a minimizar os danos ao revestimento sólido de lubrificação 15 nos flancos rosqueados da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 causados pelo protetor de caixa 21, a largura de rosca L2 da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21 é preferencialmente de 0,5 a 0,75 vezes a largura de base de rosca L1 das roscas completas da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11. Como resultado, conforme mostrado na Figura 4B, mesmo se a porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 for submetida a uma força compressiva ou uma força tênsil pelo protetor de caixa 21, o revestimento sólido de lubrificação 15 em um dos dois flancos das roscas da caixa evita contato com as roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21 e não é imediatamente danificado. Se a largura de rosca L2 se tornar muito pequena, a força de aperto pelas roscas se torna inadequada.

[00108] As Figuras 5A a 5C são vistas em corte transversal axiais que mostra esquematicamente uma porção das roscas completas da porção rosqueada fêmea 12 de uma caixa 11 que é engatada de modo rosqueável à porção rosqueada macho 22 de um protetor de caixa 21.

[00109] Nas Figuras 5A a 5C, a porção rosqueada fêmea 12 da

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31/32 caixa 11 é a mesma em todas essas Figuras nas quais o ângulo de flanco de carga α das roscas é um ângulo negativo. Em contraste, o ângulo de flanco de carga β das roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor de caixa 21 é diferente nessas Figuras de tal maneira que o mesmo é um ângulo negativo na Figura 5A, o mesmo é vertical (0°) na Figura 5B e o mesmo é um ângulo positivo na Figura 5C. O ângulo de flanco afiado das roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor 21 é vertical (0°).

[00110] O ângulo de flanco de carga α das roscas da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 é frequentemente próximo a um ângulo vertical, ou seja, o mesmo está na faixa de -3° a +3°. Nesse caso, o ângulo de flanco de carga β das roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor 21 também é preferencial e substancialmente um ângulo vertical (-2° a +2°), conforme mostrado na Figura 5B. Como resultado, depois que o protetor 21 é montado na caixa 11, o contato entre os flancos de carga da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 e a porção rosqueada macho 12 do protetor 11 pode ser estabilizado. Consequentemente, o protetor 21 é montado de modo estável na caixa 11 mesmo quando o número de roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor 21 é um valor pequeno de 3 a 5.

[00111] Por outro lado, quando as roscas da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 têm formato de gancho, de modo que o ângulo de flanco de carga α seja um ângulo negativo, o ângulo de flanco de carga β das roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor 21 é preferencial e substancialmente igual ao ângulo de flanco de carga α das roscas da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 (dentro da faixa de α ± 2°) ou menor. Por exemplo, quando o ângulo de flanco de carga α das roscas da porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 é -3°, o ângulo de flanco de carga β das roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor 21 é substancialmente igual ao ângulo de flanco de carga α quando β é -1° a -5°. Como resultado, conforme descrito acima, o protetor 21 é montado de modo estável na caixa

11.

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[00112] Quando o ângulo de flanco de carga β do protetor 21 é menor do que o ângulo de flanco de carga α da caixa 11 (quando α é -3°, β é menor do que -5°, tal como -8°), o contato entre os flancos de carga da caixa e o protetor pode ser concentrado nos cantos das bases de rosca da porção 5 rosqueada fêmea 12 da caixa 11 ou pode ser restrito somente aos cantos das bases de rosca. Como resultado, a região de contato das roscas da porção rosqueada macho 22 do protetor 21 com a porção rosqueada fêmea 12 da caixa 11 é mais limitada e o revestimento sólido de lubrificação 15 nas cristas rosqueadas da caixa pode ser protegido de modo eficaz.

Claims (8)

1. Protetor de caixa (21) para uma junta rosqueada para tubos que é montada em uma caixa (11) de uma junta rosqueada para tubos que tem uma estrutura de pino e caixa de modo a proteger uma superfície de contato da caixa (11), sendo que a superfície de contato da caixa (11) tem uma porção rosqueada fêmea (12) que inclui roscas completas e uma porção não rosqueada de contato de metal (13) que inclui pelo menos uma superfície de rebordo (14), sendo que a superfície de rebordo (14) é inclinada de modo a retroceder em direção ao eixo geométrico central da junta por um ângulo Θ em relação à direção perpendicular ao eixo geométrico da junta rosqueada ou é paralela à direção perpendicular, em que o protetor de caixa (21) tem um corpo tubular (21a) feito de uma resina com um comprimento axial que é maior do que o da superfície de contato da caixa (11) e que tem uma estrutura que pode formar uma primeira porção de vedação e uma segunda porção de vedação estabelecendo-se contato com a superfície de caixa em ambos os lados da superfície de contato da caixa (11) e em que o corpo tubular (21a) tem em sua superfície periférica externa uma porção rosqueada macho (22) que se engata de modo rosqueável a pelo menos uma porção das roscas completas da porção rosqueada fêmea (12) da caixa (11), em que:

o corpo tubular (21a) do protetor (21) tem uma superfície de rebordo (21b) que forma uma primeira porção de vedação que entra em contato de modo vedável com a superfície de rebordo (14) da caixa (11), a superfície de rebordo (21b) do protetor (21) se inclina para trás na direção de inserção do protetor (21) em direção ao eixo geométrico central da junta por um ângulo ΘΡ em relação à direção perpendicular à direção axial de tubo e o ângulo de inclinação ΘΡ da superfície de rebordo (21b) do protetor (21) é maior do que o ângulo de inclinação Θ da superfície de rebordo da caixa (11);

o corpo tubular do protetor tem um sulco circunferencial (30) em sua superfície periférica externa nos arredores da superfície de rebordo (21b)

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2/3 do protetor (21) e a posição e formato de corte transversal do sulco circunferencial (30) são tais que sob um torque aplicado ao montar o protetor (21) na caixa (11), uma porção do corpo tubular (21a) nos arredores do sulco circunferencial (30) se deforma elasticamente de modo a reduzir a distância na direção axial na abertura do sulco circunferencial, garantindo desse modo a formação da primeira porção de vedação;

a segunda porção de vedação é formada estabelecendo-se contato com um material elástico fixado ao protetor (21) com a superfície de caixa; e uma reentrância (21d) é formada na superfície da extremidade traseira (21c) do protetor (21),

CARACTERIZADO por compreender ainda um corpo de metal tubular (24) que é aberto em ambas as extremidades encaixadas no interior do corpo tubular (21a), e em que uma porção da extremidade traseira do corpo de metal tubular (24) é formada com uma porção dobrada em uma forma circular; e em que o corpo de metal tubular (24) é preso ao protetor (21) pela ação de mola da porção dobrada, que é inserida na reentrância (21d).

2. Protetor de caixa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sulco circunferencial (30) tem um formato axial de corte transversal selecionado dentre um formato de V, um formato de arco, um formato de U, um formato trapezoide e uma combinação desses formatos.

3. Protetor de caixa, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a distância axial na superfície de extremidade aberta do sulco circunferencial (30) é reduzida por pelo menos 0,2 mm pela deformação elástica.

4. Protetor de caixa, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda porção de vedação é formada por um anel de vedação elástico (28) que é disposto na superfície periférica

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3/3 externa do corpo tubular (21a) do protetor (21) de modo a entrar em contato de modo vedável com a superfície de extremidade de caixa quando o protetor (21) é montado em uma caixa (11).

5. Protetor de caixa, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que toda ou uma porção da superfície de contato da caixa (11) que inclui pelo menos a porção rosqueada fêmea (12) da mesma é coberta com um revestimento sólido de lubrificação.

6. Protetor de caixa, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a altura de rosca (H1) da porção rosqueada macho (22) do corpo tubular (21a) do protetor (21) e a altura de rosca (H2) das roscas completas da porção rosqueada fêmea da caixa satisfazem H1 > H2 e a diferença [H1 a H2] entre H1 e H2 é maior do que a espessura de revestimento máxima do revestimento sólido de lubrificação nas cristas das roscas completas da caixa.

7. Protetor de caixa, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção rosqueada macho (22) do protetor (21) tem de 3 a 5 roscas.

8. Protetor de caixa, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção rosqueada macho (22) é disposta em uma posição oposta às fêmeas mais próximas à entrada de caixa das roscas completas da caixa (11).