BR112018069097B1 - Terminação de tubo compósito, encaixe de extremidade de tubo compósito, e, métodos para prover uma terminação de tubo compósito e um encaixe de extremidade de tubo compósito - Google Patents
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Abstract
Uma terminação de tubo compósito é provida, compreendendo: - um tubo compósito (1) tendo uma espessura de parede de tubo compósito e uma extremidade cortada (2); - uma parte anular (3) de material compósito afixada em torno do lado de fora do tubo compósito (1) na extremidade cortada (2), a parte anular (3) tendo uma espessura radial que se conifica no sentido do tubo compósito (1) na direção ao longo do tubo compósito (1) que se afasta da extremidade cortada (2) para prover uma superfície exterior tendo uma porção conificada (5); - meios de pinagem que compreendem um ou mais pinos (10) que se estendem através da parte anular (3) e parcialmente através da espessura da parede do tubo compósito para afixar adicionalmente a parte anular (3) ao tubo compósito (1).
Description
[001] A presente invenção refere-se à afixação de tubo compósito ao tubo de metal ou estrutura para uso no campo de exploração e produção de hidrocarbonetos fora da costa.
[002] A perfuração e o desenvolvimento submarino de óleo e gás empregam tubos para transportar hidrocarbonetos do fundo do mar para a superfície do mar e para transportar fluidos de injeção da superfície para o fundo do mar. Esses tubos foram tipicamente feitos de aço ou de combinações de materiais, tal como fios de aço combinados com um revestimento interno plástico, que juntos formam um tubo de aço flexível.
[003] Ao longo do tempo, as profundidades submarinas nas quais os hidrocarbonetos são extraídos tem tendido a aumentar. Este desenvolvimento tem sido acompanhado por uma necessidade de manipular fluidos mais agressivos, pressões operacionais mais altas e condições ambientais mais severas. A fim de solucionar estes desafios, a indústria se voltou para tubos compósitos, que compreendem polímero reforçado. Estes são tipicamente mais leves e mais capazes de suportar os ambientes mais severos, assim como as condições de carga dinâmica mais complexas incluindo tração, flexão e pressão interna/externa encontradas nas profundezas da superfície do mar.
[004] Um obstáculo à introdução de tais tubos compósitos tem sido a capacidade de terminar de forma segura tais tubos compósitos e conectar um ao outro de forma segura em ambas as interfaces submarinas e de superfície.
[005] As terminações de tubo compósito e conexões devem também ser capazes de prover uma transição segura a partir do material de tubo compósito para um tubo de aço padrão, que pode tipicamente incorporar um flange de aço ou conexão de cubo. Esta transição representa uma dificuldade adicional, por causa das diferentes propriedades estruturais dos dois materiais por um lado e as diferenças na expansão térmica por outro, que juntos tornam esse um desafio para efetuar tanto uma conexão de vedação quanto estrutural seguras.
[006] O documento n° FR 2.641.841 A descreve um processo para integrar um membro de acoplamento metálico em um tubo compósito. Isto é obtido enrolando-se as fibras impregnadas com polímero em torno tanto de um mandril cilíndrico para fazer o tubo, quanto do membro de acoplamento metálico adjacente ao mandril. Uma vez que o enrolamento está completo, as fibras são encolhidas em torno do membro de acoplamento metálico, após o que ocorre uma polimerização final. O membro de acoplamento metálico tem uma região de diâmetro expandido para impedir que o cisalhamento do mesmo ocorra das fibras nas quais está recoberto.
[007] Tal método de prover uma terminação de extremidade de tubo compósito é aplicável a tubos termoestáveis fabricados a partir de um processo chamado “enrolamento”, em que as fibras impregnadas com polímero são enroladas em torno do tubo então subsequentemente curadas, tipicamente por aquecimento. Uma limitação deste método é que ele requer um conhecimento preciso do comprimento do tubo no início do processo, de modo que a terminação do tubo possa ser montada na extremidade do tubo durante a fabricação do tubo. Este processo não permite que um tubo de comprimento nominal seja fabricado, assim, cortado subsequentemente no comprimento desejado e terminado desta maneira. Adicionalmente, este processo se baseia no envolvimento total de partes metálicas com materiais compósitos e a experiência mostrou que tais interfaces craqueiam facilmente devido aos diferenciais de expansão térmica e dureza entre compósitos e componentes metálicos, particularmente se a fibra de carbono é usada.
[008] O documento n° US 4.634.314 A descreve um modo de conectar um flange de aço a um tubo compósito. De acordo com esta abordagem, o flange de aço é usinado com um mandril interno que é configurado para ser inserido dentro do tubo compósito e com uma manga externa que é configurada para encaixar em torno do lado de fora do tubo compósito. Este arranjo forma um “sanduíche” de tubo compósito entre o mandril de aço interno e a manga de aço externa. A abordagem tem a desvantagem de que o mandril restringe o furo do tubo, causando quedas de pressão e erosão local. Adicionalmente, isso pode impedir o funcionamento do equipamento de inspeção e limpeza, tal como “pistões raspadores” de tubulação, além do mandril.
[009] O documento n° US 5.288.109 A descreve uma abordagem por meio da qual um tubo compósito pode ser cortado em um comprimento apropriado e um encaixe de extremidade metálico afixado, inserindo primeiro um mandril interno seguido por uma manga externa para formar um “sanduíche” novamente. O conjunto é então preso por meio de pinagem através da manga externa, através do tubo compósito e para dentro do mandril interno. Enquanto esta abordagem resolve a necessidade de definir um comprimento de tubo exato antes da fabricação, ela sofre do mesmo problema que o documento n° US 4.634.314 A, em que o mandril restringe o furo do tubo. Além disso, a robustez da conexão é limitada por sua falta de pré-carga axial ou radial que aumenta a sua suscetibilidade à falha por fadiga.
[0010] O documento n° WO 2014/023943 A1 descreve uma abordagem que permite que um tubo compósito seja cortado até um comprimento desejado. Depois de ser cortado, a extremidade do tubo compósito é então montada a partir de material compósito adicional que é configurado para conificar se afastando da extremidade do tubo. Em seguida a isto, uma manga metálica configurada para se conjugar com a conificação é forçada sobre a região montada e travada a um conector para um tubo de metal ou outro, que é engatado de modo vedado com e em comunicação fluídica com o tubo compósito. Esta abordagem permite que o tubo de um comprimento ajustado seja terminado e não restrinja o furo do tubo. Além disso, a manga de metal é forçada sobre a região montada para aplicar uma pré-carga axial e radial, que reduz a probabilidade de falha por fadiga.
[0011] Uma limitação deste arranjo é a dependência estrutural na resistência ao cisalhamento do material compósito que é definida pela força do polímero ao invés daquela das fibras de reforço compreendidas no compósito. É possível, sob alta carga axial, que o encaixe de extremidade falhe na interface entre o material montado e o tubo compósito, resultando no cisalhamento do material montado.
[0012] É contra este fundamento que a presente invenção foi concebida.
[0013] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, uma terminação de tubo compósito é provida, compreendendo: - um tubo compósito com uma espessura de parede de tubo compósito e uma extremidade cortada; - uma parte anular de material compósito afixada em torno do lado de fora do tubo compósito na extremidade cortada, a parte anular tendo uma espessura radial que se conifica no sentido do tubo compósito na direção ao longo do tubo compósito que se afasta da extremidade cortada para prover uma superfície exterior tendo uma porção conificada; - meios de pinagem compreendendo um ou mais pinos que se estendem através da parte anular e parcialmente através da espessura da parede do tubo compósito para afixar adicionalmente a parte anular ao tubo compósito.
[0014] Conforme usado aqui, o termo “compósito” em relação à “tubo compósito” e o material da parte anular significa uma matriz de polímero compreendendo fibras de reforço.
[0015] Conforme usado aqui, o termo “espessura de parede de tubo compósito” inclui a espessura de qualquer revestimento interno, se presente.
[0016] A função dos meios de pinagem é prover resistência adicional a cargas de cisalhamento e evitar falha de cisalhamento quando o tubo é carregado axialmente. Isto é obtido de acordo com a invenção sem comprometer a capacidade de suportar alta pressão interna.
[0017] É um aspecto importante da invenção que o um ou mais pinos e os furos nos quais os pinos se encaixam não se estendam completamente através da espessura da parede do tubo compósito e para dentro do furo do tubo compósito. Isto reduz a possibilidade de vazamento e a possibilidade de corrosão/degradação causada por materiais vazados. Conforme explicado acima, os tubos são requeridos para transportar mais e mais fluidos agressivos, incluindo materiais ácidos. Os tubos e os revestimentos internos no presente campo são tipicamente feitos de materiais que têm resistência muito alta à corrosão e à degradação quando expostos a tais fluidos, assim, é importante não comprometer esse aspecto ao permitir que os fluidos tenham oportunidades de escapar. No presente caso, a fim de se obter as propriedades estruturais requeridas, o um ou mais pinos podem ser feitos de metal, especialmente aço, que seriam suscetíveis ao ataque e corrosão pelos fluidos transportados. Como resultado de tal corrosão, a força intensificada da afixação entre a parte anular e o tubo poderia ficar comprometida com o tempo, se os pinos se estenderem completamente através da espessura da parede do tubo compósito e ficarem expostos aos fluidos transportados.
[0018] Vantajosamente, o um ou mais pinos se estendem menos do que ou igual a 80%, preferivelmente de 30% a 60%, mais preferivelmente de 40% a 50% do trajeto através da espessura da parede do tubo compósito.
[0019] É proveitoso se os meios de pinagem compreenderem um ou mais pinos que se estendem através da porção conificada e parcialmente através da espessura da parede do tubo compósito subjacente.
[0020] Se os meios de pinagem compreenderem mais de um pino, então cada pino pode se estender por uma distância diferente através da espessura da parede do tubo para um ou mais do(s) outro(s) pino(s). Alternativamente, cada pino pode se estender pela mesma distância através da espessura da parede do tubo. É proveitoso se todos os pinos se estenderem pela mesma distância através da espessura da parede do tubo para assegurar transferência uniforme de estresse da parte anular.
[0021] Vantajosamente, a parte anular compreende uma porção de espessura radial máxima constante na extremidade cortada e, adjacente à mesma, uma porção de espessura radial que se conifica na direção ao longo do tubo compósito que se afasta da extremidade cortada. Em tal caso, é proveitoso se os meios de pinagem compreenderem um ou mais pinos que se estendem através da porção de espessura máxima constante e parcialmente através da espessura da parede do tubo compósito subjacente e um ou mais pinos que se estendem através da porção conificada e parcialmente através da espessura da parede do tubo compósito subjacente.
[0022] É proveitoso se a porção conificada da parte anular se conifica em um ângulo que seja de 1 grau a 30 graus, preferivelmente de 5 graus a 25 graus em relação à superfície exterior do tubo compósito ao qual a parte anular é afixada.
[0023] De acordo com uma forma de realização, a parte anular pode compreender uma ou mais porções adicionais conificadas e uma ou mais porções adicionais de espessura constante.
[0024] É proveitoso se a parte anular tiver uma espessura radial máxima de mais de 1,0, preferivelmente de 1,25 a 4,0, mais preferivelmente de 1,5 a 2,5 vezes a espessura da parede do tubo. Vantajosamente, a parte anular se estende ao longo do tubo compósito a partir da extremidade cortada a uma distância que é de 1,5 a 10, preferivelmente de 3 a 6 vezes o diâmetro exterior do tubo compósito.
[0025] O pino ou cada pino compreendido nos meios de pinagem pode se estender radialmente ou em um ângulo em relação ao radial, por exemplo, de modo que um pino seja angulado se afastando da extremidade cortada. Vantajosamente, o pino ou cada pino compreendido nos meios de pinagem de acordo com a invenção são arranjados para se estenderem radialmente.
[0026] É proveitoso que os meios de pinagem compreendam dois ou mais pinos. Vantajosamente, os dois ou mais pinos formam uma ou mais linhas circunferenciais de pinos em torno da parte anular. Preferivelmente, os pinos em uma linha circunferencial são espaçados de modo equidistante uns dos outros. Mais preferivelmente, existe um número par de pinos na linha circunferencial ou em cada linha circunferencial de pinos. Em tal caso, a linha circunferencial de pinos ou cada linha circunferencial de pinos compreende vantajosamente um número par de 2 a 36, preferivelmente um número par de 4 a 24 pinos. Se houver mais de duas linhas circunferenciais de pinos, então é também proveitoso que as linhas circunferenciais de pinos sejam espaçadas de modo equidistante uns dos outros. Cada um destes aspectos de como os pinos são arranjados, por si só ou em combinação com um ou mais dos outros, pode tender a aumentar a eficácia da afixação entre a parte anular e o tubo compósito e assim reduzir o risco de falha dessa conexão.
[0027] A resistência adicional a cargas de cisalhamento providas pelos pinos é proporcional à soma das áreas de seção transversal de pinos. Para obter uma área de seção transversal total apropriada, o versado pode escolher usar um número maior de pinos de diâmetro pequeno ou um número menor de pinos de diâmetro maior. Isto dependerá, dentre outras coisas, do desempenho axial requerido da terminação de tubo compósito, e encaixe de extremidade e do material de fabricação do(s) pino(s).
[0028] Os pinos podem ser feitos de metal ou de um compósito compreendendo fibra de carbono. Se os pinos forem feitos de metal, então eles podem ser feitos de aço, ou titânio ou uma mistura dos mesmos. Conforme discutido acima, os pinos são preferivelmente feitos de metal, mais preferivelmente de aço.
[0029] Os pinos são de formato vantajosamente cilíndrico e podem ter qualquer seção transversal apropriada, mas são vantajosamente circulares em seção transversal. As extremidades de cada pino podem ser cortadas quadradas para facilidade de fabricação ou alternativamente fabricados com um filete para auxiliar na inserção e para prover um encaixe apertado no fundo do furo correspondente e evitar interstícios de ar.
[0030] O polímero compreendido no compósito é vantajosamente um polímero termoplástico e, preferivelmente, compreende polieteretercetona (PEEK). As fibras de reforço compreendidas no compósito são, vantajosamente, fibras de carbono, fibras de vidro, ou misturas das mesmas.
[0031] De acordo com um segundo aspecto da invenção, um encaixe de extremidade de tubo compósito é provido compreendendo a terminação de tubo compósito do primeiro aspecto da invenção e adicionalmente compreendendo: - uma manga de metal anular tendo uma superfície interior que se conjuga com a superfície exterior da parte anular que inclui a porção conificada e tendo uma porção de extensão anular, que se estende além da extremidade cortada; - uma peça de transição para formar interface com um tubo de metal, a peça de transição tendo um conduto através da mesma para permitir a comunicação fluídica entre a peça de transição e o tubo compósito, e entre a peça de transição e qualquer tubo de metal conectado; - meios de travamento para travar a peça de transição em engate de vedação com a porção de extensão anular.
[0032] A peça de transição compreende, preferivelmente, um flange proximal que se conjuga com a extremidade cortada na porção de extensão e um conector distal para afixação a um tubo de metal.
[0033] Vantajosamente, de acordo com o segundo aspecto da invenção, a porção de extensão anular compreende uma rosca interna em uma superfície interior da coroa anular e os meios de travamento compreendem um anel de travamento com uma rosca externa sobre uma superfície exterior que coopera com a rosca interna para travar o flange proximal na porção de extensão.
[0034] O conector distal de acordo com o segundo aspecto da invenção pode ser um flange ou um cubo.
[0035] Vantajosamente, a manga de metal anular, a peça de transição e o anel de travamento de acordo com o segundo aspecto da invenção são feitos de aço.
[0036] De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é provido um método para prover uma terminação de tubo compósito, compreendendo as etapas de: - prover um tubo compósito tendo uma espessura de parede de tubo compósito; - cortar o tubo compósito até um comprimento desejado para expor uma extremidade cortada; - afixar material compósito adicional na forma de uma parte anular em torno do lado de fora do tubo compósito na extremidade cortada; - conificar uma espessura radial da parte anular no sentido do tubo compósito em uma direção ao longo do tubo compósito que se afasta da extremidade cortada para prover uma superfície exterior tendo uma porção conificada; - prover um ou mais furos, o furo ou cada furo se estendendo através da parte anular e parcialmente através da espessura da parede do tubo compósito; - prover meios de pinagem que compreendem um pino de encaixe apertado correspondendo ao furo ou a cada furo; - afixar adicionalmente a parte anular ao tubo compósito através da introdução de um pino de encaixe apertado no furo ou em cada furo.
[0037] Métodos de fabricação de tubos compósitos são conhecidos na técnica, por exemplo, a partir do documento n° GB 2.527.223 A e GB 2.526.986 A. Uma vantagem dos tubos compósitos, tais como aqueles descritos nesses pedidos de patente, é que eles têm uma baixa densidade quando comparados com o tubo de metal, e são mais capazes de suportar os ambientes mais severos implicados na extração de hidrocarboneto submarina do que o tubo de metal. Além disso, eles podem ser fabricados em comprimentos grandes e bobinados em um carretel para serem armazenados e transportados.
[0038] Após a fabricação dos tubos compósitos, o tubo é cortado, usando métodos conhecidos na técnica, para expor uma extremidade cortada. O tubo compósito é tipicamente cortado ortogonalmente em relação ao seu eixo geométrico principal para gerar o comprimento desejado e prover uma extremidade de plano quadrado.
[0039] O material compósito adicional é então afixado e montado em torno do lado de fora do tubo compósito na extremidade cortada para formar uma parte anular. O material compósito adicional pode ter uma composição que é igual ou diferente do material compósito a partir do qual o tubo compósito é feito, mas é, de forma vantajosa, o mesmo. Se o material compósito do tubo compósito e a parte anular são iguais, então eles terão as mesmas propriedades físicas e químicas, tais como propriedades de expansão térmica e propriedades de sustentação de carga. Isto serve para evitar ter propriedades diferenciais, tais como taxas diferenciais de expansão térmica, que pode conduzir à criação de estresse e mesmo ruptura em uso.
[0040] A parte anular pode ser feita de acordo com métodos conhecidos pelos versados, tal como os métodos descritos no documento n° GB 2.527.223 A e GB 2.526.986 A para a produção de tubo compósito. Em uma forma de realização, uma tira pré-formada de material compósito reforçado com fibra que compreende uma matriz de polímero termoplástica é enrolada em torno do lado de fora da extremidade do tubo compósito para montar a parte anular, com aplicação apropriada de calor antes, e/ou durante e/ou após o enrolamento.
[0041] As dimensões preferidas da parte anular em relação ao tubo compósito já foram providas na discussão do primeiro aspecto da invenção.
[0042] A espessura da parte anular é então provida de um perfil cônico por meio de usinagem de uma espessura radial para inclinar a mesma no sentido do tubo compósito em uma direção ao longo do tubo compósito que se afasta da extremidade cortada, desse modo provendo uma superfície exterior tendo uma porção conificada.
[0043] A porção conificada pode estender parte do trajeto em torno ou em torno de toda a circunferência da parte anular. Vantajosamente, o perfil cônico se estende em torno de toda a circunferência da parte anular, de modo que a porção conificada da parte anular é conformada como um tronco. A etapa de conificar é realizada usando métodos conhecidos por versados na técnica.
[0044] A superfície exterior da parte anular, incluindo a porção conificada, é configurada para conjugar intimamente com a superfície interior de uma manga de metal anular pré-formada, que é discutida abaixo.
[0045] Após a formação da parte anular, um ou mais furos são providos na parte anular, por métodos conhecidos pelos versados na técnica, tais como perfuração. O furo ou cada furo se estende através da parte anular e parcialmente através da espessura da parede do tubo compósito. Conforme já explicado em relação aos pinos do primeiro aspecto da invenção, é importante que os furos não se estendam completamente através da espessura da parede do tubo compósito e para dentro do furo do tubo compósito. Vantajosamente, o furo ou cada furo é configurado para se estender menos que ou igual a 80%, preferivelmente de 30% a 60%, mais preferivelmente de 40% a 50% do trajeto através da espessura da parede do tubo compósito.
[0046] É proveitoso se os furos providos se estenderem através da porção conificada e parcialmente através da espessura da parede do tubo compósito subjacente.
[0047] Além disso, conforme já explicado em relação aos pinos do primeiro aspecto, o furo ou cada furo é vantajosamente configurado para se estender radialmente. É proveitoso prover dois ou mais furos arranjados para formar uma ou mais linhas circunferenciais de furos em torno da parte anular. Vantajosamente, os furos na linha circunferencial ou em cada linha circunferencial estão espaçados de modo equidistante uns dos outros. Preferivelmente, a linha circunferencial de furos ou cada linha circunferencial de furos é provida de um número par de furos, preferivelmente um número par de 2 a 36, mais preferivelmente um número par de 4 a 24 furos. Além disso, se existem mais de duas linhas circunferenciais de furos, então é proveitoso arranjar os furos a serem espaçados de modo equidistante uns dos outros.
[0048] Os meios de pinagem são, então, introduzidos em um ou mais furos para afixar adicionalmente a parte anular ao tubo compósito. Os meios de pinagem compreendem um pino de encaixe apertado correspondente a cada furo. O encaixe apertado é importante para assegurar uma transferência de carga segura para os pinos e uma distribuição de carga uniforme e pode ser obtido furando-se um orifício de tamanho menor e conduzindo um pino no mesmo usando métodos conhecidos por aqueles versados na técnica. Adicionalmente, a matriz de polímero do compósito pode ser fundida ao forçar o pino para dentro do orifício. Calor suficiente para fundir o polímero pode ser gerado por atrito, por exemplo, ao rodar o pino em alta velocidade à medida que ele é introduzido no furo, por meio de vibração ultrassônica, eletricamente (tanto diretamente quanto por indução) ou por meio de uma combinação destes métodos.
[0049] Cada pino é conduzido para dentro de seu furo correspondente de modo que sua extremidade exposta fique nivelada com ou afundada sob a superfície exterior da parte anular. Se um pino for conduzido para dentro de uma superfície exterior da parte anular em um ângulo que não é ortogonal a essa superfície, então a extremidade exposta desse pino pode ser parcialmente nivelada com aquela superfície exterior e parcialmente afundada sob ela.
[0050] De acordo com um quarto aspecto da invenção, é provido um método para prover um encaixe de extremidade de tubo, que compreende o método do terceiro aspecto e as etapas adicionais de: - prover uma manga de metal anular tendo uma superfície interior configurada para se conjugar com a superfície exterior da parte anular que inclui a porção conificada e tendo uma porção de extensão anular, configurada para se estender além da extremidade cortada; - forçar a parte anular para dentro da manga de metal anular para gerar uma pré-carga axial e radial alta entre a parte anular e a manga de metal anular; - prover uma peça de transição para formar interface com um tubo de metal e meios de travamento para travar a peça de transição na porção de extensão anular, a peça de transição tendo um conduto através da mesma para permitir a comunicação fluídica entre a peça de transição e o tubo compósito, e entre a peça de transição e qualquer tubo de metal conectado; - travar a peça de transição dentro do engate de vedação com a porção de extensão anular utilizando os meios de travamento.
[0051] A manga de metal anular é configurada para se encaixar em torno e se conjugar intimamente com a parte anular, incluindo a porção conificada. A manga de metal anular pode ser provida no tubo compósito após o corte para expor a extremidade cortada e antes da fabricação da terminação do tubo compósito, ou pode ser provida a partir da outra extremidade do tubo após a fabricação da terminação do tubo compósito. Inicialmente, a manga de metal anular é deslizável sobre o tubo compósito. Após a fabricação da terminação do tubo compósito, a manga de metal anular é movida para a posição, de modo que a porção de extensão anular se estenda além da extremidade cortada e de modo que a superfície interior da manga de metal anular se conjuga com a superfície exterior da parte anular, incluindo a porção conificada. Esta conjugação é importante, porque a interface com a porção conificada provê um forte efeito de soqueteamento e confere a capacidade de transmitir cargas de tração e flexão para o encaixe de extremidade de tubo compósito. A interface e sua capacidade de acomodar cargas externas são adicionalmente intensificadas por uma etapa de pré- carregamento, em que o tubo compósito é empurrado axialmente para dentro do colar de aço usando métodos conhecidos por aqueles versados na técnica, tal como por meios de uma ferramenta hidráulica. Esta etapa de pré- carregamento gera uma pré-carga radial e axial alta entre a manga de metal anular e a terminação do tubo compósito. O arranjo pré-carregado é então travado em posição utilizando meios de travamento.
[0052] A vedação com um tubo de metal pode ser provida por um método de vedação padrão, tal como um O-RING, uma junta ou uma vedação de furo, que é energizada por pressão e disposta em superfícies preparadas na interface entre a extremidade do encaixe de extremidade de tubo compósito e o início do tubo de metal.
[0053] A invenção será agora descrita adicionalmente, apenas a título de exemplo, e com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Figura 1 ilustra uma vista lateral de uma terminação de tubo compósito de acordo com a invenção.
[0054] A Figura 2 ilustra uma seção transversal através de A-A do tubo compósito da Figura 1.
[0055] A Figura 3 mostra uma vista lateral de um encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com a invenção, distinguido pelo fato de compreender uma terminação de tubo compósito de acordo com a invenção.
[0056] Uma descrição detalhada da invenção será agora provida com referência às figuras acima.
[0057] A Figura 1 mostra uma forma de realização de uma terminação de tubo compósito compreendendo um tubo compósito, que se estende até a extremidade cortada (2). Uma região montada na extremidade cortada forma uma parte anular (3) em torno do lado de fora da extremidade cortada. A parte anular (3) compreende uma porção de espessura radial máxima constante (4) adjacente à extremidade cortada e uma porção conificada (5) adjacente à porção de espessura radial máxima constante, que se conifica no sentido do tubo compósito na direção ao longo do tubo compósito que se afasta da extremidade cortada. A parte anular (3) de acordo com esta forma de realização compreende uma porção adicional de espessura constante (6) e uma porção adicional conificada (7).
[0058] Um furo de tubo composto (8) se estende através do tubo compósito (1) para a extremidade cortada (2). Furos que se estendem radialmente (9) foram providos através da parte anular, cada furo (9) também se estendendo parcialmente através da espessura da parede do tubo compósito. Todos os furos (9) de acordo com esta forma de realização, se estendem parcialmente através da espessura da parede do tubo para terminar na mesma profundidade radial. Os furos (9) de acordo com esta forma de realização foram providos em quatorze linhas circunferenciais, cada linha compreendendo doze dos furos espaçados de modo equidistante uns dos outros, como pode ser visto a partir da Figura 2, embora o número de linhas circunferenciais de furos e o número de furos em uma linha circunferencial sejam puramente exemplificativos. Os meios de pinagem que compreendem pinos de encaixe apertado (10) são mostrados já no lugar dentro da maior parte dos furos (9) nas Figuras 1 e 2, para afixar adicionalmente a parte anular ao tubo compósito. Além disso, um pino (10), no caso da Figura 1, e três pinos (10), no caso da Figura 2, são mostrados prontos para serem forçados para dentro dos furos (9) usando métodos conhecidos por aqueles versados na técnica.
[0059] A Figura 3 mostra um encaixe de extremidade de tubo compósito, compreendendo a terminação de tubo compósito ilustrada nas Figuras 1 e 2, por meio do qual meios de pinagem foram providos, compreendendo um pino de encaixe apertado (10) acionado em cada furo radial (9). O numeral de referência na Figura 3, que é o mesmo que o numeral de referência usado nas Figuras 1 e 2, tem o mesmo significado que se aplica àquelas Figuras.
[0060] Como mostrado na Figura 3, uma manga de metal anular (11) é provida tendo uma superfície interior que se conjuga intimamente com a superfície exterior da parte anular incluindo, de modo importante, a porção conificada. A manga de metal anular também compreende uma porção de extensão (12) que se estende além da extremidade cortada (2) e que compreende uma rosca sobre sua superfície interior. A terminação do tubo compósito foi forçada para dentro da manga de metal anular usando ferramentas conhecidas pelo versado, tais como ferramentas hidráulicas, para gerar uma pré-carga axial e radial alta. A manga de metal anular foi então travada em uma peça de transição (13) por meios de um anel de travamento (14). O anel de travamento (14) compreende uma rosca na superfície exterior que coopera com a rosca na superfície interior da porção de extensão (12), de modo que o anel de travamento (14) pode ser rosqueado na porção de extensão (12) para travar a peça de transição (13) à manga de metal anular e travar as duas entre si. A peça de transição (13) compreende um conduto (15) através da mesma, um flange proximal (16) que se conjuga com a extremidade cortada do tubo compósito (e também a parte anular adjacente à extremidade cortada) e um conector distal (17) adequado para afixação a um metal ou outro tubo (não mostrado). O flange proximal (16) é forçado contra a extremidade cortada (2) pelo anel de travamento (14). O conector distal (17) na Figura 3 é um flange adicional. Meios de vedação energizados por pressão (não mostrado), tais como um O-RING, uma junta ou uma vedação de furo, garantem uma vedação estanque a fluido.
Claims (24)
1. Encaixe de extremidade de tubo compósito compreendendo uma terminação de tubo compósito, a terminação de tubo compósito compreendendo: - um tubo compósito (1) tendo uma espessura de parede de tubo compósito e uma extremidade cortada (2); - uma parte anular (3) de material compósito afixada em torno do lado de fora do tubo compósito (1) na extremidade cortada (2), a parte anular (3) tendo uma espessura radial que se conifica no sentido do tubo compósito (1) na direção ao longo do tubo compósito (1) que se afasta da extremidade cortada (2) para prover uma superfície exterior tendo uma porção conificada (5); o encaixe de extremidade de tubo compósito caracterizado pelo fato de que compreende ainda: - meios de pinagem que compreendem um ou mais pinos (10)que se estendem através da parte anular (3) e parcialmente através da espessura da parede do tubo compósito para afixar adicionalmente a parte anular (3) ao tubo compósito (1); o encaixe de extremidade de tubo compósito compreende adicionalmente: - uma manga de metal anular (11) tendo uma superfície interior que se conjuga com a superfície exterior da parte anular (3) incluindo a porção conificada (5) e tendo uma porção de extensão anular (12), que se estende além da extremidade cortada (2); - uma peça de transição (13) para formar interface com um tubo de metal, a peça de transição (13) tendo um conduto (15) através da mesma para permitir a comunicação fluídica entre a peça de transição (13) e o tubo compósito (1) e entre a peça de transição (13) e qualquer tubo de metal conectado; - meios de travamento para travar a peça de transição (13) em engate de vedação com a porção de extensão anular (12).
2. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o um ou mais pinos (10) se estendem menos do que ou igual a 80%, preferivelmente de 30% a 60%, mais preferivelmente de 40% a 50% do trajeto através da espessura da parede do tubo compósito.
3. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a parte anular (3) compreende uma porção de espessura radial máxima constante na extremidade cortada (2) e, adjacente a mesma, uma porção de espessura radial que se conifica na direção ao longo do tubo compósito (1) que se afasta da extremidade cortada (2).
4. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a parte anular (3) tem uma espessura radial máxima de mais de 1,0, preferivelmente de 1,25 a 4,0, mais preferivelmente de 1,5 a 2,5 vezes a espessura da parede do tubo.
5. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a parte anular (3) se estende ao longo do tubo compósito (1) a partir da extremidade cortada (2) a uma distância que é de 1,5 a 10, preferivelmente de 3 a 6 vezes o diâmetro exterior do tubo compósito (1).
6. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios de pinagem compreendem um ou mais pinos (10), cada um arranjado para se estender radialmente.
7. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios de pinagem compreendem dois ou mais pinos (10) arranjados para formar uma ou mais linhas circunferenciais de pinos em torno da parte anular (3).
8. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os pinos (10) na linha circunferencial ou em cada linha circunferencial estão espaçados de modo equidistante uns dos outros.
9. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a linha circunferencial de pinos (10) ou cada linha circunferencial de pinos (10) compreende um número par de pinos, preferivelmente um número par de 2 a 36, mais preferivelmente um número par de 4 a 24 pinos.
10. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende mais de duas linhas circunferenciais de pinos (10), as linhas circunferenciais de pinos (10) estando espaçadas de modo equidistante umas das outras.
11. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os pinos (10) são feitos de metal, preferivelmente aço.
12. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o compósito compreende fibras de reforço em uma matriz de polímero.
13. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o polímero é um polímero termoplástico, preferivelmente de PEEK, e as fibras de reforço compreendem fibras de vidro, fibras de carbono ou misturas das mesmas.
14. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a peça de transição (13) compreende um flange proximal (16) que se conjuga com a extremidade cortada (2) dentro da porção de extensão anular (12) e um conector distal (17) para afixação a um tubo de metal.
15. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a porção de extensão anular (12) compreende uma rosca interna sobre uma superfície interior da coroa anular e em que os meios de travamento compreendem um anel de travamento (14) com uma rosca externa sobre uma superfície exterior que coopera com a rosca interna para travar o flange proximal (16) na porção de extensão anular (12).
16. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que o conector distal (17) é um flange ou um cubo.
17. Encaixe de extremidade de tubo compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma ou mais das mangas de metal anular (11), a peça de transição (13) e o anel de travamento (14) são feitos de aço.
18. Método para prover um encaixe de extremidade de tubo compósito, compreendendo as etapas de: - prover um tubo compósito (1) tendo uma espessura de parede de tubo compósito; - cortar o tubo compósito (1) até um comprimento desejado para expor uma extremidade cortada (2); - afixar material compósito adicional na forma de uma parte anular (3) em torno do lado de fora do tubo compósito (1) na extremidade cortada (2); - conificar uma espessura radial da parte anular (3) no sentido do tubo compósito (1) em uma direção ao longo do tubo compósito (1) que se afasta da extremidade cortada (2) para prover uma superfície exterior tendo uma porção conificada (5); caracterizado por: - prover um ou mais furos (8), o furo (8) ou cada furo (8) se estendendo através da parte anular (3) e parcialmente através da espessura da parede do tubo compósito (1); - prover meios de pinagem que compreendem um pino de encaixe apertado (10) correspondendo ao furo (8) ou a cada furo (8); - afixar adicionalmente a parte anular (3) ao tubo compósito (1) através da introdução de um pino de encaixe apertado (10) no furo (8) ou em cada furo (8); - prover uma manga de metal anular (11) tendo uma superfície interior configurada para se conjugar com a superfície exterior da parte anular (3) que inclui a porção conificada (5) e tendo uma porção de extensão anular (12), configurada para se estender além da extremidade cortada (2); - forçar a parte anular (3) para dentro da manga de metal anular (11) para gerar uma pré-carga axial e radial alta entre a parte anular (3) e a manga de metal anular (11); - prover uma peça de transição (13) para formar interface com um tubo de metal e meios de travamento para travar a peça de transição (13) na porção de extensão anular (12), a peça de transição (13) tendo um conduto (15) através da mesma para permitir a comunicação fluídica entre a peça de transição (13) e o tubo compósito (1), e entre a peça de transição (13) e qualquer tubo de metal conectado; - travar a peça de transição (13) dentro do engate de vedação com a porção de extensão anular (12) utilizando os meios de travamento.
19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de configurar o furo (8) ou cada furo (8) para se estender menos do que ou igual a 80%, preferivelmente de 30% a 60%, mais preferivelmente de 40% a 50% do trajeto através da espessura da parede do tubo compósito.
20. Método de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de configurar o furo (8) ou cada furo (8) para se estender radialmente.
21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de prover dois ou mais furos (8) arranjados para formar uma ou mais linhas circunferenciais de furos (8) em torno da parte anular (3).
22. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de arranjar os furos (8) na linha circunferencial ou em cada linha circunferencial a ser espaçada de modo equidistante umas das outras.
23. Método de acordo com a reivindicação 21 ou 22, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de prover a linha circunferencial de furos (8) ou cada linha circunferencial de furos (8) com um número par de furos (8), preferivelmente um número par de 2 a 36, mais preferivelmente um número par de 4 a 24 furos (8).
24. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 23, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de prover mais de duas linhas circunferenciais de furos (8) e arranjar as linhas circunferenciais de furos (8) a serem espaçadas de modo equidistante umas das outras.
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