BR112019012620B1 - Dispositivo de interface de fundação com proteção catódica - Google Patents

Abstract

Uma interface de fundação que evita o problema de corrosão galvânica. De acordo com um aspecto, a invenção fornece um dispositivo de interface de fundação (20) disposto para engatar uma abertura na parede (22) de uma fundação ou estrutura offshore tendo paredes feitas de um primeiro metal. O dispositivo de interface tem dentes ou braços (24, 44) dispostos para engatar o interior da abertura. Os dentes ou braços (24, 44) são fornecidos com meios de proteção galvânica (30, 32, 34, 38). De acordo com um aspecto, o meio de proteção galvânica (30, 32, 34, 38) compreende um elemento de contato não metálico disposto os dentes ou braços (24, 44), onde o elemento não metálico está em contato com o interior da abertura. De acordo com um aspecto, o elemento de contato não metálico é feito de um material cerâmico.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção se refere a cabos e flexíveis, em particular a dispositivos de interface de pull-in através dos quais os cabos submarinos entram em uma estrutura offshore.

ANTECEDENTES

[002] Cabos, em particular cabos usados na indústria offshore, podem ser extremamente longos e pesados. Os cabos devem ser frequentemente puxados de uma localização para outra, exigindo grandes forças de tração de até várias toneladas. Os cabos devem frequentemente ser protegidos do ambiente e impactos físicos, e em certas aplicações os cabos são dispostos concentricamente dentro de um conduto de proteção que é puxado com o cabo e preso a uma estrutura. Um exemplo de tal aplicação são cabos estirados entre turbinas eólicas offshore, estações de transformador e similar. Outro exemplo de tal aplicação são flexíveis estirados entre plataformas de produção offshore.

[003] Em tal aplicação, é desejável que o conduto seja preso no ponto de entrada da fundação, para assegurar que o conduto não seja puxado de volta para fora da fundação pelo peso da disposição de cabos, por correntes ou outras forças. Uma solução da técnica anterior para este problema é descrita em EP2329174. Como mostrado aqui, um elemento de pull-in travável está disposto na extremidade do conduto. O elemento de pull-in compreende uma seção de restrição de curvatura flexível em sua extremidade dianteira, e um segmento de travamento em sua extremidade traseira. A seção de restrição de curvatura flexível está na forma de um corpo de aço cilíndrico, rígido com uma parte de contato em sua base que tem um diâmetro maior que o furo de entrada. O segmento de travamento ainda compreende vários dedos carregados por mola, orientados espaçados uma distância à frente da parte de contato. Os dedos, sendo orientados na posição estendida, saltam para engatar o interior da abertura para impedir o conduto de ser puxado de volta para fora da estrutura.

[004] Outro exemplo de uma interface de pull-in de fundação é a invenção pelo requerente presente em PCT/EP2017/063695, reivindicando prioridade de US 62/347367 depositado em 9 de junho de 2016, os conteúdos inteiros dos quais é aqui incorporado por referência. Como descrito aqui, esta aplicação fornece um dispositivo de interface de fundação compreendendo um elemento de pull-in alongado para conexão com uma extremidade dianteira de um conduto cilíndrico alongado, flexível no qual está disposto um cabo. O elemento de pull-in tem um furo central longitudinal. Na extremidade traseira do elemento de pull-in, uma luva deslizável está disposta em torno da circunferência do elemento de pull-in. A luva deslizável está disposta para deslizar na direção longitudinal do elemento de pull-in. A luva deslizável tem uma parte de contato em sua base, a parte de contato sendo maior em diâmetro que a abertura da fundação na qual o dispositivo de pull-in deve ser puxado. A luva deslizável é conectada a elementos de dentes extensíveis em sua extremidade dianteira por uma ligação, onde o movimento longitudinal da luva é transferido para uma extensão lateral dos elementos de dentes, que engatam o interior da abertura na fundação para impedir o dispositivo de interface de ser puxado para fora.

[005] As fundações offshore, nas quais os dispositivos de interface descritos acima são inseridos, são tipicamente feitas de metal, por exemplo, aço carbono. Os dentes ou braços dos dispositivos de interface descritos acima que engatam o interior da abertura são igualmente feitos de metal. Devido ao ambiente salino da água do mar, o contato de metal com metal entre os dentes da interface e a parede interna da fundação causarão corrosão galvânica (também chamada corrosão bimetálica). Desde que tais dispositivos de interface têm frequentemente uma vida útil esperada de 20 anos ou mais, tal corrosão galvânica pode enfraquecer a área de parede na vizinhança da abertura. Devido às forças de tração algumas vezes extremas de cabos submarinos, isto pode levar a uma falha catastrófica do dispositivo de interface.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] A presente invenção visa fornecer uma interface de fundação que evita o problema de corrosão galvânica. De acordo com um aspecto, a invenção fornece um dispositivo de interface de fundação disposto para engatar uma abertura na parede de uma fundação ou estrutura offshore tendo paredes feitas de um primeiro metal. O dispositivo de interface tem dentes ou braços dispostos para engatar o interior da abertura. Os dentes ou braços são fornecidos com meios de proteção galvânica.

[007] De acordo com um aspecto, o meio de proteção galvânica compreende um elemento de contato não metálico disposto nos dentes ou braços, onde o elemento não metálico está em contato com o interior da abertura.

[008] Em uma modalidade, o elemento não metálico é feito de um material cerâmico, tal como cerâmica de Óxido de Alumínio (AL2O3), por exemplo, Frialit® F99.7. Materiais alternativos incluem cerâmicas de Zircônia (ZrO2), carbeto de silício (SiC), nitreto de silício (Si3N4) ou zircônia parcialmente estabilizada por Magnésio (ZrO2, MgO).

[009] De acordo com um aspecto, o elemento de contato de cerâmica é um ou mais bolas de cerâmica integradas na extremidade de topo dos dentes ou braços. De acordo com outro aspecto, o elemento de contato de cerâmica é uma haste integrada no topo dos dentes ou braços. De acordo com ainda outro aspecto, o elemento de contato de cerâmica é uma tampa ou cobertura na extremidade de topo dos dentes ou braços

[010] Em uma segunda modalidade, o elemento de contato de cerâmica é feito de uma borracha, poliuretano, um polímero elastomérico, epóxi ou similar.

[011] Em uma terceira modalidade, os dentes ou braços inteiros são feitos de material não metálico.

[012] Em uma quarta modalidade, os dentes ou braços são feitos do mesmo material metálico que as paredes de fundação.

[013] De acordo com outro aspecto, utilizável com as modalidades precedentes, a invenção fornece uma bainha elastomérica tendo abas que está disposta sobre os dentes ou braços quando estão na posição retraída. As abas são dispostas sobre os dentes ou braços, de modo que quando os dentes ou braços se estendem, as abas serão empurradas para fora, e são prensadas (sandwiched) entre o topo dos braços e o interior da abertura de parede. Este aspecto pode tanto ser o meio de proteção galvânico primário, ou um suplemento em uma das modalidades precedentes, desse modo funcionando como um amortecedor fornecendo proteção adicional.

[014] Em uma quinta modalidade, os dentes ou braços do dispositivo de interface são substituídos com um anel de retenção, tendo o elemento de contato não metálico embutido em intervalos em torno de sua circunferência.

[015] Uma função adicional do elemento de contato de proteção galvânica (diferente de fornecer um isolamento entre metais de potencial galvânico diferente) é servir como um ponto de contato quando as cargas são altas, e as superfícies de contato são pequenas, não uniformes, ou de ângulo desconhecido/variando. O material de proteção galvânico será exposto a altas forças de impacto em pequenas áreas. O material de proteção galvânico pode também fornecer amortecimento e desse modo reduzir as cargas de pico.

[016] A parte mecânica em que o material de proteção é instalado (por exemplo, os dentes de retenção ou braços), é tipicamente feito de aço de alta resistência. A parte mecânica pode também (parcial ou completamente) ser feita de material de proteção propriamente dito.

[017] A instalação do elemento de proteção na parte metálica pode ser feita de várias maneiras. Se bolas de cerâmica são usadas, o assento deve ter o esmo formato que a bola para fornecer boa distribuição das cargas na parte metálica. A bola pode ser fiada em um furo correspondente usando um anel de aperto, anel soldado, anel roscado, flange aparafusado ou adesivo. É importante que a direção da carga esteja no assento e não no dispositivo fixando a bola na parte metálica.

BREVE DESCRIÇÃO DE DESENHOS

[018] A invenção será descrita em detalhe com referência às figuras anexas em que:

[019] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma modalidade da invenção tendo uma bola de cerâmica integrada na extremidade de topo dos dentes ou braços.

[020] A Figura 2 é uma vista em seção transversal da modalidade da Figura 1.

[021] A Figura 3 é uma vista em seção transversal detalhada da Figura 2.

[022] A Figura 4 é uma vista em perspectiva detalhada de uma modalidade alternativa com uma haste de cerâmica integrada na extremidade de topo dos dentes ou braços.

[023] A Figura 5 é uma vista em perspectiva detalhada de uma modalidade alternativa com uma ponta ou tampa de cerâmica integrada na extremidade de topo dos dentes ou braços.

[024] A Figura 6 é uma vista em seção transversal ilustrando a bola ou haste integrada na extremidade de topo dos dentes ou braços.

[025] As Figuras 7A e 7B são vistas em perspectiva de uma modalidade alternativa com várias bolas de cerâmica integradas na extremidade de topo dos dentes ou braços.

[026] As Figuras 8A e 8B são vistas em perspectivas mostrando uma luva elástica com abas usadas com modalidades tendo e não tendo uma bola de cerâmica, respectivamente.

[027] A Figura 9 é uma vista em perspectiva de uma modalidade alternativa tendo um anel de retenção com bolas de cerâmica integradas.

[028] A Figura 10 é uma vista em seção transversal da Figura 9.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[029] Como mostrado na Figura 1, a invenção de acordo com um aspecto fornece um dispositivo de interface de fundação 20 disposto para passar através de uma abertura em uma parede subaquática 22 de uma estrutura. Exemplos de tais estruturas incluem, por exemplo, a fundação de uma turbina eólica offshore, ou fundação offshore similar. O dispositivo de interface é tipicamente usado como um dispositivo de pull-in para a entrada de um cabo no interior da estrutura. Tais dispositivos de interface têm meios para engatar a parede interna da abertura para impedir o cabo de puxar o dispositivo de interface para fora d abertura. Como mostrado na Figura 1, tais meios podem ser vários dentes ou braços 24 dispostos para estender em uma direção externa a partir do corpo tipicamente cilíndrico do dispositivo de interface quando é puxado para a abertura. Na modalidade mostrada na Figura 1, os dentes ou braços 24 se estendem em virtude de uma ligação conectando os dentes ou braços 24 a uma luva móvel 26. Na extremidade traseira da luva 26 está um suporte 28 com um diâmetro maior que a abertura. O dispositivo de interface é puxado para a fundação até que o suporte 26 faça contato com o lado externo da parede 22. Forças de tração adicionais fazem os dentes ou braços 24 serem rodados para sua posição estendida.

[030] Como pode ser visto na Figura 1, um ou mais dos dentes ou braços 24 às vezes estarão em contato com o lado interior da parede 22. A parede 22 é feita tipicamente de um primeiro metal, por exemplo aço carbono. Os dentes ou braços 24 são feitos tipicamente de um segundo metal, por exemplo um aço de alta resistência. Desde que os dois metais são de material diferente tendo potencial galvânico diferente, existe um perigo de corrosão galvânica entre os dois. Portanto, os dentes ou braços compreendem um elemento de contato não metálico disposto em suas extremidades, posicionados de modo que o elemento de contato não metálico, em vez da parte metálica dos dentes ou braços, faz contato com a parede interior.

[031] Na modalidade mostrada na Figura 1, o elemento de contato é uma bola de cerâmica 30. as Figuras 2 e 3 ilustram o ponto de contato entre a bola de cerâmica 30 e a parede 22.

[032] Na modalidade mostrada na Figura 4, o elemento de contato não metálico é uma haste de cerâmica 32.

[033] Na modalidade mostrada na Figura 5, o elemento de contato não metálico é uma tampa ou ponta 34 disposta na extremidade de dentes e braços 24.

[034] A bola de cerâmica 30 ou haste de cerâmica 32 é integrada na extremidade dos braços 24, como mostrado na Figura 6. De acordo com um aspecto, a bola está disposta em um recesso, com a extremidade dos dentes ou braços 24 apertados em toro da bola para prendê-la no lugar. Alternativamente, a bola ou haste pode ser fixada por cola ou outro meio conhecido na técnica.

[035] As Figuras 7A e 7B ilustram várias bolas de cerâmica 30 integradas nas extremidades de dentes ou braços 24.

[036] De acordo com um aspecto, como mostrado nas Figuras 8A e 8B, a invenção fornece uma luva 36 tendo várias abas 38 dispostas em torno da circunferência do dispositivo de interface, sobrepondo os braços 24. Abas 38 são posicionadas acima de braços 24 quando os braços 24 estão em sua posição retraída. Como pode ser apreciado a partir das Figuras 8A e 8B, os braços 24 pressionarão as abas 38 para cima quando os braços se estendem, intercalando as abas entre os braços e o interior da parede 22. luva 36 pode ser empregada com modalidades da invenção compreendendo um elemento de contato, como mostrado na Figura 8A, ou em modalidades da invenção onde os braços 25 não têm um elemento de contato, como mostrado na Figura 8B. No último caso, o material das abas fornece proteção galvânica, e no primeiro caso, as abas fornecem pelo menos um efeito de amortecimento protegendo ou amortecendo o elemento de contato.

[037] De acordo com outro aspecto, o elemento de contato não metálico pode ser empregado em qualquer situação onde um primeiro elemento metálico entra em contato com um segundo elemento metálico. As Figuras 9 e 10 mostram um corpo cilíndrico 40 passando através de uma abertura em um elemento metálico 47. Um colar metálico 44 afixado no corpo cilíndrico 40 impede o corpo 40 de ser puxado ou empurrado através do elemento 47. Para impedir corrosão galvânica, o colar 44 tem integrado várias bolas de cerâmica 30 em sua superfície voltada para frente.

[038] O material cerâmico dos elementos de contato pode ser qualquer material cerâmico apropriado, à medida que o material pode suportar as forças de uma dada aplicação. Tal material cerâmico inclui cerâmica de Óxido de Alumínio (AL2O3), por exemplo, Frialit® F99.7. Materiais alternativos incluem cerâmicas de Zircônia (ZrO2), carbeto de silício (SiC), nitreto de silício (Si3N4) ou zircônia parcialmente estabilizada por Magnésio (ZrO2, MgO). Outros materiais não metálicos podem também ser empregados em dadas circunstâncias, por exemplo, borracha, poliuretano, um polímero elastomérico, epóxi ou similar. A luva 36 pode ser feita de qualquer material flexível, por exemplo um material de polímero elastomérico, plástico, borracha ou similar.

Claims (6)

1. Dispositivo de interface de fundação (20) compreendendo um corpo cilíndrico disposto para ser puxado para uma abertura em uma parede (22) de uma fundação submarina, o dispositivo de interface compreendendo ainda uma pluralidade de braços ou dentes extensíveis (24, 44) dispostos para engatar uma parte interna da parede (22) desse modo impedindo o dispositivo de interface de ser puxado de volta para fora da abertura, CARACTERIZADO pelo fato de que os braços ou dentes (24) compreendem cada um, um ou mais elementos de contato de proteção galvânica de cerâmica (30, 32, 34, 38), dispostos em uma extremidade dos braços ou dentes (24) e servindo como um ponto ou pontos de contato entre os braços ou dentes (24) e a superfície interna da parede.

2. Dispositivo de interface de fundação (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de contato proteção galvânica de cerâmica é uma bola de cerâmica (30) disposta em um soquete na extremidade dos dentes ou braços.

3. Dispositivo de interface de fundação (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de contato de proteção galvânica de cerâmica é uma haste de cerâmica (32).

4. Dispositivo de interface de fundação (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de contato de proteção galvânica de cerâmica é uma tampa de cerâmica (34).

5. Dispositivo de interface de fundação (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende um material flexível elastomérico disposto sobre os braços ou dentes quando os ditos braços ou dentes estão em uma primeira posição retraída, o dito material configurado para ser prensado (sandwiched) entre os braços ou dentes e a superfície interna da parede quando os braços ou dentes estão em uma segunda posição estendida.

6. Dispositivo de interface de fundação (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de contato de proteção galvânica de cerâmica é feito de cerâmica de Óxido de Alumínio (AL2O3), ou cerâmicas de Zircônia (ZrO2), carbeto de silício (SiC), nitreto de silício (Si3N4) ou Zircônia parcialmente estabilizada por Magnésio (ZrO2, MgO).