BR112019017722B1 - Conexão tubular de rosca e método para a formação de uma conexão tubular de rosca - Google Patents

Abstract

A presente invenção se refere a uma conexão tubular de rosca que inclui um pino que possui as roscas externas, uma superfície de vedação do pino e um ombro de torque do pino em uma extremidade livre e uma caixa para receber o pino, uma superfície de vedação da caixa para entrar em contato com a superfície de vedação do pino e um ombro de torque para entrar em contato com o ombro de torque do pino. O ombro de torque do pino possui uma superfície de ombro de pino curvada. O ombro de torque da caixa possui uma superfície de ombro curvada.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a tubos de roscas e conectores para tais tubos que podem ser utilizados na indústria de petróleo e gás natural. Por exemplo, um tubo pode possuir uma extremidade com um pino que se encaixa em uma caixa em uma extremidade de um conector, o tubo e o conector sendo conectados através de rosqueamento. O conector pode possuir uma segunda caixa para um segundo tubo com um segundo pino, de maneira que o tubo e o segundo tubo sejam conectados por meio do conector.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A publicação WO 1884/04352, supostamente, descreve uma junta tubular ou conector de membros de caixa e pino que possui a roscas afuniladas de duas etapas. Dois metais para as vedações de metal de superfícies de vedação de acoplamento complementares são fornecidos. Os ombros de torque de ângulo inverso no término do membro de pino e a terminação interna do membro de caixa e os segmentos enganchados ainda caracterizam a junta e os membros de caixa e pino.

[003] A patente US 4.623.173, supostamente, descreve um acoplamento de junta de parafuso para os tubos de óleo. Uma porção de vedação principal é fornecida com uma porção de vedação que é axialmente convexa em uma extremidade de um parafuso macho, e com uma porção de vedação que é afunilada em um lado interno de um parafuso fêmea, e um ponto de extremidade do parafuso macho se acopla a uma parte de extremidade de um tampão formado no lado interno do parafuso fêmea.

[004] A patente US 4.624.488, supostamente, descreve uma conexão tubular que possui superfícies de vedação troncocônicas internas cooperantes em um rebaixo do membro de caixa e uma extremidade livre do membro de pino. A superfície de vedação interna do membro de pino se inclina para dentro substancialmente a 14 graus em relação ao eixo da conexão tubular adjacente à extremidade do membro de pino. O ângulo da inclinação da superfície de vedação interna da caixa é substancialmente o mesmo que aquele da superfície interna do pino. Uma superfície piloto ou pontiaguda disposta a partir de uma extremidade distalmente aproximada da extremidade distal do membro de pino, se inclinando em uma menor extensão do que o ângulo da inclinação da superfície interna do elemento de pino sendo substancialmente paralela ao eixo da conexão; define uma espessura plana de extremidade de pino aumentada.

[005] A patente US 7.334.821, supostamente, descreve uma conexão tubular de rosca com um elemento de rosca macho e um elemento de rosca fêmea. O elemento de rosca macho possui a rosca macho e uma extremidade livre, com uma aba não de rosca entre a rosca e a extremidade livre. O elemento de rosca fêmea possui um rosqueamento fêmea interno afunilado e uma parte não de rosca entre o rosqueamento fêmea e um ombro. O elemento de rosca fêmea compreende uma superfície de suporte lateral axial anular. Após a completa configuração do rosqueamento macho no rosqueamento fêmea, a extremidade livre rola contra a superfície de suporte lateral axial anular, que outras superfícies de rolamento interferem radialmente e estão sob pressão de contato metal-metal para constituir as superfícies de vedação de metal-metal.

[006] Na patente '821, outra superfície de suporte lateral axial é formada dessa maneira em uma superfície frontal da extremidade livre do elemento de rosca macho, e uma superfície de vedação de aba única está disposta na aba a uma distância axial do término do rosqueamento. A aba compreende, entre a superfície de suporte lateral axial distal e a superfície de vedação de aba única, um apêndice que possui uma superfície periférica voltada para o membro de rosca fêmea que é distinto da superfície de vedação da aba.

[007] A publicação US 2014/0145433, supostamente, descreve uma conexão tubular incluindo um membro de pino e caixa. O membro de pino possui uma primeira estrutura de rosca e um ombro de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de pino da primeira estrutura de rosca. O membro da caixa possui uma segunda estrutura de rosca e um segundo ombro de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de caixa da segunda estrutura de rosca. Após a rotação, os ombros de torque helicoidais engatam um no outro.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] Durante a configuração de uma conexão premium entre um tubo de rosca com um pino, tal como um tubo, e um tubo de rosca com uma caixa, tal como um conector, ocorre a seguinte sequência: (1) o pino no tubo é perfurado no conector até que a rosca encoste no contato; (2) o pino, em seguida, é enroscado na caixa até que a superfície de vedação do pino toque inicialmente na superfície de vedação da caixa, para definir uma posição referida como “aperto de mão”; (3) o pino ainda é parafusado na caixa até que uma extremidade do pino, referida como ombro de torque, apenas toque um ombro de torque correspondente na caixa, para definir uma posição conhecida como “aperto de ombro”, com este adicional virando de apertada na aperto de mão para as posições apertos de do provocando um ajuste de interferência entre as vedações do pino e da caixa; e (4) em seguida, o pino ainda é mais apertado para criar um torque adicional para definir uma posição terminal composta é referido como “aperto de força”.

[009] A distância entre o ombro de torque do pino e o ombro de torque da caixa quando a conexão está na posição de aperto de mão é denominada de “distanciamento”. O distanciamento é eliminado quando a posição de aperto de ombro é alcançada. Um grande distanciamento pode ser problemático uma vez que a superfície de vedação do pino e a superfície de vedação da caixa estão em contato enquanto o distanciamento está sendo eliminado. Se for necessária uma grande quantidade de torneamento para reduzir um grande distanciamento, irá ocorrer o desgaste das superfícies de vedação, comprometendo os vedantes.

[010] Um objeto da presente invenção é fornecer o ombro de torque que prende ou fixa o pino na caixa, reduzindo ou eliminando o movimento do pino em relação à caixa. Por exemplo, os ombros de torque irão impedir que o pino se mova, dobre ou deforme na direção radial.

[011] Um objeto alternativo ou adicional é fornecer uma conexão que seja fácil de fabricar.

[012] A presente invenção fornece uma conexão tubular de rosca. A conexão tubular de rosca inclui um pino que possui as roscas externas, uma superfície de vedação do pino e um ombro de torque do pino em uma extremidade livre e uma caixa para receber o pino, a caixa possui as roscas internas para interação com as roscas do pino, uma superfície de vedação da caixa que entra em contato com a superfície de vedação do pino e um ombro de torque da caixa para o contato com o ombro de torque do pino. O pino e a caixa definem um eixo longitudinal. O ombro de torque do pino possui uma primeira superfície de ombro do pino e uma segunda superfície de ombro do pino, a primeira superfície de ombro de pino intercepta um eixo perpendicular ao eixo longitudinal em um primeiro ângulo e a segunda superfície de ombro do pino intercepta o eixo perpendicular em um segundo ângulo. O ombro de torque de caixa possui uma primeira superfície de ombro de caixa e uma segunda superfície de ombro de caixa. A primeira superfície do ombro da caixa intersecta um eixo perpendicular ao eixo longitudinal em um terceiro ângulo e a segunda superfície do ombro da caixa intersecta o eixo perpendicular em um quarto ângulo.

[013] A presente invenção ainda fornece outra conexão tubular de rosca. A conexão tubular de rosca inclui um pino, o pino possui a roscas internas, uma superfície de vedação do pino e um ombro de torque do pino em uma extremidade livre e uma caixa para receber o pino, a caixa possui as roscas externas para interagir com as roscas externas, uma superfície de vedação de caixa para o contato com a superfície de vedação do pino e um ombro de torque da caixa para o contato com o ombro de torque do pino. O pino e a caixa definem um eixo longitudinal. O ombro de torque de pino possui, pelo menos, uma superfície de ombro de pino que possui um raio de pino, pelo menos, uma superfície de ombro de pino está curvada em relação ao eixo longitudinal. O ombro de torque de caixa possui, pelo menos, uma superfície de ombro de caixa que possui um raio de caixa, pelo menos, uma superfície de ombro de caixa está curvada em relação ao eixo longitudinal.

[014] A presente invenção também fornece um método para a formação de uma conexão tubular de rosca. O método inclui as etapas: - do fornecimento de pino que possui as roscas externas, uma superfície de vedação de pino e um ombro de torque de pino em uma extremidade livre, o ombro de torque de pino incluindo uma primeira superfície de ombro do pino se estendendo em uma primeira direção e uma segunda superfície de ombro de pino se estendendo em uma segunda direção - do fornecimento da caixa que possui as roscas internas, uma superfície de vedação de caixa e um ombro de torque de caixa em uma extremidade livre, o ombro de torque de caixa incluindo uma primeira superfície de ombro de caixa se estendendo em uma terceira direção e uma segunda superfície de ombro de caixa se estendendo em uma quarta direção - da perfuração do pino na caixa para engatar as roscas externas e as roscas internas entre si; - da rotação do pino em relação à caixa até que a superfície de vedação do pino entre em contato com a superfície de vedação da caixa; e - da rotação adicional do pino em relação à caixa até que a primeira superfície do ombro da caixa entre em contato com a primeira superfície do ombro do pino e a segunda superfície do ombro da caixa entre em contato com a segunda superfície do ombro do pino.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[015] Uma realização de preferência da presente invenção será elucidada com referência aos seguintes desenhos, nos quais: - as Figuras de 1A a 1D mostram os detalhes de um ombro de torque, conforme conhecido no estado da técnica; - as Figuras de 2A e 2B mostram uma vista em corte transversal de uma conexão premium para um tubo de óleo, de acordo com a presente invenção, em um segundo estágio de configuração, a posição de aperto de mão; - as Figuras de 3A e 3B mostram a conexão em um terceiro estágio de configuração, a posição do aperto de ombro; - a Figura 4 mostra uma vista em corte transversal de uma conexão premim para um tubo de óleo, de acordo com a presente invenção, um pino do tubo de óleo sendo perfurado em uma caixa do conector; - as Figuras de 5A e 5B mostram os detalhes do ombro de torque, de acordo com a presente invenção e conforme mostrado nas Figuras de 2A a 4; - as Figuras de 6 a 8 mostram os detalhes de realizações adicionais de ombros de torque, de acordo com a presente invenção; - a Figura 9 mostra um diagrama de força das forças aplicadas a um pino, de acordo com a realização mostrada nas Figuras de 5A e 5B; - as Figuras de 10A e 10B mostram uma outra realização de preferência de um ombro de torque, de acordo com a presente invenção; e - as Figuras de 11A e 11B mostram uma outra realização de preferência de um ombro de torque, de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[016] A Figura 1A mostra uma combinação tradicional de ombro de torque e vedação metal-metal, conforme é conhecida no estado da técnica. A caixa (1.520) inclui a superfície de vedação da caixa (1.524) e o ombro de torque da caixa (1.526). O pino (1.420) inclui a superfície de vedação do pino (1.424), o nariz (1.428) e o ombro de torque do pino (1.426). Conforme mostrado na Figura 1, a superfície de vedação do pino (1.424) está localizada na extremidade do pino (1.420). O nariz (1.428) do pino (1.420) está encravado entre a superfície de vedação do pino (1.424) e o ombro de torque do pino (1.426) quando a conexão é formada. A conexão do pino (1.420) e da caixa (1.520) define um eixo longitudinal do tubo e do conector (não mostrado). Um eixo X é perpendicular ao eixo longitudinal e passa pela extremidade dos ombros de torque (1.426), (1.526) no nariz do pino (1.428). O ombro de torque do pino (1.426) e o ombro de torque da caixa (1.526) incluem uma superfície de ombro única que é inclinada em relação ao eixo perpendicular X. Um ângulo interno A formado entre os ombros de torque (1.426), (1.526) e o eixo perpendicular X, por exemplo, pode ser de cerca de -15°, isto é, 15° no sentido horário a partir do eixo X. Este ângulo de inclinação é conhecido no estado da técnica. Neste exemplo, o nariz de pino (1.428) está firmemente encravado entre a superfície de vedação de caixa (1.524) e a superfície de ombro de caixa de torque (1.526). Vide, por exemplo, patente US 7.334.821.

[017] A Figura 1D mostra uma conexão premium conforme é conhecida no estado da técnica. A Figura 1B mostra uma foto de perto da conexão da Figura 1D quando os ombros de torque (1.426), (1.526) apenas começam a entrar em contato. Existe um intervalo Sc entre uma superfície externa do pino (1.420) e uma superfície de contra-furo da caixa (1.520) e é necessária para facilitar a montagem. Enquanto o ângulo A é benéfico para travar o pino (1.420) e a caixa (1.520) em conjunto após a montagem, a Figura 1C mostra que, durante mais rosqueamento da conexão, o ângulo A provoca que o pino (1.420) colida na caixa (1.520). Esse contato indesejado pode impedir o posicionamento adequado da conexão durante a montagem e pode provocar danos às superfícies de vedação (1.424), (1.524) ou aos ombros de torque (1.426), (1.526).

[018] De acordo com a presente invenção, é fornecida uma conexão premium que inclui as vantagens em relação ao estado da técnica, por exemplo, o movimento do pino pode ser controlado e o contato indesejado e danos às superfícies de vedação discutidos acima podem ser reduzidos. A conexão premium inclui os ombros de torque de pino e a caixa com uma pluralidade de superfícies, por exemplo, cada ombro de torque pode possuir uma superfície de ombro de torque superior e inferior com relação à orientação mostrada nas Figuras de 2A a 11B. Outra característica, de acordo com a presente invenção, também inclui as superfícies de vedação que estão espaçadas das superfícies dos ombros, conforme mostrado nas Figuras de 2A, 3A e 10A. Uma outra característica inclui um espaço existente entre uma borda do pino e uma borda da caixa ou conector até mesmo após o pino estar em uma posição terminal. Vide as Figuras de 5A e 6 a 8 e 10A.

[019] Em uma realização de preferência, ambos os ombros de torque, superior e inferior, do pino e caixa podem entrar em contato entre si ao mesmo tempo. Por conseguinte, o conector fornece uma armadilha neutra para o pino. Em uma outra realização de preferência, as superfícies do ombro de torque superior do pino e da caixa podem entrar em contato umas com as outras antes das superfícies dos ombros de torque inferior do pino e caixa entrarem em contato entre si. Nesta realização, o pino pode dobrar para baixo. Vide Figura 6. Em uma outra realização de preferência, as superfícies do ombro de torque inferior do pino e da caixa podem entrar em contato umas com as outras antes das superfícies do ombro de torque superior do pino e da caixa entrarem em contato entre si. Nesta realização, o pino pode dobrar para cima. Vide as Figuras de 2B e 3B. Como resultado, o movimento do pino pode ser controlado conforme desejado.

[020] A Figura 4 mostra uma vista em corte transversal de um tubo de óleo (10) e um conector (100), em um primeiro estágio, a posição perfurada. As Figuras de 2A e 2B mostram a conexão com o tubo de óleo (10) e o conector (100), em um segundo estágio, após a rotação ter ocorrido. O tubo de óleo (10) possui um pino (20) com uma seção de rosca (22), uma superfície de vedação de pino (24) e um ombro de torque (26) em uma extremidade livre. O ombro de torque do pino (26) inclui a primeira superfície (26a) e a segunda superfície (26b). O conector (100) possui duas caixas (120), (120’). Cada caixa (120), (120’) possui uma seção de rosca (122), uma superfície de vedação de caixa (124) e um ombro de torque (126) em uma projeção radialmente interna (150). O ombro de torque de caixa (126) inclui a primeira superfície (126a) e a segunda superfície (126b). Nesta realização, a primeira superfície do ombro da caixa (126a) é complementar à primeira superfície do ombro do pino (26a) e a segunda superfície do ombro da caixa (126b) é complementar à segunda superfície do ombro do pino (26b).

[021] O conector (100) possui duas extremidades livres (102) e (102'), conforme mostrado na Figura 4. Conforme descrito acima, na posição perfurada, o tubo de óleo (10) é perfurado ou colocado no conector (100) até que a seção de rosca (22) do pino (10) contenha a seção de rosca (122) de caixas (120), (120’). A rotação ainda não ocorreu entre o pino (10) e as caixas (120), (120’). A rotação do pino (10) e das caixas (120), (120’)'forma a conexão.

[022] Este segundo estágio de configuração é conhecido como a posição aperto de mão, na qual as roscas (22), (122) ou as superfícies de vedação (24), (24) apenas começam a tocar um no outro. As roscas (22) do pino (20) engatam as roscas (122) da caixa (120). A superfície de vedação do pino (24) e a superfície de vedação da caixa (124) apenas começam a tocar. Existe uma folga ou distanciamento “Sa” entre as primeiras superfícies (26a), (126a) do ombro de torque do pino (26) e ombro de torque da caixa (126) e existe uma folga ou distanciamento “Sb” entre as segundas superfícies (26b), (126b) do ombro de torque do pino (26) e ombro de torque da caixa (126) na posição de aperto de mão. Nesta realização, o distanciamento Sa, por exemplo, é cerca de 0,060 polegadas e o distanciamento Sb, por exemplo, é cerca de 0,030 polegadas. Os espaçadores Sa e Sb podem variar como resultado da interferência de vedação e dos ângulos de vedação projetados e não precisam ser iguais.

[023] Um nariz (27) se estende na extremidade do pino (20). O nariz (27) está localizado entre uma superfície interna (21) e uma superfície externa (23) do pino (20) e ao longo de um comprimento do ombro de torque (26) em uma direção do eixo P, um eixo que é perpendicular ao eixo longitudinal. O nariz (27) é um vértice que conecta a primeira superfície (26a) e a segunda superfície (26b) do ombro de torque (26). Nesta realização, a primeira superfície (26a) se estende em uma direção da superfície externa (23) para o nariz (27) e em uma segunda direção em torno de uma circunferência externa da tubulação (10). A segunda superfície (26b) se estende em uma direção da superfície interna (21) para o nariz (27) e em uma segunda direção em torno de uma circunferência interna do tubo (10). A localização do nariz (27) difere da posição do nariz (1.428) mostrada na Figura 1A. Na Figura 1A, o nariz está localizado em uma extremidade do ombro de torque (1.426) em uma superfície externa do pino (1.420) e na ou próximo da superfície de vedação do pino (1.424). Conforme mostrado nas Figuras de 2A a 11, o nariz (27) não está localizado em uma extremidade do ombro de torque de pinos (26). Em vez disso, o nariz (27) está em uma parte central ou central do ombro de torque de pino (26) em relação a um comprimento do ombro (26) na vista de perfil. O formato do nariz (27) pode variar e, por exemplo, pode ser angular, soquete, borda achatada, pontiaguda, bulbo, cone, arredondado, rabo de peixe, e similares. Uma depressão (127) está localizada ao longo de um comprimento do ombro de torque (126) na direção perpendicular ao eixo longitudinal e um vértice que conecta a primeira superfície (126a) e a segunda superfície (126b). Nesta realização, a geometria do nariz (27) e da depressão (127) são complementares, de maneira que o nariz (27) e a depressão (127) se encaixam quando o pino (10) é enroscado no conector (100); a depressão (127) entra em contato com o nariz (27) e ombro do pino (26) entra em contato com o ombro da caixa (126). (Figura 5).

[024] A diferença de largura entre o distanciamento Sa e o distanciamento Sb ocorre uma vez que o nariz (27) não está inicialmente alinhado com a depressão (127) em relação ao eixo longitudinal. Conforme mostrado nas Figuras de 2B e 3B, o nariz (27) está situado abaixo da depressão (127). Este deslocamento entre o nariz (27) e a depressão (127) força o pino (10) a dobrar para cima quando o nariz (27) é recebido na depressão (127). O pino de flexão (10) força o nariz (27) na depressão (127) e resulta em uma conexão mais apertada. Em uma realização diferente, o nariz (27) pode estar situado acima da depressão (127), de maneira que o pino é forçado a dobrar para baixo, por conseguinte, resultando em uma conexão mais apertada. Vide, por exemplo, a Figura 6.

[025] As Figuras de 3A e 3B mostram o terceiro estágio de configuração, uma primeira posição de aperto do ombro, que ocorre após a rotação adicional do pino (20) em relação à caixa (120). As superfícies de vedação (24), (124) são forçadas em conjunto pelo pino de parafuso (20) na caixa (120) até os ombros de torque (26), (126) entrarem em contato entre si. Nesta realização de preferência, por exemplo, as segundas superfícies complementares (26b), (126b) apenas entram em contato entre si. Como resultado, o distanciamento Sb entre as segundas superfícies (26b), (126) é eliminado. No entanto, o distanciamento Sa entre as primeiras superfícies complementares (26a), (126a) ainda existe. A rotação adicional ainda não ocorreu após o ponto de contato entre os ombros (26), (126), de maneira que não existe força de torque adicional aplicada aos ombros (26), (126), nesta posição. Uma distância S1 na direção radial existe entre a borda do pino (20) e a superfície BS da caixa (120). Os ângulos relativos das superfícies de vedação (24), (124), separam uma borda do pino (20) e superfície BS da caixa (120) por uma quantidade de interferência de vedação S1 projetado na conexão para fornecer a pressão de contato suficiente para a formação de uma vedação estanque.

[026] O quarto estágio de configuração, uma segunda posição de aperto de ombro, ocorre após a rotação adicional do pino (20) em relação à caixa (120). As superfícies de vedação (24), (124) são forçadas a unir o pino (20) na caixa (120) até as primeiras superfícies do ombro de torque (26a), (126a) entrem em contato entre si. A distância radial S1 é reduzida pela quantidade do deslocamento radial entre os vértices (27), (127). Forçar a extremidade do pino radialmente para fora força as superfícies de vedação (24), (124) mais juntas, criando uma vedação melhor. O formato em V entre a primeira e a segunda superfície de ombro impede que a folga S1 seja zero e provoca um contato indesejado entre a caixa e o pino.

[027] O quinto e último estágio de configurar a conexão é a posição de aperto de força. Durante o estágio de aperto de força adicional, o torque é aplicado aos ombros de torque (26), (126), mas ocorre muito pouca rotação adicional, cerca de 0,01 voltas, por exemplo. Uma vez que muito pouca rotação adicional ocorre, a posição de aperto de força para a conexão se parece com a posição de aperto do ombro mostrada nas Figuras de 3A e 3B.

[028] A quantidade de aumento de torque é uma função de fricção, rigidez do pino, rigidez da caixa ao redor da área de vedação, a quantidade de interferência de rosca, caso exista, o lubrificante e a quantidade de interferência nas vedações. Uma vez que as superfícies de vedação (24), (124) entrem em contato umas com as outras, o torque inicia a se acumular rapidamente. A acumulação de torque é causada pelas superfícies de vedação (24), (124) sendo colocadas juntas. O torque continua aumentando a uma taxa cerca de constante até os ombros (26), (126) entrarem em contato na posição de aperto do ombro. O torque se acumula extremamente rapidamente após os ombros (26), (126) entrarem em contato um ao outro. Após os ombros (26), (126) entrarem em contato, se aplica um torque adicional até que a posição de aperto de força predeterminada seja alcançada e a quantidade desejada de torque seja alcançada. Muito pouca rotação adicional da conexão é necessária para alcançar o torque de compensação final desejado, por exemplo, cerca de 0,01 voltas.

[029] As Figuras de 5A e 5B mostram uma vista em corte de uma realização de ombro de torque, de acordo com a presente invenção. Conforme mostrado nas Figuras de 5A e 5B, na realização das Figuras de 2A a 4, o pino (20) é concebido como um componente macho e a caixa (120) é concebida como um componente fêmea, em que a caixa (120) pode receber o pino (20). Nesta realização, o ombro de torque do pino (26) e o ombro de torque da caixa (126) possuem ambos uma seção transversal em V. A superfície de vedação de pino (24) e a superfície de vedação de caixa (124) estão espaçadas de cada ombro de torque respectivo (26), (126), em relação a um eixo longitudinal (não mostrado) definido pela conexão do tubo e do conector. Os ombros de torque também podem possuir seções transversais de outro formato ou desenho.

[030] A extensão em formato de V do ombro de torque do pino (26) engata no receptáculo em formato de V do ombro de torque da caixa (126) para reduzir ou impedir o movimento do pino (20) em múltiplas direções, por exemplo, radialmente para dentro ou para fora. Por exemplo, as primeiras superfícies (26a), (126a) impedem que o pino (20) seja conduzido para cima, para um canto da caixa (120), mantendo o nariz (27) do pino (20) para baixo. E as segundas superfícies (26b), (126b) impedem que a pressão aplicada externamente force o pino (20) para dentro, o qual desenergiza as superfícies de vedação (24), (124).

[031] Um ângulo interno Va é formado entre as primeiras superfícies (26a), (126a) e eixo P. O ângulo interno Va pode ser 15°, que é 15° no sentido anti-horário em relação ao eixo P. Um ângulo interno Vb é formado entre as segundas superfícies (26b), (126b) e eixo P. O ângulo interno Vb pode ser de -15°, que é de 15° no sentido horário em relação ao eixo P. Os ângulos Va, Vb podem variar e ser, por exemplo, de 3 a 60°, -3 a -60°, respectivamente. Além disso, o ângulo interno Va pode ser diferente ou igual a um valor absoluto do ângulo interno Vb. Por exemplo, conforme mostrado na figura 5B, o ângulo Va é 15° e não é igual a um valor absoluto do ângulo Vb que é -45° uma vez que 15° # | -45° | então Va # | Vb |. Em outro exemplo, o ângulo Va pode ser 20° e o ângulo Vb pode ser -10°, nesse caso Va # | Vb | uma vez que 20° # | -10° |.

[032] Conforme mostrado na Figura 5B, o nariz (27) e a depressão (127) estão localizados em ou próximo de um ombro de torque central em relação a um comprimento de ombros (26a), (26b), (126a), (126b) na direção do eixo P. A primeira superfície de pino (26a) possui o mesmo comprimento ou próximo da superfície do segundo pino (26b) e a primeira superfície da caixa (126a) possui o mesmo comprimento ou similar à superfície da segunda caixa (126). Na realização da Figura 5B, o nariz (27) e a depressão (127) servem como vértice dos ângulos internos Va, Vb no entanto, este é um exemplo não limitante de uma realização de preferência. A geometria dos ombros de torque (26), (126) incluindo o nariz (27), depressão (127) e ângulos Va, Vb é variável. Diferentes formatos e posições de vértices podem ser utilizadas. Diferentes formatos ou ângulos das superfícies (26a), (26b), (126a), (126b) ou Va, Vb podem ser utilizados. Por exemplo, a posição do nariz (27) não precisa estar em um centro do ombro de torque (26), mas em vez disso pode estar localizado mais próximo da superfície interna (21) do que da superfície externa (23).

[033] Conforme mostrado em outra realização de preferência na Figura 6, as primeiras superfícies (26a), (126a) são maiores do que as segundas superfícies (26b), (126b) e o primeiro ângulo Va é maior que o valor absoluto do segundo ângulo Vb. A Figura 7 mostra que as primeiras superfícies (26a), (126a) serem mais curtas do que as segundas superfícies (26b), (126b) e o primeiro ângulo Va é inferior ao segundo ângulo Vb. A geometria das primeiras superfícies (26a), (126a), segundas superfícies (26b), (126b) e vértices (nariz, depressão) (27), (127) são concebidas para produzir os resultados desejados. Conforme discutido acima, os vértices (27), (127) podem ser inicialmente desalinhados para forçar uma extremidade do pino para baixo, de maneira a endireitar ou minimizar a flexão do pino, por exemplo. Ou, por exemplo, a extremidade do pino (20) pode precisar ser forçada para aumentar a pressão de contato nas vedações (24), (124).

[034] A Figura 8 mostra uma outra realização de preferência dos ombros de torque (26), (126), nos quais os ombros (26), (126) possuem uma seção transversal de formato de bala, pontiaguda ou curva em oposição à seção transversal em formato de V mostrada nas Figuras de 5 a 7. A primeira superfície (26a) possui um primeiro raio Ra, a segunda superfície (26b) possui um segundo raio Rb, a primeira superfície (126a) possui um terceiro raio Rc e a segunda superfície (126b) possui um quarto raio Rd. O primeiro e terceiro raios Ra, Rc, podem ser diferentes ou iguais, também o segundo e quarto raios, respectivamente Rb, Rd. O nariz (27) está localizado entre a primeira superfície (26a) e a segunda superfície (26b). A depressão (127) está localizada entre a primeira superfície (126a) e a segunda superfície (126b). Conforme discutido acima em relação à realização da seção transversal em formato de V, as primeiras superfícies (26a), (126a), segundas superfícies (26b), (126b) e raios Ra, Rb, Rc, Rd e vértices podem ser ajustadas para forçar o pino (20) para cima ou para baixo para prender o pino (20) em uma posição desejada em relação à caixa (120). Em uma outra realização, o pino pode possuir uma única superfície com um único raio e a caixa pode possuir uma única superfície com um único raio. Nesta realização, o raio do pino e o raio da caixa podem ou não ser iguais e as linhas centrais dos raios podem ou não estar à mesma distância do eixo. Se os dois raios forem deslocados radialmente em relação um ao outro, a extremidade do pino será forçada para cima ou para baixo, dependendo de como os dois raios são deslocados.

[035] Os desenhos da seção transversal em formato em V e dos ombros de torque (26), (126) são vantajosos em relação ao estado da técnica uma vez que a geometria macho e fêmea prende ou restringe o pino em uma posição radial dentro da caixa, reduzindo ou impedindo o movimento do pino. Ao ajustar o desenho dos ombros (26), (126), dobrar, arquear ou deflexionar o pino pode ser compensado ou minimizado. Além disso, a pressão de contato das superfícies de vedação (24), (124) pode ser aumentada. Outros benefícios também podem ser derivados disso.

[036] De preferência, os primeiros e segundo ângulos Va, Vb ou primeiros e segundos raios Ra, Rb são projetados para serem pequenos o suficiente para que um componente maior de força F atuando no pino (20) seja um componente axial A e não um componente radial R. Figura 9

[037] As Figuras de 10A e 10B mostram uma conexão de ombro de torque para um pino e caixa em que o desenho do ombro em formato de V invertido em comparação com as realizações mostradas nas Figuras de 2A a 9. Nesta realização, o pino (220) é um membro fêmea e a caixa (320) é um membro macho. A caixa (320) inclui uma superfície de vedação de caixa (324), primeira superfície de ombro (326a), segunda superfície de ombro (326b). Um nariz (327) é formado entre a primeira superfície do ombro (326a) e a segunda superfície do ombro (326b). O pino (220) inclui uma superfície de vedação de pino (224), primeira superfície de ombro (226a) e uma segunda superfície de ombro (226b). Uma depressão (227) é formada entre a primeira superfície do ombro (226b) e a segunda superfície do ombro (226b). Nesta realização, o vértice entre as superfícies de caixa (326a) e (326b) forma o nariz (327) e o vértice entre as superfícies de pino (226a) e (226b) forma a depressão (227). O nariz (327) e a depressão são superfícies complementares de maneira que o nariz (327) é recebido na depressão (227) por rotação do pino (220) na caixa (320) da mesma maneira, conforme discutido acima com respeito às Figuras de 2a a 5B. Esse desenho de ombro invertido também pode se aplicar à realização pontiaguda mostrada na Figura 8.

[038] As Figuras de 11A e 11B mostram uma conexão de ombro de torque em que o pino (520) e a caixa (420) possuem diferentes geometrias da superfície do ombro e os vértices (527) e (427) não são complementares entre si, de acordo com uma outra realização de preferência da presente invenção. A Figura 11A mostra um pino (520) que possui uma superfície de ombro arredondada ou pontiaguda (526a) com uma primeira superfície (526a) de ombro e uma segunda superfície (526b) de ombro. Um vértice (527) está localizado entre a primeira superfície do ombro (526a) e a segunda superfície do ombro (526b). A caixa (420) inclui uma superfície de ombro de caixa em formato de V (426) com uma primeira superfície de ombro (426a) e segunda superfície de ombro (426b). Um vértice (427) está localizado entre a primeira superfície de ombro (426a) e a segunda superfície de ombro (426b). O pino (520) e a caixa (420) entram em contato entre si da mesma maneira, conforme descrito acima em relação à Figuras de 2A a 5B. A rotação do pino (520) na caixa (420) fornece o contato da primeira superfície do ombro (526a) com a primeira superfície do ombro (426a) e para o contato da segunda superfície do ombro (526b) com a segunda superfície do ombro (426b). Nas realizações mostradas nas Figuras de 11A e 11B, o vértice (427) e o vértice (527) podem não estar em contato entre si devido às diferentes geometrias de superfície do ombro (526) e do ombro (426). Uma folga ou espaço (530) estará presente entre os vértices (426), (526) após a configuração. Além disso, devido à variação na geometria e no desenho das superfícies de ombro (526), (426), as superfícies de ombro (526), (426) não estarão em contato umas com as outras ao longo de uma porção das superfícies (526), (426).

[039] A Figura 11B mostra um pino (520) que possui uma superfície de ombro de pino (526) em formato de V e uma caixa (420) com uma superfície de ombro de caixa arredondada ou pontiaguda (426). A superfície de ombro de pino (526) possui um primeiro ombro (526a) e uma segunda superfície de ombro (526b). Um vértice (527) está localizado entre a primeira superfície do ombro (526a) e a segunda superfície do ombro (526b). A superfície do ombro da caixa (426) possui uma primeira superfície do ombro (426a) e uma segunda superfície do ombro (426b). Um vértice (427) está localizado entre a primeira superfície de ombro (426a) e a segunda superfície de ombro (426b). O pino (520) e a caixa (420) entram em contato entre si da mesma maneira, conforme descrito acima em relação à Figuras de 2A a 5B e 11A. A rotação do pino (520) na caixa (420) fornece o contato da primeira superfície do ombro (526a) com a primeira superfície do ombro (426a) e para o contato da segunda superfície do ombro (526b) com a segunda superfície do ombro (426b). Um espaço (530) está presente entre os vértices (427) e (527).

[040] Nas Figuras de 11A e 11B, o pino (520) e a caixa (420) podem ser concebidos de maneira que os vértices (527) e (427) estejam alinhados entre si, de maneira que as superfícies de ombro (526a), (526b) entrem em contato com as superfícies de suporte lateral (426a), (426b) ao mesmo tempo quando o pino (520) é inserido na caixa (420) durante a configuração. De maneira alternativa, as superfícies de ombro (526), (426) e os vértices (527), (427) podem ser concebidos de maneira que as primeiras superfícies de ombro (526a), (426a) entram em contato primeiro, em seguida, as segundas superfícies de ombro (526b), (426b) entram em contato, a medida que o pino (520) ainda é aparafusado na caixa (520). Em outra variação, as superfícies (526), (426) e os vértices (527), (427) podem ser concebidos de maneira que as segundas superfícies de ombro (526b), (426b) entram em contato primeiro, em seguida, as primeiras superfícies de ombro (526a), (426a) entram em contato a medida que o pino o pino (520) ainda é aparafusado na caixa (520).

[041] As superfícies de ombro (426), (526) podem ser projetadas com uma variedade de geometrias, incluindo, mas não limitadas à pontiaguda, em formato de bala, angular, arredondada ou rabo de peixe, por exemplo.

[042] Na especificação anterior, a presente invenção foi descrita com referência às realizações específicas e exemplos dos mesmos. No entanto, será evidente que podem ser realizadas diversas modificações e alterações sem se afastar do escopo da presente invenção mais amplos, conforme estabelecido nas reivindicações que se seguem. A especificação e os desenhos, por conseguinte, devem ser considerados de maneira ilustrativa, em vez de um sentido restritivo.

Claims (12)

1. CONEXÃO TUBULAR DE ROSCA caracterizado por compreender: - um pino (20), o pino (20) que possui as roscas externas (22), uma superfície de vedação do pino (24) e um ombro de torque do pino (26) em uma extremidade livre (102, 102’); e - uma caixa (120, 120’) para receber o pino (20), a caixa (120, 120’) possui as roscas internas (122) para interagir com as roscas externas (22), uma superfície de vedação de caixa (124) para entrar em contato com a superfície de vedação de pino (24) e um ombro de torque de caixa (126) para entrar em contato com o ombro de torque de pino (26); - o pino (20) e a caixa (120, 120’) definindo um eixo longitudinal, - o ombro de torque do pino (26) possui uma primeira superfície de ombro do pino (26a) voltada para fora e uma segunda superfície de ombro do pino (26b) voltada para dentro, a primeira superfície do ombro do pino (26a) intersectando um eixo perpendicular ao eixo longitudinal em um primeiro ângulo (Va), a segunda superfície do ombro do pino (26b) intersectando o eixo perpendicular em um segundo ângulo (Vb), em que a primeira superfície do ombro do pino (26a) é mais longa do que a segunda superfície do ombro do pino (26b) e o valor absoluto do primeiro ângulo (Va) é maior que o valor absoluto do segundo ângulo (Vb); e - o ombro de torque de caixa (126) que possui uma primeira superfície de ombro de caixa (126a) voltada para dentro e uma segunda superfície de ombro de caixa (126b) voltada para fora, a primeira superfície de ombro de caixa (126a) intersectando um eixo perpendicular ao eixo longitudinal em um terceiro ângulo, a segunda superfície de ombro de caixa (126b) intersectando o eixo perpendicular em um quarto ângulo, a primeira superfície do ombro de caixa (126a) tendo um comprimento maior que a segunda superfície do ombro de caixa (126b).

2. CONEXÃO TUBULAR DE ROSCA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo primeiro (Va), segundo (Vb), terceiro e quarto ângulos possuírem um valor absoluto de 3 a 60° em relação ao eixo perpendicular.

3. CONEXÃO TUBULAR DE ROSCA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo primeiro (Va) e terceiro ângulos serem ângulos positivos em relação ao eixo perpendicular e o segundo (Vb) e quarto ângulos são ângulos negativos em relação ao eixo perpendicular.

4. CONEXÃO TUBULAR DE ROSCA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela primeira superfície do ombro do pino (26a) e a segunda superfície do ombro do pino (26b) se encontrarem em um vértice do pino (27) e a primeira superfície do ombro da caixa (126a) e a segunda superfície do ombro da caixa (126b) se encontrarem em um vértice da caixa (127) e o vértice do pino (27) e da caixa (127) sendo deslocado um do outro em relação para o eixo longitudinal.

5. CONEXÃO TUBULAR DE ROSCA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por uma quantidade do deslocamento ser selecionada para aprimorar a pressão de contato entre a superfície de vedação do pino (24) e a superfície de vedação da caixa (124).

6. CONEXÃO TUBULAR DE ROSCA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelos primeiro e segundo ângulos (Va, Vb) serem selecionados de maneira que um componente maior de uma força atuando no pino (20) é uma força do componente axial.

7. CONEXÃO TUBULAR DE ROSCA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo primeiro ângulo (Va) ser igual ao terceiro ângulo e o segundo ângulo (Vb) ser igual ao quarto ângulo.

8. CONEXÃO TUBULAR DE ROSCA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela primeira superfície do ombro do pino (26a) e a segunda superfície do ombro do pino (26b) convergirem para a formação de uma seção transversal em formato de V.

9. MÉTODO PARA A FORMAÇÃO DE UMA CONEXÃO TUBULAR DE ROSCA, conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por compreender as etapas: - do fornecimento de pino (20) que possui as roscas externas (22), uma superfície de vedação de pino (24) e um ombro de torque de pino (26) em uma extremidade livre (102), o ombro de torque de pino (25) incluindo uma primeira superfície de ombro do pino (26a) voltada para fora se estendendo em uma primeira direção e uma segunda superfície de ombro de pino (26b) voltada para dentro se estendendo em uma segunda direção; - do fornecimento da caixa (120, 120’) que possui as roscas internas (122), uma superfície de vedação de caixa (124) e um ombro de torque de caixa (126) em uma extremidade livre (102, 102’), o ombro de torque de caixa (126) incluindo uma primeira superfície de ombro de caixa (126a) voltada para dentro se estendendo em uma terceira direção e uma segunda superfície de ombro de caixa (126b) voltada para fora se estendendo em uma quarta direção; - da perfuração do pino (20) na caixa (120, 120’) para engatar as roscas externas (22) e as roscas internas (122) entre si; - da rotação do pino (20) em relação à caixa (120, 120’) até que a superfície de vedação do pino (26a, 26b) entre em contato com a superfície de vedação da caixa (126a, 126b); e - da rotação adicional do pino (20) em relação à caixa (120, 120’) até que a primeira superfície do ombro da caixa (126a) entre em contato com a primeira superfície do ombro do pino (26a) e a segunda superfície do ombro da caixa (126b) entre em contato com a segunda superfície do ombro do pino (26b).

10. MÉTODO PARA A FORMAÇÃO DE UMA CONEXÃO TUBULAR DE ROSCA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela primeira e terceira direções serem iguais e a segunda e quarta direções serem iguais.

11. MÉTODO PARA A FORMAÇÃO DE UMA CONEXÃO TUBULAR DE ROSCA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela primeira e terceira direções serem iguais e a segunda e quarta direções serem iguais.

12. MÉTODO PARA A FORMAÇÃO DE UMA CONEXÃO TUBULAR DE ROSCA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a primeira superfície do ombro do pino (26a) e a segunda superfície do ombro do pino (26b) convergem para a formação de um nariz de pino (27) e a primeira superfície do ombro da caixa (126a) e a segunda superfície do ombro da caixa (126b) convergem para a formação de uma depressão (127), a depressão (127) é complementar com o nariz do pino (27) e entra em contato com o nariz do pino (27) após a etapa de rotação adicional.