BR122014029444A2

BR122014029444A2 - Combinação de primeiro e segundo rolos, método para conferir uma forma a uma parede lateral de um elemento de tubulação, métodos de formação de um ombro circunferencial, ranhura e rebordo em um elemento de tubulação

Info

Publication number: BR122014029444A2
Application number: BR122014029444-1A
Authority: BR
Inventors: Michael R. Novitsky; Douglas R. Dole; Scott D. Madara; Charles E. Wilk; Anthony J. Cuvo; Earl Haas
Original assignee: Victaulic Company
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2019-08-20
Also published as: CA2818980C; AU2016200217B2; ES2559026T3; CA3090856C; JP2015072070A; EP2643625A4; MX364975B; CA3003037A1; SG189897A1; US9333543B2; AU2011336680A1; TW201241344A; US20120139236A1; IL248134B; KR20130139279A; PL2959986T3; ES2653697T3; EP2745950A1; AU2011336680B2; JP2013542382A

Abstract

combinação de primeiro e segundo rolos, método para conferir uma forma a uma parede lateral de um elemento de tubulação, métodos de formação de um ombro circunferencial, ranhura e rebordo em um elemento de tubulação um elemento de tubulação tem um ombro circunferencial em uma extremidade. o ombro tem um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do elemento de tubulação. uma ranhura está posicionada ao lado do ombro. a ranhura tem uma superfície de pavimento com um diâmetro externo menor do que o diâmetro externo do elemento de tubulação. um rebordo está posicionado contíguo com a ranhura. o rebordo tem um ápice com um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do elemento de tubulação. uma combinação de ferramentas do rolo é utilizada para trabalhar a frio os elementos de tubulação e conferir uma forma desejada à parede lateral em um método de fabricação. em outro método, uma ferramenta de formação por rotação é rodava em uma órbita de diâmetro crescente dentro do elemento de tubulação capturado dentro de uma matriz.

Description

COMBINAÇÃO DE PRIMEIRO E SEGUNDO ROLOS, MÉTODO PARA CONFERIR UMA FORMA A UMA PAREDE LATERAL DE UM ELEMENTO DE TUBULAÇÃO, MÉTODOS DE FORMAÇÃO DE UM OMBRO CIRCUNFERENCIAL, RANHURA E REBORDO EM UM ELEMENTO DE TUBULAÇÃO [001] Pedido de divisão do BR 1120130113987 depositado em 30/11/2011.

Referência Cruzada com os Pedidos Relacionados [002] Esse pedido se baseia e reivindica prioridade de: Pedido Provisório nos EUA n.° 61/418,967, depositado em 2 de dezembro de 2011 e: Pedido Provisório nos EUA n.° 61/530,771, depositado em 2 de setembro de 2011, sendo ambos os pedidos provisórios incorporados na sua totalidade nesse documento a título de referência.

CAMPO DA INVENÇÃO [003] Essa invenção se destina aos elementos de tubulação ligados entre si através de ligações mecânicas e métodos e dispositivos para fazer tais elementos de tubulação.

ANTECEDENTES [004] Vários desafios são encontrados durante a concepção de elementos de tubulação para serem unidos através do acoplamento de tubos mecânicos.

Tais acoplamentos compreendem dois ou mais segmentos de acoplamento, unidos em uma relação de ponta a ponta por elementos de fixação roscados. Os segmentos envolvem um espaço central que recebe os elementos de tubulação. Cada segmento tem um par de projeções arqueadas, conhecido como chaves que encaixam as superfícies externas dos elementos de tubulação. As chaves são muitas vezes recebidas em ranhuras circunferenciais nos elementos de tubulação que

2/32 conferem um encaixe mecânico positivo contra dobra e cargas axiais aplicadas à união. Cada segmento também define um canal entre o seu par de projeções arqueadas que recebe uma junta em forma de anel. Tipicamente, a junta é comprimida entre os segmentos e os elementos de tubulação de modo a ter efeito sobre uma união estanque ao líquido.

[005] As ranhuras circunferenciais são vantajosamente formadas através do trabalho a frio da parede lateral do elemento de tubulação uma vez que, ao contrário das ranhuras cortadas, o material não é removido da parede lateral da tubulação e, por isso, os elementos de tubulação de paredes mais finas podem ser sulcados através do processo de trabalho a frio. Por questões de peso e de diminuição de custos, é vantajosa a utilização de elementos de tubulação de paredes mais finas em pressão elevada e/ou aplicações de carga elevada. No entanto, os métodos de

trabalho a	frio	da arte	anterior e	as	concepções	das
tubulações	não	produzem	adequadas	caraterísticas	de
acoplamento	e de	encaixe	do elemento	de	tubulação	para

cargas elevadas e pressões sustentáveis por comparáveis sistemas de ranhuras cortadas utilizados em elementos de tubulação de paredes mais espessas. Há claras vantagens a serem consideradas através das melhorias na concepção e fabricação dos elementos de tubulação sulcados de paredes finas através de trabalho a frio que irá permitir que os elementos de tubulação sulcados de paredes finas sejam unidos através de ligações mecânicas e utilizados em aplicações de pressão elevada/ carga elevada.

SUMÁRIO [006] A invenção diz respeito a um elemento de

3/32 tubulação com um diâmetro externo e pelo menos uma extremidade. Em um exemplo, o elemento de tubulação compreende um ombro posicionado na extremidade. O ombro se prolonga circunferencialmente em torno do elemento de tubulação e tem uma superfície de frente para o lado externo. A superfície de frente para o lado externo tem um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do elemento de tubulação, excluindo o ombro. Uma ranhura está posicionada ao lado do ombro. A ranhura se prolonga circunferencialmente em torno do elemento de tubulação. A ranhura é definida através de uma primeira superfície lateral posicionada contígua ao ombro, uma segunda superfície lateral posicionada afastada em relação à primeira superfície lateral e uma superfície de pavimento se prolongando entre as primeiras e segundas superfícies laterais.

A superfície de pavimento tem um diâmetro externo menor do que o diâmetro externo do elemento de tubulação, excluindo a ranhura.

[007] modalidade, de tubulação elemento o

Em outra

também	compreende um	rebordo	posicionado contíguo	à
ranhura.	O	rebordo se	prolonga	circunferencialmente	em
torno e	se	projeta radialmente	no sentido externo	do
elemento	de	tubulação.	O rebordo tem um ápice, com	um
diâmetro	externo maior	do que	o diâmetro externo	do
elemento	de	tubulação, excluindo o	rebordo.

[008]

A invenção também inclui de tubulação um elemento com um diâmetro externo e primeiras segundas extremidades. Nessa modalidade exemplificativa, o elemento de tubulação compreende primeiros e segundos ombros posicionados, respectivamente, nas primeiras e segundas

4/32 extremidades. Cada um dos primeiros e segundos ombros se prolonga circunferencialmente em torno do elemento de tubulação e tem uma superfície de frente para o lado externo. Cada uma das superfícies de frente para o lado externo tem um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do elemento de tubulação, excluindo os primeiros e segundos ombros. Nessa modalidade, as primeiras e segundas ranhuras estão posicionadas de modo adjacente, respectivamente, aos primeiros e segundos ombros. Cada uma das primeiras e segundas ranhuras se prolonga circunferencialmente em torno do elemento de tubulação. Cada uma das primeiras e segundas ranhuras é definida, respectivamente, por uma primeira superfície lateral posicionada contígua a um dos primeiros e segundos ombros, uma segunda superfície lateral posicionada afastada em relação à primeira superfície lateral, e uma superfície de pavimento se prolongando entre as primeiras e segundas superfícies laterais. A superfície de pavimento de cada uma das primeiras e segundas ranhuras tem um respetivo diâmetro externo menor do que o diâmetro externo do elemento de tubulação, excluindo as ranhuras.

[009] Essa modalidade também pode compreender primeiros e segundos rebordos posicionados contíguos, respectivamente, às primeiras e segundas ranhuras. Cada um dos primeiros e segundos rebordos se prolonga circunferencialmente em torno e se projeta radialmente para

fora do	elemento	de	tubulação. Cada um	dos	primeiros	e
segundos	rebordos	tem	um respetivo ápice	com	um diâmetro
externo	maior do	que	o diâmetro externo	do	elemento	de

tubulação, excluindo os primeiros e segundos rebordos.

5/32 [0010]A invenção ainda envolve a combinação de um acoplamento e pelo menos um elemento de tubulação. O elemento de tubulação tem um diâmetro externo e pelo menos uma extremidade. O acoplamento compreende uma pluralidade de segmentos conectados uns aos outros, de ponta a ponta, envolvendo um espaço central de forma a receber a extremidade do elemento de tubulação. Cada um dos segmentos tem uma superfície arqueada para encaixar o elemento de tubulação recebido no espaço central. Nessaa modalidade exemplificativa, o elemento de tubulação compreende um ombro posicionado na extremidade. O ombro se prolonga circunferencialmente em torno do elemento de tubulação e tem uma superfície de frente para o lado externo. A superfície de frente para o lado externo tem um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do elemento de tubulação, excluindo o ombro. Uma ranhura está posicionada ao lado do ombro. A ranhura se prolonga circunferencialmente em torno do elemento de tubulação. A ranhura é definida através de uma primeira superfície lateral posicionada contígua ao ombro, uma segunda superfície lateral posicionada afastada em relação à primeira superfície lateral e uma superfície de pavimento se prolongando entre as primeiras e segundas superfícies laterais, tendo a superfície de pavimento um diâmetro externo menor do que o diâmetro externo do elemento de tubulação, excluindo a ranhura. As superfícies arqueadas dos segmentos são recebidas dentro da ranhura.

[0011]Nessa modalidade do elemento de tubulação também pode incluir um rebordo posicionado contíguo à ranhura. O rebordo se prolonga circunferencialmente em torno e se

6/32 projeta radialmente no sentido externo do elemento de tubulação. O rebordo tem um ápice com um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do elemento de tubulação, excluindo o rebordo.

[0012] Em outro aspeto, a invenção inclui primeiros e segundos rolos para conferir uma forma para uma parede lateral de um elemento de tubulação. Nesse aspeto um exemplo do primeiro rolo compreende um primeiro segmento, tendo um primeiro diâmetro externo e um segundo segmento posicionado contíguo ao primeiro segmento. O segundo segmento tem um segundo diâmetro externo menor do que o primeiro diâmetro externo. Um terceiro segmento está posicionado contíguo ao segundo segmento e tem um terceiro diâmetro externo maior do que o segundo diâmetro externo. Um oitavo segmento está posicionado contíguo ao terceiro segmento e tem um oitavo diâmetro externo menor do que o segundo diâmetro externo. Um nono segmento está posicionado contíguo ao oitavo segmento e tem um oitavo diâmetro externo aproximadamente igual ao segundo diâmetro externo.

[0013]Nesse aspeto da invenção um exemplo do segundo rolo compreende um quarto segmento tendo um quarto diâmetro externo e um quinto segmento posicionado contíguo ao referido quarto segmento e tendo um quinto diâmetro externo maior do que o quarto diâmetro externo. Um sexto segmento está posicionado contíguo ao referido quinto segmento e tem um sexto diâmetro externo menor do que o quinto diâmetro externo. Um sétimo segmento está posicionado contíguo ao referido sexto segmento e tem um sétimo diâmetro externo aproximadamente igual ao quinto diâmetro externo.

[0014] Em uma modalidade particular, o quinto segmento

7/32 compreende uma primeira superfície anular posicionada adjacente ao quarto segmento e substancialmente orientada perpendicularmente ao segundo eixo, e uma segunda superfície anular posicionada adjacente ao sexto segmento e angularmente orientada em relação ao segundo eixo.

[0015]A invenção também inclui um dispositivo utilizando os primeiros e segundos rolos para trabalho a frio de uma extremidade de um elemento de tubulação, de modo a conferir uma forma à parede lateral do elemento de tubulação. O dispositivo compreende uma estrutura de suporte. O primeiro rolo está instalado na estrutura de suporte e é rotativo sobre um primeiro eixo. O primeiro rolo é adaptado de forma a encaixar uma superfície interna do elemento de tubulação. Também são conferidos meios para rotação do primeiro rolo sobre o primeiro eixo. O segundo rolo está instalado na estrutura de suporte e é rotativo sobre um segundo eixo substancialmente orientado de modo paralelo ao primeiro eixo. O segund o rolo é móvel no sentido e para longe do primeiro rolo e é adaptado de forma a encaixar uma superfície externa do elemento de tubulação. Também são conferidos meios para mover o segundo rolo relativamente ao primeiro rolo para compressão da parede lateral, enquanto os rolos rodam. Os rolos são dispostos relativamente uns aos outros na estrutura de suporte de tal modo que:

o quarto	segmento	está	alinhado	com	o primeiro
segmento;
o quinto	segmento	está	alinhado	com	o segundo
segmento;
o sexto	segmento	está	alinhado	com	o terceiro

8/32 segmento.

[0016]Os meios de rotação podem incluir um motor elétrico ou um motor hidráulico, operado através de uma bomba, e os meios móveis podem incluir um atuador hidráulico ou um parafuso sem fim como meio de exemplo.

[0017]A invenção também envolve um método para conferir uma forma à parede lateral de um elemento de tubulação, tendo uma superfície interna e uma superfície externa através da utilização da combinação dos primeiros e segundos rolos. Em um exemplo, o método compreende:

contatar a superfície interna do elemento de tubulação em um primeiro ponto no primeiro segmento do primeiro rolo;

contatar a superfície externa do elemento de tubulação em um terceiro ponto no quinto segmento do segundo rolo;

rodar um dos primeiros e segundos rolos fazendo, desse modo, com que o outro dos primeiros e segundos rolos e o elemento de tubulação rodem, o primeiro rolo atravessa circunferencialmente a superfície interna do elemento de tubulação, e o segundo rolo atravessa circunferencialmente a superfície externa do elemento de tubulação;

mover um dos primeiros e segundos rolos em direção ao outro dos primeiros e segundos rolos e deformando a parede lateral do elemento de tubulação através do contato entre a superfície interna do elemento de tubulação e os primeiros e terceiros segmentos do primeiro rolo, e do contato entre a superfície externa do elemento de tubulação e os quintos e sétimos segmentos do segundo rolo;

continuar movendo um dos primeiros e segundos rolos em direção ao outro dos primeiros e segundos rolos e comprimindo a parede lateral do elemento de tubulação entre

9/32 o primeiro segmento do primeiro rolo e o quarto segmento do segundo rolo;

continuar movendo um dos primeiros e segundos rolos em direção ao outro dos primeiros e segundos rolos e comprimindo a parede lateral do elemento de tubulação entre o segundo segmento do primeiro rolo e o quinto segmento do segundo rolo; e continuar movendo um dos primeiros e segundos rolos em direção ao outro dos primeiros e segundos rolos e comprimindo a parede lateral do elemento de tubulação entre o terceiro segmento do primeiro rolo e os quintos e sétimos segmentos do segundo rolo.

[0018]A invenção também envolve um método de formação por rotação de modo a formar um ombro circunferencial, ranhura e rebordo em um elemento de tubulação. Um método de formação por rotação exemplificativo compreende:

captura da extremidade do elemento de tubulação em uma matriz;

inserção de uma ferramenta dentro do elemento de tubulação;

rotação da ferramenta em uma órbita sobre um eixo longitudinal do elemento de tubulação;

aumento do diâmetro da órbita enquanto se roda a ferramenta de modo a forçar a ferramenta contra uma superfície interna do elemento de tubulação;

conformação do elemento de tubulação para uma matriz de modo a formar, aí, um ombro circunferencial, tendo, o ombro, um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do resto do elemento de tubulação;

conformação do elemento de tubulação para uma matriz

10/32 de modo a formar, aí, um rebordo circunferencial, tendo, o rebordo, um ápice com um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do resto do elemento de tubulação;

forçar a ferramenta contra a superfície interna do elemento de tubulação enquanto se roda a ferramenta na órbita de diâmetro crescente, fazendo com que uma parte da tubulação entre o ombro e o rebordo se mova radialmente para dentro para fora da matriz formando, desse modo, a ranhura, tendo, a ranhura, um diâmetro externo menor do que o diâmetro externo do resto do elemento de tubulação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0019]As Figuras 1 e 1A são vistas secionais longitudinais de exemplos de elementos de tubulação;

[0020]A Figura 2 é uma vista isométrica de uma válvula incluindo um exemplo de elemento de tubulação;

[0021]A Figura 3 é uma vista isométrica explodida de uma combinação de elementos de tubulação e um acoplamento da tubulação;

[0022]As Figuras 3A e 3B são vistas elevadas de modalidades do acoplamento da tubulação;

[0023]As Figura 4-6 são vistas de seção longitudinal de uma combinação de elementos de tubulação e um acoplamento da tubulação;

[0024]A Figura 7 é uma vista isométrica de um exemplo de uma máquina de formação de rolo para fabricação de elementos de tubulação utilizando um método de formação por rolo;

[0025]A Figura 8 é uma vista elevada de um exemplo de uma combinação de rolos utilizados para formação de elementos de tubulação através de rolos;

11/32 [0026]As Figuras 9-11 são vistas secionais longitudinais, ilustrando um exemplo de um método para formação de elementos de tubulação através de rolos;

[0027]A Figura 12 é um diagrama esquemático de um exemplo de uma máquina de formação de rotação para fabricação de elementos de tubulação utilizando um método de formação por rotação;

[0028]A Figura 13 é uma vista esquemática terminal da máquina de formação por rotação mostrada na Figura 12; e [0029]As Figuras 14-16 são vistas secionais longitudinais, ilustrando um exemplo de um método para

formação de elementos de tubulação através de rotação.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0030]A invenção está relacionada	com	elementos	de
tubulação, combinações	de elementos	de	tubulação	e
acoplamentos, e métodos	e dispositivos	para	trabalhar	a
frio os elementos de	tubulação de	modo	a receberem

acoplamentos e a formarem uma união estanque ao líquido. Ao longo desse documento o termo elemento de tubulação significa qualquer estrutura tubular, incluindo, por exemplo, tubulação de armazenamento 10 conforme mostrado na Figura 1, bem como a parte tubular 12 de uma manipulação de fluidos ou o componente de controle tal como a válvula 14, mostrada na Figura 2. Outros componentes, tais como bombas e filtros, bem como acessórios tais como tês, cotovelos, curvas e redutores também estão incluídos como tendo ou compreendendo elementos de tubulação, conforme definido nesse documento.

[0031] Conforme mostrado na Figura 1, o elemento de tubulação 10 tem um diâmetro externo 16 que passa através

12/32 de um ponto em um eixo longitudinal 18 no centro do elemento de tubulação da curvatura. Pelo menos uma extremidade 20 do elemento de tubulação 10 está configurada de modo a receber uma chave de um acoplamento mecânico (não mostrado), a configuração compreendendo um ombro 22 posicionado na extremidade 20, uma ranhura 24 posicionada de modo adjacente ao ombro 22 e um rebordo 26 posicionado contíguo à ranhura 24.

[0032]Conforme ilustrado em detalhe na Figura 1, o ombro 22 se prolonga circunferencialmente em torno do elemento de tubulação e tem uma superfície de frente para o lado externo 28. A superfície 28 tem um diâmetro externo 30 maior do que o diâmetro externo 16 do elemento de tubulação 10 excluindo o ombro. O ombro 30 também tem uma superfície curva de frente para o lado externo 32. A superfície curva 32 também se prolonga circunferencialmente em torno do elemento de tubulação e tem um centro de curvatura no eixo 34 orientado de modo perpendicular ao eixo longitudinal 18 do elemento de tubulação 10. Na Figura 1, o eixo 34 é mostrado perpendicular ao plano de visualização e, por isso, é visto de topo.

[0033]A ranhura 24 é definida por uma primeira superfície lateral 36 que está posicionada de forma contígua à superfície curvada 32 do ombro 30. A superfície lateral 36 pode estar orientada angularmente. O ângulo de orientação 41 pode variar de cerca de 80° até cerca de 85° em relação ao eixo longitudinal 18. Em outra modalidade, a superfície lateral 36 pode estar orientada substancialmente perpendicularmente ao eixo longitudinal 18. Substancialmente perpendicularmente conforme utilizado

13/32 nesse documento, se refere a uma orientação angular que pode não ser exatamente perpendicular, mas é estabelecida tão próxima quanto praticável, tendo em conta as práticas de fabricação e as tolerâncias. A orientação perpendicular da primeira superfície lateral 36 endurece o elemento de tubulação radialmente e ajuda a manter a sua forma arredondada.

[0034]Uma segunda superfície lateral 38 também define a ranhura 24. A segunda superfície lateral 38 está posicionada afastada em relação à primeira superfície lateral 36 e está orientada angularmente em relação ao eixo longitudinal 18. A superfície lateral 38 pode ter um ângulo de orientação 40 de cerca de 40° a cerca de 70°, ou cerca de 45° a cerca de 65°. Na modalidade particular mostrada na Figura 1, o ângulo de orientação 40 é cerca de 55°, que é considerado vantajoso quando a ranhura recebe as chaves de um acoplamento mecânico conforme mostrado nas Figuras 3-6.

[0035]Uma superfície de pavimento 42 se prolonga entre a primeira superfície lateral 36 e a segunda superfície lateral 38 da ranhura 24. Na modalidade do exemplo mostrado, a superfície de pavimento 42 é substancialmente paralela ao eixo longitudinal 18 e tem um diâmetro externo 44 que é menor do que o diâmetro externo 16 do elemento de tubulação, excluindo a ranhura. A ranhura 24 também tem um diâmetro interno 17 que, na modalidade mostrada na Figura 1, é aproximadamente igual ao diâmetro interno 19 do elemento de tubulação 10.

[0036]O rebordo 26 está posicionado contíguo à segunda superfície lateral 38 da ranhura 24 e também se prolonga circunferencialmente em torno do elemento de tubulação. O

14/32 rebordo 2 6 se projeta para o lado de externo para fora do eixo 18 e tem um ápice 46 com um diâmetro externo 48 maior do que o diâmetro externo 16 do elemento de tubulação excluindo o rebordo. Na modalidade do exemplo mostrado na Figura 1, o diâmetro 48 do ápice 46 é menor do que o diâmetro externo 30 do ombro 22. O rebordo 26 aumenta a rigidez radial do elemento de tubulação e, desse modo, ajuda a manter a sua forma arredondada.

[0037]Conforme mostrado na Figura 1A, uma modalidade do elemento de tubulação sem rebordo 10a também é fazível. Da mesma forma que a modalidade 10 mostrada na Figura 1, para a modalidade 10a, na Figura 1A a superfície de pavimento 42 é substancialmente paralela ao eixo longitudinal 18 e tem um diâmetro externo 44 que é menor do que o diâmetro externo 16 do elemento de tubulação, excluindo a ranhura. A ranhura 24 também tem um diâmetro interno 17 que é aproximadamente igual ao diâmetro interno 19 do elemento de tubulação 10a.

[0038]Para as tubulações de armazenamento, a configuração da extremidade do elemento de tubulação 10 (ombro 22, ranhura 24 e rebordo 26) é a mesma em ambas as extremidades (não mostradas para maior clareza), mas outras configurações também são possíveis em que ambas as extremidades podem não ser idênticas. Além disso, os elementos de tubulação 50 em extremidades opostas da válvula 14 também têm as configurações terminais acima descritas que permitem que a válvula, ou qualquer outro componente ou acessório de controle fluido, sejam associados a outros elementos de tubulação utilizando ligações mecânicas, exemplos dos quais são mostrados nas

15/32

Figuras 3, 3A e 3B. Alternativamente, as válvulas e outros componentes de controle de fluidos e acessórios também podem ter configurações terminais não idênticas.

[0039]Em uma modalidade, ilustrada na Figura 3, o acoplamento mecânico 52 compreende dois ou mais segmentos 54 ligados uns aos outros em uma relação de ponta a ponta, nesse exemplo através de elementos de fixação roscados 56. Os segmentos 54 rodeiam um espaço central 58 que recebe os elementos de tubulação 10 de forma a os unir em uma união estanque ao líquido. Uma junta elastomérica 60 é capturada entre os segmentos 54 e tem superfícies de vedação de frente para o interno 62 que encaixam nas superfícies de frente para o externo 28 dos ombros 24 de forma a garantir a estanqueidade fluida. Cada segmento tem um par de superfícies arqueadas ou chaves 64 que se projeta para dentro no sentido do espaço central e que são recebidas dentro das ranhuras 24 dos elementos de tubulação 10.

[0040] Em outra modalidade, mostrada na Figura 3A, o acoplamento 53 compreende um segmento único, formado a partir de um corpo unitário 55 tendo extremidades 57 e 59 afastadas, de frente uma para a outra. As almofadas do parafuso 61 se prolongam a partir das extremidades 57 e 59 e um elemento de fixação 63 se prolonga entre as almofadas do parafuso para os aproximar durante o apertar do elemento de fixação. O corpo unitário rodeia um espaço central 65 que recebe os elementos de tubulação de modo a formar uma união. As chaves 67 afastadas de ambos os lados do acoplamento 53 se prolongam circunferencialmente ao longo do corpo unitário 55 e se projetam radialmente para o lado interno. Uma junta 60 semelhante àquela acima descrita é

16/32 posicionada entre as chaves. O aperto do elemento de fixação 63 encaixa as chaves 67 com as ranhuras nos elementos de tubulação e comprime a junta 60 entre o corpo unitário 55 e os elementos de tubulação.

[0041]A Figura 3B mostra outra modalidade de acoplamento 69, formada por dois segmentos, 71 e 73, unidos em uma extremidade através de uma dobradiça 75. As extremidades opostas, 77 e 79 dos segmentos estão de frente uma para a outra afastadas e conectadas através de um elemento de fixação 81. Os segmentos 71 e 73 também têm chaves circunferenciais 83 afastadas uma da outra e uma junta 60 está posicionada entre eles. Os segmentos rodeiam um espaço central 65 que recebe os elementos de tubulação de modo a formar uma união. O aperto do elemento de fixação 81 encaixa as chaves 83 com as ranhuras nos elementos de tubulação e comprime a junta 60 entre os segmentos e os elementos de tubulação.

[0042]A união pode ser formada entre dois elementos de tubulação 10 através da desmontagem do primeiro acoplamento 52 (Ver Figura 3) e deslizar a junta 60 sobre uma extremidade de um dos elementos de tubulação. A extremidade do outro elemento de tubulação é então alinhada em proximidade com a extremidade do primeiro elemento de tubulação, e a junta é posicionada de modo a estreitar o pequeno espaço de folga entre as duas extremidades do elemento de tubulação, com as superfícies de vedação 62 da junta encaixando as respetivas superfícies externas 28 dos ombros 24 de cada elemento de tubulação. De seguida os segmentos de acoplamento 54 são posicionados envolvendo a junta 60 e as extremidades dos elementos de tubulação com

17/32 as chaves 64 alinhadas com as respetivas ranhuras 24 em cada elemento de tubulação. Os elementos de fixação 56 são então aplicados e apertados de forma a aproximarem os segmentos em direção um ao outro, encaixar as chaves 64 dentro das respetivas ranhuras 24 e a comprimir a junta 60 contra os elementos de tubulação de modo a formar uma união estanque ao líquido.

[0043]Em uma modalidade alternativa, as Figuras 4-6 mostram em detalhe o encaixe dos elementos de tubulação 10 com um acoplamento do tipo pronto a ser instalado 52 em que os segmentos 54 são pré-instalados e mantidos afastados um do outro através dos elementos de fixação 56, estando, os segmentos, apoiados na junta 60. Os segmentos estão suficientemente afastados de modo que os elementos de tubulação 10 podem ser inseridos no espaço central 58 sem desmontar o acoplamento conforme mostrado nas Figuras 4 e 5. Note que as superfícies de frente para o lado externo 28 dos ombros 22 encaixam as superfícies de vedação 62 da junta 60 e as chaves 64 se alinham com as ranhuras 24 em cada um dos elementos de tubulação. Conforme mostrado na Figura 6, os elementos de fixação 56 (ver também a Figura 1) unindo os segmentos 54 um outro, estão apertados, desenhando os segmentos em direção um ao outro. Isso comprime a junta 60 contra os elementos de tubulação de forma a efetuar um selo e força as chaves 64 para as ranhuras 24 de modo a efetuar uma conexão mecânica positiva entre a conexão e os elementos de tubulação 10 de forma a efetuar a união. Em uma modalidade, mostrada em detalhe na Figura 6, as chaves 64 têm uma forma seccional transversal que é compatível com as ranhuras e as chaves são

18/32 dimensionadas de tal modo que uma primeira superfície da chave lateral 66 encaixa a primeira ranhura da superfície da lateral 36, e uma segunda superfície da chave lateral 68 encaixa a segunda superfície lateral angularmente orientada 38 da ranhura. É vantajoso que as superfícies 68 e 38 tenham ângulos de orientação complementares de forma a maximizar a superfície para o contato de superfície. São contemplados os ângulos de orientação para a superfície de chave lateral 68 medidos em relação ao eixo longitudinal do elemento de tubulação 18 (ver também a Figura 1) de cerca de 40° a cerca de 70°, ou de cerca de 45° a cerca de 65°, ou cerca de 55°. Também é vantajoso que as superfícies 66 e 36 tenham ângulos de orientação complementares. São contemplados os ângulos de orientação para a superfície da chave lateral 66 medidos em relação ao eixo longitudinal do elemento de tubulação 18 (ver também a Figura 1) de cerca de 80° a cerca de 85°.

[0044]Em geral para essa modalidade haverá um espaço de folga 70, entre a ranhura da superfície do pavimento 42 e uma superfície radialmente de frente 72 da chave 64. Isso é devido às variações de tolerância tanto do elemento de tubulação como do acoplamento. Algum espaço de folga entre as superfícies 42 e 72 é vantajoso para assegurar que as chaves encaixam na ranhura com uma ação em cunha que fornece a rigidez à união e mantém os elementos de tubulação afastados um do outro sob compressão axial e cargas de tensão. A formação da união utilizando modalidades de acoplamento 53 e 69 mostradas nas Figuras 3B e 3A procede da mesma forma conforme acima descrito para a modalidade pronta a ser instalada. Outras modalidades

19/32 também são fazíveis, por exemplo, em que apenas a superfície da chave vertical 66 está em contato com a primeira superfície de ranhura lateral 36, ou apenas a superfície da chave orientada angularmente 68 está em contato com a segunda superfície lateral 38 da ranhura 24. Também é possível que os segmentos de acoplamento flutuem na junta 60, em que nenhuma das superfícies de chave está em contato com as superfícies da ranhura, pelo menos inicialmente até que a união esteja sujeita à carga.

Formação por Rolos [0045]A Figura 7 mostra um dispositivo 74 para formação por rolo das extremidades de um elemento de tubulação e conferindo uma forma à sua parede lateral. O dispositivo 74 compreende uma estrutura de apoio 76 na qual está instalado um primeiro ou rolo interno 78 e um segundo ou rolo externo 80. O rolo interno 78 está instalado de forma a rodar sobre um eixo 82 e é adaptado de modo a encaixar e a suportar uma superfície interna de um elemento de tubulação durante o processo de trabalho a frio divulgado nesse documento. Os meios 84 para rodar o rolo interno são conferidos com o dispositivo 74. Tais meios podem incluir, por exemplo, um motor elétrico, ou um motor hidráulico operado através de uma bomba. O rolo externo 80 é instalado sobre um encaixe articulado 86 e é livre para rodar sobre um eixo 88 que é substancialmente paralelo ao eixo de rotação 82 do rolo interno 78. O encaixe articulado 86 permite que o rolo externo 80 se mova em direção e para fora do rolo interno 78 de forma que esse se pode encaixar em uma superfície externa do elemento de tubulação durante a formação do rolo. Os meios 90 são fornecidos de modo a mover o rolo

20/32 externo 80 no encaixe articulado 86, e esses meios podem compreender, por exemplo, um atuador hidráulico ou um parafuso sem fim.

[0046]Um exemplo de uma combinação de rolo 92 para rolos internos e externos, 78 e 80 de acordo com a invenção é mostrado em detalhe na Figura 8. O rolo interno 78 é formado de uma pluralidade de segmentos tendo diferentes diâmetros externos que cooperam com vários segmentos compreendendo o rolo externo 80 (que também são distinguíveis um do outro devido aos seus respetivos diâmetros externas) de modo a conferir a forma desejada à parede lateral do elemento de tubulação conforme descrito nesse documento. O rolo interno 78 é composto por um primeiro segmento 94 tendo um diâmetro externo 94a, um segundo segmento 96 posicionado contíguo ao primeiro segmento e tendo um diâmetro externo 96a menor do que o diâmetro externo 94a, um terceiro segmento 98 posicionado contíguo ao segundo segmento e tendo um diâmetro externo 98a maior do que o diâmetro externo 96a, um quarto segmento 100 posicionado contíguo ao terceiro segmento e tendo um diâmetro externo 100a menor do que o diâmetro externo 96a e um quinto segmento 102 posicionado contíguo ao quarto segmento e com um diâmetro externo 102a aproximadamente igual ao do diâmetro externo 96a. Da mesma forma, o rolo externo 80 é composto por um primeiro segmento 104 tendo um diâmetro externo 104a, um segundo segmento 106 posicionado contíguo ao primeiro segmento 104 e tendo um diâmetro externo 96a maior do que o diâmetro externo 104a, um terceiro segmento 108 posicionado contíguo ao segundo segmento 106 e tendo um diâmetro externo 108a menor do que

21/32 o diâmetro externo 106a, um quarto segmento 110 posicionado contíguo ao terceiro segmento 108 e tendo um diâmetro externo 110a aproximadamente igual ao do diâmetro externo 106a.

[0047]Quando a combinação do rolo mostrada na Figura 8 é instalada no dispositivo 74 para trabalho a frio da parede lateral de um elemento de tubulação, os rolos são alinhados de forma a cooperarem uns com os outros e conferirem a forma desejada à parede lateral. No exemplo mostrado nas Figuras 8-11, o segmento 94 no rolo interno 78 está alinhado com o segmento 104 no rolo externo 80; o segmento 96 no rolo interno está alinhado com o segmento 106 no rolo externo; o segmento 98 no rolo interno está alinhado com o segmento 108 no rolo externo, e os segmentos 100 e 102 no rolo interno estão alinhados com o segmento 110 no rolo externo.

[0048]As superfícies anulares em cada um dos rolos, formadas quando há segmentos contíguos no mesmo rolo tendo diferentes diâmetros externos, também cooperarem em pares, umas com as outras, de forma a conferirem a desejada forma à parede lateral do elemento de tubulação. Como também é mostrado na Figura 8, uma superfície anular 112 posicionada no rolo interno 78 entre os segmentos 94 e 96 coopera com uma superfície anular 114 posicionada no rolo externo 80 entre os segmentos 104 e 106 de modo a formar a primeira superfície lateral 36 da ranhura 24. A superfície anular 114 pode ser considerada parte do segmento 106 e, nesse exemplo, está substancialmente orientada perpendicularmente ao eixo de rotação 88 do rolo externo 80. Adicionalmente, uma superfície anular 116 posicionada no rolo externo 80

22/32 entre os segmentos 106 e 108 coopera com uma superfície anular 118 posicionada no rolo externo 78 entre os segmentos 96 e 98 de modo a formar a segunda superfície lateral 38 da ranhura 24. A superfície anular 116 também pode ser considerada parte do segmento 106 e está angularmente orientada em relação ao eixo 88. Os ângulos de orientação 120 podem variar de cerca de 40° a cerca de 70°, ou de cerca de 45° a cerca de 65°, ou podem ser de cerca de 55°. No exemplo mostrado as superfícies anulares no rolo interno 78 irão ter substancialmente a mesma orientação que a superfície anular no rolo externo 80 com a qual elas cooperam, no entanto, como é lógico, são fazíveis outras configurações. O alinhamento correto entre os rolos 78 e 80 e os seus respetivos segmentos e superfícies anulares é estabelecido e mantido através de uma flange 122, que, nesse exemplo, se prolonga radialmente para fora do rolo interno 78 e se encaixa em uma ranhura 124 no rolo externo 80 quando o rolo externo 80 é movido no sentido do rolo interno 78 de forma a comprimir o elemento de tubulação entre eles durante o trabalho a frio.

[0049]As Figuras 9-11 ilustram um exemplo de um método de formação de rolo que de um elemento de tubulação 10 de modo a conferir a forma à parede lateral, conforme mostrado na Figura 1. Conforme mostrado na Figura 9, o elemento de tubulação 10 é suportado no rolo interno 78 com a sua superfície interna 126 contatando com pelo menos dois dos segmentos 94, 98 e 102 nos respetivos pontos de contatos, 128, 129 e 130. Para elementos de tubulação relativamente curtos, o contato pode ser em 128, 129 e 130 ou em quaisquer dois dos três. Para elementos de tubulação mais

23/32 longos o contato será em 128 e pode ser em 129 e 130. O rolo externo 80 é movido na direção do rolo interno 7 8 e contata com a superfície externa 132 do elemento de tubulação 10 com o segmento 106. A flange 122 no rolo interno 78 atua como um batente para posicionar corretamente o elemento de tubulação axialmente sobre os rolos. Uma vez que ambos os rolos internas e externas 78 e 80 estão em contato com o elemento de tubulação 10, o rolo interno é rodado sobre o eixo 82 através de meios de rotação 84. Isso faz com que o elemento de tubulação 10 rode no mesmo sentido que o rolo interno 78 e o rolo externo 80 rode no sentido oposto sobre o seu eixo 88. Embora seja vantajoso rodar o rolo interno e mover o rolo externo em direção a esse, se percebe que também são fazíveis outras combinações de rotação e de movimento dos rolos. Também é prático prender o elemento de tubulação de modo fixo e estacionário e mover a máquina em torno do eixo longitudinal do elemento de tubulação enquanto se comprime a parede lateral do elemento de tubulação entre dois rolos. Nesse caso ambos os rolos podem ter os eixos livres, ou seja, não são rodados eletricamente, mas rodam como resultado da fricção entre os rolos e o elemento de tubulação.

[0050]Conforme mostrado na Figura 10, o rolo externo 80 é movido na direção do rolo interno 78 de modo a comprimir o elemento de tubulação entre os rolos, enquanto os rolos estão em rotação. A parede lateral do elemento de tubulação 134 é, por esse motivo, deformada através do contato entre a superfície interna do elemento de tubulação 126 e os segmentos 94 e 98 do rolo interno 78, e os segmentos 106 e

24/32

110 do rolo externo 80. Essa ação começa a formar o ombro 22, a ranhura 24 e o rebordo 26 na parede lateral 134. Os rolos e o elemento de tubulação continuam a rodar, e, conforme mostrado na Figura 11, o rolo externo 80 é ainda mais movido no sentido do rolo interno 7 8 de modo a comprimir ainda mais a parede lateral 134. A parede lateral 134 é comprimida entre os segmentos 94 e 104 de modo a formar o ombro 22, em que a força de compressão entre os segmentos estreita a parede lateral sobre a região do ombro 22 e alarga o seu diâmetro até ao diâmetro externo final desejado 30 conforme mostrado na Figura 1. A parede lateral 134 também é comprimida entre os segmentos 96 e 106 de forma a estabelecer as dimensões finais da ranhura do pavimento 42, incluindo o seu diâmetro externo 44 mostrado na Figura 1. Em determinadas modalidades, a parede lateral 134 também é comprimida entre os segmentos 96 e 106 de forma a estabelecer o diâmetro interno 17 da parte do elemento de tubulação 10 compreendendo a ranhura 24 para ser aproximadamente igual ao diâmetro interno da tubulação 19 (que não é comprimido entre os rolos), conforme mostrado na Figura 1. Conforme também mostrado em relação à Figura 11, a parede lateral 134 é comprimida entre a superfície anular 116 e a superfície anular 118 de modo a formar a segunda superfície lateral 38 da ranhura 24 (a primeira superfície lateral tendo sido formada pela cooperação entre as superfícies anulares 112 e 114). O segmento 110 também contata com a superfície externa 132 do elemento de tubulação 10 para auxiliar na formação do rebordo 26.

Formação por Rotação [0051]A utilização de técnicas de formação por rotação

25/32 é vantajosa para a formação do ombro circunferencial, da ranhura e do rebordo. A formação por rotação utiliza uma matriz externo fixa e uma ferramenta de rolo que roda em uma órbita dentro da matriz. O elemento de tubulação é mantido dentro da matriz entre essa e a ferramenta, e a ferramenta orbita sobre o eixo longitudinal da tubulação. A órbita da ferramenta é aumentada em diâmetro e a ferramenta é forçada contra a superfície interna do elemento de tubulação. Quando a ferramenta roda, vai forçar a extremidade do elemento de tubulação para se conformar à forma da ferramenta e da matriz.

[0052]A formação por rotação é vantajosa, uma vez que elimina a sensibilidade do processo para a variação da tolerância do diâmetro externo do elemento de tubulação. Enquanto podem ser utilizadas técnicas como a formação por rolo para trabalhar a frio o elemento de tubulação e produzir a forma desejada do ombro-rebordo-ranhura, é difícil estabelecer os diâmetros externos do ombro e da ranhura com um grau de replicabilidade aceitável devido à variação no diâmetro externo do elemento de tubulação. No entanto, ao utilizar a formação por rotação com a sua matriz externo fixa, as variações dimensionais do diâmetro externo do elemento de tubulação não são relevantes uma vez que a fiabilidade da matriz externa estabelece as dimensões da superfície externa do elemento de tubulação independentemente do diâmetro inicial do elemento de tubulação.

[0053]As Figuras 12 e 13 mostram esquematicamente um exemplo de máquina de formação por rotação 136. Conforme mostrado na Figura 13, a máquina 136 inclui uma matriz 138

26/32 formada em quatro secções 140, 142, 144 e 146. As seções da matriz estão instaladas em rolamentos (não mostrados) e são lateralmente móveis em direção e para fora uma da outra utilizando os respetivos atuadores 148, 150, 152 e 154. Nesse exemplo, há quatro seções de matriz configuradas em pares deslocados (140 e 142, 144 e 146) mas matrizes tendo apenas duas seções também são fazíveis. Conforme mostrado na Figura 12, uma ferramenta de formando por rotação 156 é instalada em um alojamento 158. O alojamento 158 tem um eixo de rotação fixo 160 e é instalado em um transportador 162, que se move ao longo de barras guia 164 em direção e para fora da matriz 138. Um atuador 166 tem efeito sobre o movimento do transportador 162 e consequentemente sobre o movimento da ferramenta de formação por rotação 156 em direção e para fora da matriz. O alojamento 158 é dirigido em rotação sobre o eixo 160 relativamente ao transportador 162 sobre os rolamentos 168 através de um motor elétrico 170 também instalado sobre o transportador. O eixo de rotação 160 do alojamento 158 é substancialmente paralelo ao eixo longitudinal 161 da abertura definida quando as seções da matriz 140, 142, 144 e 146 são unidas. No entanto, a ferramenta de formação por rotação 156 pode ser movida relativamente ao alojamento 158 em uma direção, de forma a deslocar o eixo longitudinal 172 do eixo de rotação 160 do alojamento. O movimento de deslocamento da ferramenta de formação por rotação 156 é instalado no alojamento 158 através de um atuador 174. Uma mola 176 confere a força restauradora que move o eixo longitudinal da ferramenta de formação por rotação 172 de volta para o seu alinhamento coaxial com o eixo de rotação 160 do

27/32 alojamento quando a força do atuador 174 é aliviada.

[0054]Conforme mostrado na Figura 14, as seções de matriz (sendo mostrada a 140) têm uma superfície interna 178 formada de modo a produzir uma forma final desejada da superfície externa 134a do elemento de tubulação 134 durante a formação por rotação. Além disso, a ferramenta de formação por rotação 156 tem uma superfície externa 180 formada de modo a cooperar com as superfícies internas 178 das seções da matriz e permitir que o material do elemento de tubulação 134 se deforme e flua de tal modo que, quando, durante o processo de formação, a superfície externa 180 da ferramenta de formação por rotação 156 é forçada contra a superfície interna 134b do elemento de tubulação 134, a superfície externa 134a do elemento de tubulação 134 fica com a forma desejada definida pelas superfícies internas 178 da matriz 138.

[0055] Em funcionamento, conforme ilustrado nas Figuras 13-16, os atuadores 148 e 150 movem as respetivas seções da matriz 140 e 142 para fora uma da outra. Da mesma forma, os atuadores 152 e 154 movem as respetivas seções da matriz 144 e 146 para fora uma da outra, abrindo desse modo a matriz 138. O elemento de tubulação 134, pode, então, ser inserido na matriz. Conforme mostrado na Figura 14, a matriz 138 é então fechada colocando as respetivas seções da matriz 140 e 142, 144 e 146 em conjunto utilizando os seus respetivos atuadores de modo a capturar a extremidade do elemento de tubulação 134. De seguida, conforme mostrado nas Figuras 12 e 14, o atuador 166 move o transportador 162 em direção à matriz 138. A ferramenta de formação por rotação 156 com o seu eixo longitudinal 172 posicionado

28/32 nesse momento em alinhamento coaxial com o eixo de rotação 160 do alojamento 158 e, desse modo, também no alinhamento coaxial tanto com o eixo longitudinal 161 definido pela matriz 138 como com o eixo longitudinal 182 do elemento de tubulação 134 movido em direção à matriz 138. A ferramenta de formação por rotação 156 é inserida dentro do elemento de tubulação 134 capturado pela matriz. O alojamento 158 é então rodado pelo motor 170 sobre o seu eixo de rotação 160, e o atuador 174 move o eixo longitudinal 172 da ferramenta de formação por rotação 156 para fora do alinhamento coaxial com o eixo longitudinal 160 do alojamento. Essa configuração é mostrada na Figura 15, onde o eixo 172 da ferramenta de formação por rotação 156 também é deslocado a partir do eixo longitudinal 182 do elemento de tubulação 134. Essa configuração excêntrica faz com que a ferramenta de formação por rotação 156 rode em torno do eixo longitudinal 182 do elemento de tubulação 134 em uma órbita circular sobre a rotação do alojamento 158. O diâmetro da órbita aumenta à medida que o atuador 174 continua a mover a ferramenta de formação por rotação 156 ainda mais para fora do eixo de rotação 160 do alojamento 158. O movimento contínuo da ferramenta de formação por rotação 156 em relação ao alojamento 158 enquanto o alojamento estiver rodando força a ferramenta contra a superfície interna 134b do elemento de tubulação 134. Conforme mostrado na Figura 16, a ferramenta de formação por rotação 156 se move em torno da superfície interna do elemento de tubulação na sua órbita e trabalha a frio o material, forçando a superfície externa 134a do elemento de tubulação 134 a substancialmente ficar conforme com a forma

29/32 das superfícies internas 178 da matriz 138. Nesse exemplo, são formados o ombro 22, a ranhura 24 e o rebordo 26. No entanto, também é possível formar apenas um ombro e a ranhura, ou apenas o rebordo e a ranhura, dependendo da forma da matriz e da ferramenta de formação por rotação. Note que para mitigar a fricção entre a ferramenta de formação por rotação 156 e a superfície interna 134b do elemento de tubulação 134, a ferramenta de formação por rotação é livre para rodar sobre o seu eixo longitudinal 172. Uma vez que a forma desejada de ombro-rebordo-ranhura é alcançada depois da conclusão do processo de formação por rotação, a rotação do alojamento 158 é interrompida, o eixo longitudinal 172 da ferramenta de formação por rotação 156 é movido de volta para o alinhamento com o eixo longitudinal do alojamento 160 e o transportador 162 é afastado da matriz 138, removendo, desse modo, a ferramenta de formação de rotação 156 do elemento de tubulação 134. A matriz 138 é, de seguida, aberta movendo as seções da matriz 140, 142, 144 e 146, permitindo, desse modo, a remoção do elemento de tubulação formado da matriz.

[0056]É observado que quando é utilizada a formação por rotação para formar simultaneamente tanto o ombro 22 como o rebordo 26 em lados opostos da ranhura 24 conforme descrito acima, o material do elemento de tubulação é forçado a fluir para a área do elemento de tubulação definindo a ranhura de tal modo que a ranhura é formada pelo material se movendo radialmente para o interno no sentido do eixo longitudinal 182 do elemento de tubulação 134 no sentido oposto ao diâmetro crescente da órbita da ferramenta de formação por rotação 156. A região do elemento de tubulação

30/32 formando a ranhura 24 afasta as superfícies internas da matriz 178 e se forma um espaço de folga 184 entre o pavimento da ranhura 42 e as superfícies internas 178 da matriz 138. O pavimento da ranhura 42 é menor em diâmetro do que a matriz 138, depois da conclusão do processo de formação. Esse movimento do material do elemento de tubulação contrário ao movimento radialmente para fora da ferramenta de formação por rotação 156 é inesperado e permite que os elementos de tubulação 134 sejam formados, em que a superfície externa 134a da ranhura 24 tem um diâmetro 186 menor do que o diâmetro 188 da superfície externa do restante do elemento de tubulação; isso é, a superfície externa 134a do elemento de tubulação exclusiva da ranhura 24. Foi pensado anteriormente que tal configuração era possível apenas com a formação por rolo do elemento de tubulação entre dois rolos em rotação, mas a formação por rotação de acordo com a invenção permite que essa configuração seja alcançada, enquanto mantém as dimensões externas precisas e replicáveis do elemento de tubulação devido ao efeito da matriz fixa capturar o elemento de tubulação. Isso é inesperado, uma vez que se pensava que a formação por rotação só poderia expandir um elemento de tubulação; isso é, qualquer parte de um elemento de tubulação deformado pela formação por rotação deve ter um diâmetro maior do que a dimensão original. Desse modo, de acordo com o senso comum, não seria possível, em um processo de formação por rotação, começar com um elemento de tubulação tendo um primeiro diâmetro externo e acabar com uma parte do elemento de tubulação tendo um segundo diâmetro externo menor do que o primeiro

31/32 diâmetro externo, mas os inventores conseguiram isso através da utilização da formação por rotação no método de acordo com a sua invenção.

[0057]As configurações do elemento de tubulação compreendendo o ombro, a ranhura e o rebordo, e os métodos e dispositivos para criação das configurações conforme mostrado e descrito nesse documento permitem que elementos de tubulação com paredes finas sejam unidos através de ligações mecânicas e utilizados em aplicações de elevada pressão/elevada carga anteriormente consideradas inadequadas para elementos de tubulação de paredes finas e ligações mecânicas sulcadas. Também são observadas várias vantagens adicionais sobre os elementos de tubulação da arte prévia. Por exemplo, sabe-se que o diâmetro externo 186 do pavimento da ranhura 42 é um parâmetro dimensional importante para a compatibilidade entre os acoplamentos e os elementos de tubulação, tendo em conta as tolerâncias de fabricação do diâmetro do elemento de tubulação. O método de formação por rotação divulgado nesse documento permite que esse parâmetro seja controlado de modo que as ranhuras possam ser formadas compatíveis com acoplamentos tanto nas tolerâncias de diâmetro da tubulação máximas e mínimas. Além disso, a combinação do diâmetro do ombro alargado 190 (ombro 22 de frente para o lado externo da superfície maior do que o diâmetro externo do elemento de tubulação) e o diâmetro de pavimento reduzido da ranhura (ranhura do pavimento 42 diâmetro externo menor do que o diâmetro externo do elemento de tubulação) permite a utilização de engates de peso mais leve sem uma penalidade de desempenho. Também é mais fácil projetar os acoplamentos devido às

32/32 tolerâncias mais apertadas às quais as dimensões da ranhura e do ombro podem ser sujeitas. Na prática, isso se traduz em acoplamentos de custo mais baixo em menor peso e juntas mais fortes suportando pressões internas mais elevadas. A concepção da junta também é simplificada por causa das tolerâncias mais apertadas conferidas, e é mais fácil de gerir o tamanho do espaço de folga que se forma entre os segmentos de encaixe, através da qual a junta pode ser extrudida e soprada sob elevadas pressões. As vantagens da fabricação também são garantidas uma vez que existe menor necessidade de diluição do elemento de tubulação e menos trabalho a frio que significa menores tensões residuais, restantes alongamentos mais elevados e elementos de tubulação mais fortes. A adição do rebordo 26 permite uma união mais rígida e permite que a chave preencha a ranhura e utilize uma ação em cunha para vantagem. A ação em cunha retém elementos de tubulação com o acoplamento a uma distância constante mesmo quando sob compressão axial, devido, por exemplo, às cargas térmicas ou a uma pilha de tubulação vertical.

Isso impede que os elementos de tubulação de apertar e danificar a perna de centro da junta, se presente. O ombro alargado também permite que a ranhura seja relativamente rasa e apresente um perfil interno mais baixo dentro do elemento de tubulação. Uma ranhura de perfil mais baixo em cada junta causa menor perda de carga e menor turbulência no fluido que flui através dos elementos de tubulação. Adicionalmente, através da formação da ranhura concêntrica com o ombro é alcançado um encaixe mais uniforme entre o encaixe e os elementos de tubulação, diminuindo ainda mais a probabilidade de fugas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Combinação de primeiro e segundo rolos para conferir uma forma a uma parede lateral de um elemento de tubulação, caracterizados pelo fato de o referido primeiro rolo compreender:

um primeiro segmento tendo um primeiro diâmetro externo;

um segundo segmento posicionado contíguo ao referido primeiro segmento e tendo um segundo diâmetro externo menor do que o referido primeiro diâmetro externo;

um terceiro segmento posicionado contíguo ao referido segundo segmento e tendo um terceiro diâmetro externo maior do que o referido segundo diâmetro externo; e em que o referido segundo rolo compreende:

um quarto segmento tendo um quarto diâmetro externo;

um quinto segmento posicionado contíguo ao referido quarto segmento e tendo um quinto diâmetro externo maior do que o referido quarto diâmetro externo;

um sexto segmento posicionado contíguo ao referido quinto segmento e tendo um sexto diâmetro externo menor do que o referido quinto diâmetro externo; e um sétimo segmento posicionado contíguo ao referido sexto segmento e tendo um sétimo diâmetro externo aproximadamente igual ao referido quinto diâmetro externo.
2. Combinação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do referido quinto segmento compreender:

uma primeira superfície anular posicionada adjacente ao referido quarto segmento;

uma segunda superfície anular posicionada adjacente

2/9 ao referido sexto segmento e orientada angularmente em relação ao referido segundo eixo referido.
3. Combinação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de a referida primeira superfície anular estar orientada angularmente em relação a um eixo longitudinal do referido elemento de tubulação.
4. Combinação, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de a referida primeira superfície anular ter um ângulo de orientação medido relativamente ao referido eixo longitudinal de cerca de 80° a cerca de 85°.
5. Combinação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de a referida segunda superfície anular estar orientada em um ângulo relativamente ao referido segundo eixo de cerca de 40° a cerca de 70°.
6. Combinação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de a referida segunda superfície anular estar orientada em um ângulo relativamente ao referido segundo eixo de cerca de 45° a cerca de 65°.
7. Combinação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de a referida segunda superfície anular estar orientada em um ângulo relativamente ao referido segundo eixo de cerca de 55°.
8. Combinação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de se destinar à utilização em um dispositivo para trabalhar a frio uma extremidade de um elemento de tubulação, de modo a conferir a referida forma à referida parede lateral, o referido dispositivo compreendendo:

uma estrutura de suporte;

o referido primeiro rolo estando instalado na

3/9 referida estrutura de suporte e sendo rotativo sobre um primeiro eixo, o referido primeiro rolo estando adaptado para encaixar uma superfície interna do referido elemento de tubulação;

meios para rodar o referido primeiro rolo sobre o referido primeiro eixo;

o referido segundo rolo estando instalado na referida estrutura de suporte e sendo rotativo sobre um segundo eixo orientado substancialmente paralelo ao referido primeiro eixo, o referido segundo rolo sendo móvel em direção e para fora do referido primeiro rolo e estando adaptado para encaixar na superfície externa do referido elemento de tubulação;

meios para mover o referido segundo rolo relativamente ao referido primeiro rolo para comprimir a referida parede lateral entre esses enquanto os referidos rolos rodam, os referidos rolos estando dispostos relativamente um ao outro nas referidas estruturas de suporte de tal modo que:

o referido quarto segmento está alinhado com o referido primeiro segmento; o referido quinto segmento está alinhado com o referido segundo segmento; o referido sexto segmento está alinhado com o referido terceiro segmento; e o referido sétimo segmento está alinhado com o

referido quarto segmento e pelo menos uma parte do referido quinto segmento.
9. Combinação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de o referido primeiro rolo

4/9 compreender ainda:

um oitavo segmento posicionado contíguo ao referido terceiro segmento e tendo um oitavo diâmetro externo menor do que o referido segundo diâmetro externo; e um nono segmento posicionado contíguo ao referido oitavo segmento e tendo um oitavo diâmetro externo aproximadamente igual ao referido segundo diâmetro externo.
10. Combinação, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de os referidos meios rotativos compreenderem um motor elétrico e os referidos meios de movimentação compreenderem um atuador hidráulico.
11. Método para conferir a referida forma à referida parede lateral do referido elemento de tubulação tendo uma superfície interna e uma superfície externa através da utilização da combinação do primeiro e segundo rolos, como definida na reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o referido método compreender:

contatar a referida superfície interna em um primeiro ponto no referido primeiro segmento do referido primeiro rolo;

contatar a referida superfície externa em um terceiro ponto no referido quinto segmento do referido segundo rolo;

rodar um dos referidos primeiro e segundo rolos fazendo, desse modo, com que o outro dos referidos primeiro e segundo rolos e o referido elemento de tubulação rodem, o referido primeiro rolo atravessando circunferencialmente a referida superfície interna, o referido segundo rolo atravessando circunferencialmente a referida superfície externa;

mover um dos referidos primeiro e segundo rolos em

5/9 direção ao outro dos referidos primeiro e segundo rolos e deformando a referida parede lateral do referido elemento de tubulação através do contato entre a referida superfície interna e os referidos primeiros e terceiros segmentos do referido primeiro rolo e contato entre a referida superfície externa e os referidos quintos e sétimos segmentos do referido segundo rolo;

continuar movendo um dos referidos primeiro e segundo rolos em direção ao outro dos referidos primeiro e segundo rolos e comprimindo a referida parede lateral do referido elemento de tubulação entre o referido primeiro segmento do referido primeiro rolo e o referido quarto segmento do referido segundo rolo;

continuar movendo um dos referidos primeiro e segundo rolos em direção ao outro dos referidos primeiro e segundo rolos e comprimindo a referida parede lateral do referido elemento de tubulação entre o referido segundo segmento do referido primeiro rolo e o referido quinto segmento do referido segundo rolo;

continuar movendo um dos referidos primeiros e segundos rolos em direção ao outro dos referidos primeiro e segundo rolos e comprimindo a referida parede lateral do referido elemento de tubulação entre o referido terceiro segmento do referido primeiro rolo e os referidos quintos e sétimos segmentos do referido segundo rolo.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de também compreender a compressão da referida parede lateral do referido elemento de tubulação entre o referido segundo segmento do referido primeiro rolo e o referido quinto segmento do referido

6/9 segundo rolo, de modo a formar uma parte do referido elemento de tubulação entre os referidos segundos e quintos segmentos dos referidos rolos tendo um diâmetro interno aproximadamente igual a um diâmetro interno do referido elemento de tubulação não entre os referidos primeiro e segundo rolos.
13 . Método de formação de um ombro circunferencial e ranhura em um elemento de tubulação, caracterizado pelo fato de o referido método compreender:

captura de uma extremidade do referido elemento de tubulação em uma matriz;

inserção de uma ferramenta dentro do referido elemento de tubulação;

rotação da referida ferramenta em uma órbita sobre um eixo longitudinal do referido elemento de tubulação;

aumento do diâmetro da referida órbita enquanto se roda a ferramenta de modo a forçar a referida ferramenta contra uma superfície interna do referido elemento de tubulação;

conformação do referido elemento de tubulação para a referida matriz de modo a formar, aí, o referido ombro circunferencial, o referido ombro tendo um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do resto do referido elemento de tubulação;

forçar a referida ferramenta contra a referida superfície interna do referido elemento de tubulação enquanto se roda a referida ferramenta na referida órbita de diâmetro crescente, fazendo com que uma parte da referida tubulação adjacente ao referido ombro se mova radialmente para dentro para fora da referida matriz

7/9 formando, desse modo, a referida ranhura circunferencial, a referida ranhura tendo um diâmetro externo menor do que o diâmetro externo do resto do referido elemento de tubulação.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente:

conformação do referido elemento de tubulação para a referida matriz de modo a formar, aí, um rebordo circunferencial, o referido rebordo tendo um ápice com um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do resto do referido elemento de tubulação.
15. Método de formação de um rebordo circunferencial e ranhura em um elemento de tubulação, caracterizado pelo fato de o referido método compreender:

captura de uma extremidade do referido elemento de tubulação em uma matriz;

inserção de uma ferramenta dentro do referido elemento de tubulação;

rotação da referida ferramenta em uma órbita sobre um eixo longitudinal do referido elemento de tubulação;

aumento do diâmetro da referida órbita enquanto se roda a ferramenta de modo a forçar a referida ferramenta contra uma superfície interna do referido elemento de tubulação;

conformação do referido elemento de tubulação para a referida matriz de modo a formar, aí, o referido rebordo circunferencial, o referido rebordo tendo um ápice tendo um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do resto do referido elemento de tubulação;

forçar a referida ferramenta contra a referida

8/9 superfície interna do referido elemento de tubulação enquanto se roda a referida ferramenta na referida órbita de diâmetro crescente, fazendo com que uma parte da referida tubulação adjacente ao referido rebordo se mova radialmente para dentro para fora da referida matriz formando, desse modo, a referida ranhura, a referida ranhura tendo um diâmetro externo menor do que o diâmetro externo do resto do referido elemento de tubulação.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente:

conformação do elemento de tubulação para a referida matriz de modo a formar, aí, um ombro circunferencial, o referido ombro tendo um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do resto do elemento de tubulação.
17. Método de formação de um ombro circunferencial, ranhura e rebordo em um elemento de tubulação, caracterizado pelo fato de o referido método compreender:

captura de uma extremidade do referido elemento de tubulação em uma matriz;

inserção de uma ferramenta dentro do referido elemento de tubulação;

rotação da referida ferramenta em uma órbita sobre um eixo longitudinal do referido elemento de tubulação;

aumento do diâmetro da referida órbita enquanto se roda a referida ferramenta de modo a forçar a referida ferramenta contra uma superfície interna do referido elemento de tubulação;

conformação do referido elemento de tubulação para a referida matriz de modo a formar, aí, um ombro

9/9 circunferencial, o referido ombro tendo um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do resto do referido elemento de tubulação;

conformação do referido elemento de tubulação para a referida matriz de modo a formar, aí, um rebordo circunferencial, o referido rebordo tendo um ápice com um diâmetro externo maior do que o diâmetro externo do resto do referido elemento de tubulação;

forçar a referida ferramenta contra a referida superfície interna do referido elemento de tubulação enquanto se roda a referida ferramenta na referida órbita de diâmetro crescente, fazendo com que uma parte da referida tubulação entre o referido ombro e o referido rebordo se mova radialmente para dentro para fora da referida matriz formando, desse modo, a referida ranhura, a referida ranhura tendo um diâmetro externo menor do que o diâmetro externo do resto do referido elemento de tubulação.