BR122020016512B1 - Método para formar um sulco circunferencial em um elemento de tubulação - Google Patents

Abstract

Trata-se de um método para formar sulcos circunferenciais em elementos de tubulação com o uso de cilindros opostos para trabalhar a frio os elementos de tubulação que determina o diâmetro do sulco enquanto o elemento de tubulação é girado entre os cilindros. Um dispositivo para executar o método usa as determinações instantâneas do diâmetro de sulco em um laço de retroalimentação para controlar a operação do dispositivo e parar a formação de sulco quando o diâmetro de sulco está dentro de uma tolerância especificada.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método e um dispositivo para formar um sulco circunferencial em um elemento de tubulação.

ANTECEDENTES

[002] Elementos de tubulação, que incluem qualquer item semelhante à tubulação, tal como estoque de tubulação, assim como encaixes, incluindo, por exemplo, cotovelos, componentes retos e em “T” tal como válvulas, filtros, tampas de extremidade e admissões e saídas de bomba, podem ser unidos de forma vedante em relação de extremidade para extremidade com o uso de acoplagens de tubulação mecânicas, um exemplo do qual é revelado na Patente n° U.S. 7.086.131. As acoplagens são formadas de dois ou mais segmentos unidos por extremidade para extremidade por prendedores rosqueados. Em uso, os segmentos de acoplamento são posicionados circundantes em relação aos elementos de tubulação e são extraídos em direção um ao outro e em engate com os elementos de tubulação através do aperto dos prendedores rosqueados. Os elementos de tubulação podem ter sulcos circunferenciais que são engatados através da projeção radial de chaves nas acoplagens de tubulação para fornecer uma restrição positiva para cargas de impulso experimentadas pelos elementos de tubulação quando sob pressão interna do fluido de dentro. Uma gaxeta elastomérica, frequentemente na forma de um anel, é posicionada entre os segmentos de acoplamento e os elementos de tubulação para garantir estanqueidade aos fluidos da junta. A gaxeta pode ter empanques que usam a pressão hidrostática interna dentro dos elementos de tubulação para aumentar a pressão máxima em que a mesma permanece efetiva para impedir vazamentos. A gaxeta é compactada radialmente entre os segmentos de acoplamento e os elementos de tubulação para afetar a vedação à prova de fluidos desejada.

[003] Para formar uma junta à prova de fluidos com o uso de um acoplamento mecânico com elementos de tubulação sulcados é necessário controlar as dimensões dos sulcos circunferenciais dos elementos de tubulação de modo que os sulcos engatem de forma apropriada às chaves dos elementos de acoplamento e também permitam que os segmentos se movam em direção um ao outro e compactem a gaxeta de forma suficiente a afetar a vedação à prova de fluidos.

[004] Sulcos podem ser formados através do trabalho a frio na parede lateral do elemento de tubulação entre cilindros opostos que são forçados em direção um ao outro para dispor material do elemento de tubulação, tipicamente por meios hidráulicos, enquanto os mesmos rodam ao redor de eixos geométricos de giro substancialmente paralelos. O elemento de tubulação gira em resposta (ou os cilindros orbitam ao redor da circunferência de tubulação) e o sulco é formado ao redor do elemento de circunferência de tubulação. O controle dimensional dos sulcos é dificultado pelas tolerâncias permissíveis das dimensões de tubulação. Por exemplo, para tubulação de aço, as tolerâncias no diâmetro podem ser tão grandes quanto +/- 1%, a tolerância de espessura de parede é de -12,5% sem nenhum limite superior fixo, e a tolerância fora de circularidade é de +/- 1%. Essas tolerâncias dimensionais relativamente grandes apresentam desafios durante a formação dos sulcos circunferenciais através de trabalho a frio. Seria vantajoso desenvolver um método e um aparelho que mede de forma ativa um parâmetro, tal como o diâmetro de sulco, e usa tais medidas, conforme o sulco é formado, para controlar o movimento de sulco que forma cilindros conforme os mesmos formam o sulco. Isso evitará o sulco de teste e procedimento de medida/ajuste da técnica anterior.

SUMÁRIO

[005] A invenção se refere a um método para formar um sulco circunferencial em um elemento de tubulação que tem um eixo geométrico longitudinal. O método é efetuado com o uso de um cilindro de acionamento e um cilindro de sulcagem. Em um exemplo de modalidade, o método compreende: engatar o elemento de tubulação com o cilindro de acionamento; engatar o cilindro de sulcagem com o elemento de tubulação; formar o sulco através do giro do elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal enquanto se força o cilindro de sulcagem contra o elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação; medir uma circunferência do sulco enquanto gira o elemento de tubulação; determinar um diâmetro do sulco com o uso da circunferência do sulco; comparar o diâmetro do sulco com uma faixa de tolerância desejada; e repetir as etapas de formar, medir, determinar e comparar até que o diâmetro de sulco esteja dentro da faixa de tolerância desejada.

[006] Esse exemplo de método pode compreender ainda: determinar um diâmetro do elemento de tubulação; comparar o diâmetro do elemento de tubulação com uma faixa de tolerância para o diâmetro do elemento de tubulação; rejeitar o elemento de tubulação antes de formar o sulco no elemento de tubulação caso o diâmetro do elemento de tubulação não esteja dentro da faixa de tolerância para o diâmetro do elemento de tubulação.

[007] Em um exemplo específico do método, determinar o diâmetro do elemento de tubulação pode compreender: girar o elemento de tubulação enquanto o elemento de tubulação é engatado com o cilindro de sulcagem, sendo que o cilindro de sulcagem gira em resposta ao elemento de tubulação; saber um diâmetro de uma superfície do cilindro de sulcagem engatado com o elemento de tubulação; determinar uma quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, incluindo frações das mesmas, para cada revolução do elemento de tubulação; e calcular o diâmetro do elemento de tubulação, a quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, incluindo as frações das mesmas, por revolução do elemento de tubulação que é proporcional ao diâmetro do elemento de tubulação.

[008] A título de exemplo, determinar a quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, incluindo as frações das mesmas, pode compreender contar a quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, incluindo as frações das mesmas, por, pelo menos, uma das revoluções do elemento de tubulação.

[009] Em um exemplo de modalidade de método, determinar a pelo menos uma revolução do elemento de tubulação é efetuado ao: marcar uma superfície externa do elemento de tubulação com uma superfície refletora de luz que faz contraste com a superfície externa do elemento de tubulação; emitir uma luz sobre a superfície externa do elemento de tubulação; detectar um primeiro e um segundo reflexos da luz da superfície refletora de luz enquanto gira o elemento de tubulação.

[010] Em um exemplo específico de modalidade, engatar o cilindro de sulcagem com o elemento de tubulação compreende pinçar o elemento de tubulação entre o cilindro de sulcagem e o cilindro de acionamento com força suficiente para segurar o elemento de tubulação entre os mesmos. Um exemplo de modalidade do método compreende engatar uma superfície interna do elemento de tubulação com o cilindro de acionamento e engatar uma superfície externa do elemento de tubulação com o cilindro de sulcagem.

[011] A título de exemplo, o método também pode compreender selecionar uma velocidade giratória para girar o elemento de tubulação com base em pelo menos uma característica do elemento de tubulação. A pelo menos uma característica do elemento de tubulação pode ser selecionada a partir do grupo que consiste em um diâmetro, uma espessura de parede, um material do elemento de tubulação e combinações dos mesmos.

[012] De modo similar, a título de exemplo, o método pode compreender ainda selecionar uma força para forçar o cilindro de sulcagem contra o elemento de tubulação com base em pelo menos uma característica do elemento de tubulação. A pelo menos uma característica do elemento de tubulação pode ser selecionada a partir do grupo que consiste em um diâmetro, uma espessura de parede, um material do elemento de tubulação e combinações dos mesmos.

[013] Novamente, a título de exemplo, o método pode compreender selecionar uma taxa de alimentação do cilindro de sulcagem para formar o sulco no elemento de tubulação com base em pelo menos uma característica do elemento de tubulação. A pelo menos uma característica do elemento de tubulação pode ser selecionada a partir do grupo que consiste em um diâmetro, uma espessura de parede, um material do elemento de tubulação e combinações dos mesmos.

[014] Em um exemplo de modalidade do método, determinar o diâmetro do sulco compreende: saber um diâmetro de uma superfície do cilindro de sulcagem engatado com o sulco dentro do elemento de tubulação; determinar uma quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, incluindo frações das mesmas, para cada revolução do elemento de tubulação; calcular o diâmetro do sulco, a quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, incluindo as frações das mesmas, por revolução do elemento de tubulação que é proporcional ao diâmetro do sulco.

[015] Adicionalmente, a título de exemplo, determinar a quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, incluindo as frações das mesmas, compreende contar a quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, incluindo as frações das mesmas, por, pelo menos, uma das revoluções do elemento de tubulação.

[016] Em um exemplo de modalidade, determinar a pelo menos uma revolução do elemento de tubulação pode ser efetuada ao: marcar uma superfície externa do elemento de tubulação com uma superfície refletora de luz que faz contraste com a superfície externa do elemento de tubulação; emitir uma luz sobre a superfície externa do elemento de tubulação; detectar um primeiro e um segundo reflexos da luz da superfície refletora de luz enquanto gira o elemento de tubulação.

[017] Adicionalmente, um exemplo de método pode compreender ainda medir uma pluralidade de dimensões próximas ao sulco circunferencial no elemento de tubulação enquanto gira o elemento de tubulação. Em um exemplo de modalidade, medir a pluralidade de dimensões compreende medir pelo menos uma dimensão selecionada a partir do grupo que consiste em uma distância de uma extremidade do sulco para uma extremidade da tubulação, uma largura do sulco, uma profundidade do sulco, uma altura de dilatação da tubulação e combinações dos mesmos.

[018] A invenção também abrange um método para processar um elemento de tubulação que tem um eixo geométrico longitudinal com o uso de um cilindro de acionamento e um cilindro ocioso. Em um exemplo de modalidade, o método compreende determinar um diâmetro do elemento de tubulação ao: engatar o elemento de tubulação com o cilindro de acionamento; engatar o cilindro ocioso com o elemento de tubulação; girar o elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal enquanto o elemento de tubulação é engatado com o cilindro ocioso, sendo que o cilindro ocioso gira em resposta ao elemento de tubulação; saber um diâmetro ou uma circunferência de uma superfície do cilindro ocioso engatado com o elemento de tubulação; determinar uma quantidade de revoluções do cilindro ocioso, incluindo frações das mesmas, para cada revolução do elemento de tubulação; e usar a quantidade de revoluções do cilindro ocioso, incluindo as frações das mesmas, por revolução do elemento de tubulação para calcular o diâmetro do elemento de tubulação.

[019] Nesse exemplo, determinar a quantidade de revoluções do cilindro ocioso, incluindo as frações das mesmas, pode compreender contar a quantidade de revoluções do cilindro ocioso, incluindo as frações das mesmas, por pelo menos uma revolução do elemento de tubulação.

[020] O exemplo de método pode compreender ainda: comparar o diâmetro do elemento de tubulação com uma faixa de tolerância para o diâmetro do elemento de tubulação; rejeitar o elemento de tubulação caso o diâmetro do elemento de tubulação não esteja dentro da faixa de tolerância para o diâmetro do elemento de tubulação.

[021] A título de exemplo, a pelo menos uma revolução do elemento de tubulação pode ser determinada ao: marcar uma superfície externa do elemento de tubulação com uma superfície refletora de luz que faz contraste com a superfície externa do elemento de tubulação; emitir uma luz sobre a superfície externa do elemento de tubulação; detectar um primeiro e um segundo reflexos da luz da superfície refletora de luz enquanto gira o elemento de tubulação.

[022] Em outro exemplo de modalidade, a pelo menos uma revolução do elemento de tubulação pode ser determinada ao: posicionar um imã em uma superfície do elemento de tubulação; detectar um primeiro e um segundo campos magnéticos enquanto gira o elemento de tubulação.

[023] Em um exemplo específico de modalidade, o cilindro ocioso pode ser usado como um cilindro de sulcagem para formar um sulco circunferencial no elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal ao: forçar o cilindro de sulcagem contra o elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação enquanto gira o elemento de tubulação; medir uma circunferência do sulco enquanto gira o elemento de tubulação; determinar um diâmetro do sulco com o uso da circunferência do sulco; comparar o diâmetro do sulco com uma faixa de tolerância para o diâmetro do sulco; repetir as etapas de forçar, medir, determinar e comparar até que o diâmetro do sulco esteja dentro da faixa de tolerância.

[024] A título de exemplo, medir a circunferência do sulco enquanto gira o elemento de tubulação pode compreender: saber um diâmetro ou uma circunferência de uma superfície do cilindro de sulcagem engatado com o sulco; determinar uma quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, e frações das mesmas, para cada revolução do elemento de tubulação, e calcular a circunferência do sulco com o uso do diâmetro ou circunferência da superfície e a quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, e frações das mesmas, para cada revolução do elemento de tubulação.

[025] Em um exemplo específico, determinar a quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, e as frações das mesmas, compreende contar a quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, e as frações das mesmas, por pelo menos uma das revoluções do elemento de tubulação.

[026] Um exemplo adicional compreende determinar pelo menos uma revolução do elemento de tubulação através da detecção de um recurso no elemento de tubulação em um primeiro e um segundo momentos enquanto gira o elemento de tubulação.

[027] A título de exemplo adicional, a pelo menos uma revolução do elemento de tubulação pode ser determinada ao: marcar uma superfície externa do elemento de tubulação com uma superfície refletora de luz que faz contraste com a superfície externa do elemento de tubulação; emitir uma luz sobre a superfície externa do elemento de tubulação; detectar um primeiro e um segundo reflexos da luz da superfície refletora de luz enquanto gira o elemento de tubulação.

[028] Em outro exemplo, a pelo menos uma revolução do elemento de tubulação pode ser determinada ao: posicionar um imã em uma superfície do elemento de tubulação; detectar um primeiro e um segundo campos magnéticos enquanto gira o elemento de tubulação.

[029] Em outro exemplo de modalidade, um cilindro de sulcagem pode ser usado para formar um sulco circunferencial no elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal ao: forçar o cilindro de sulcagem contra o elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação enquanto gira o elemento de tubulação; medir uma circunferência do sulco enquanto gira o elemento de tubulação; determinar um diâmetro do sulco com o uso da circunferência do sulco; comparar o diâmetro do sulco com uma faixa de tolerância para o diâmetro do sulco; repetir as etapas de forçar, medir, determinar e comparar até que o diâmetro do sulco esteja dentro da faixa de tolerância.

[030] Em uma modalidade específica, medir a circunferência do sulco enquanto gira o elemento de tubulação pode compreender: engatar o cilindro ocioso com o elemento de tubulação dentro do sulco; saber um diâmetro ou uma circunferência de uma superfície do cilindro ocioso engatado com o elemento de tubulação dentro do sulco; determinar uma quantidade de revoluções do cilindro ocioso, e frações das mesmas, para cada revolução do elemento de tubulação, e calcular a circunferência do sulco com o uso do diâmetro ou circunferência da superfície e a quantidade de revoluções do cilindro ocioso, e frações das mesmas, para cada revolução do elemento de tubulação.

[031] A título de exemplo adicional, determinar a quantidade de revoluções do cilindro ocioso, e as frações das mesmas, pode compreender contar a quantidade de revoluções do cilindro ocioso, e as frações das mesmas, por pelo menos uma revolução do elemento de tubulação.

[032] Outro exemplo de modalidade pode compreender determinar a pelo menos uma revolução do elemento de tubulação ao: marcar uma superfície externa do elemento de tubulação com uma superfície refletora de luz que faz contraste com a superfície externa do elemento de tubulação; emitir uma luz sobre a superfície externa do elemento de tubulação; detectar um primeiro e um segundo reflexos da luz da superfície refletora de luz enquanto gira o elemento de tubulação.

[033] A título de exemplo adicional, a pelo menos uma revolução do elemento de tubulação pode ser determinada ao: posicionar um imã em uma superfície do elemento de tubulação; detectar um primeiro e um segundo campos magnéticos enquanto gira o elemento de tubulação.

[034] A invenção abrange ainda um dispositivo para formar um sulco circunferencial em um elemento de tubulação que tem um eixo geométrico longitudinal. Em um exemplo de modalidade, o dispositivo compreende um cilindro de acionamento giratório ao redor de um eixo geométrico de cilindro de acionamento. O cilindro de acionamento é engatável com uma superfície interna do elemento de tubulação quando o eixo geométrico de cilindro de acionamento é orientado substancialmente paralelo ao eixo geométrico longitudinal do elemento de tubulação. Um cilindro de sulcagem é giratório ao redor de um eixo geométrico de cilindro de sulcagem orientado substancialmente paralelo ao eixo geométrico de cilindro de acionamento. O cilindro de sulcagem tem um diâmetro conhecido. O cilindro de sulcagem é móvel em direção e na direção oposta ao cilindro de acionamento de modo a engatar de forma forçada a superfície externa do elemento de tubulação e formar o sulco no mesmo mediante o giro do elemento de tubulação. Um primeiro sensor é usado para determinar um grau de giro do cilindro de sulcagem e gerar um primeiro sinal indicativo do mesmo. Um segundo sensor é usado para determinar um grau de giro do elemento de tubulação e gerar um segundo sinal indicativo do mesmo. Um sistema de controle é adaptado para receber o primeiro e o segundo sinal, usar o primeiro e o segundo sinal para determinar um diâmetro do sulco e controlar o movimento do cilindro de sulcagem em direção e na direção oposta ao cilindro de acionamento em resposta ao diâmetro do sulco.

[035] A título de exemplo, o primeiro sensor pode compreender um codificador giratório operativamente associado ao cilindro de sulcagem. Também a título de exemplo, o segundo sensor pode compreender uma superfície refletora de luz fixada a uma superfície externa do elemento de tubulação. A superfície refletora de luz faz contraste com a superfície externa do elemento de tubulação. Um projetor de luz é posicionado para projetar luz na superfície externa do elemento de tubulação e a superfície refletora de luz fixada ao mesmo. Um detector, adaptado para detectar luz projetada pelo projetor de luz mediante a reflexão da superfície refletora de luz, gera o sinal indicativo do mesmo. A título de exemplo, o projetor de luz pode compreender um laser. Em exemplo adicional, a superfície refletora de luz pode ser selecionada a partir do grupo que consiste em uma superfície refletora especular, uma superfície refletora difusa, uma superfície refletora de cor contrastante e combinações das mesmas. Em outro exemplo de modalidade, o segundo sensor compreende um imã fixado a uma superfície do elemento de tubulação. Um detector é adaptado para detectar um campo magnético. O detector gera um sinal indicativo do mesmo. Em outro exemplo de modalidade, o dispositivo pode compreender ainda um terceiro sensor para medir um perfil de superfície de pelo menos uma porção do elemento de tubulação e gerar um sinal indicativo do mesmo. O terceiro sensor pode, por exemplo, compreender um laser adaptado para projetar um feixe em formato de leque ao longo, pelo menos, da porção do elemento de tubulação. Um detector recebe um reflexo do feixe em formato de leque da porção do elemento de tubulação. Uma unidade calculadora converte o reflexo em medidas que representam o perfil de superfície com o uso de triangulação. A unidade calculadora então gera o sinal indicativo das medidas e transmite o sinal para o sistema de controle.

[036] A título de exemplo, o cilindro de sulcagem pode ser montado em um atuador controlado pelo sistema de controle, sendo que o atuador compreende um aríete, por exemplo.

[037] A invenção abrange ainda um dispositivo para formar um sulco circunferencial em um elemento de tubulação que tem um eixo geométrico longitudinal. Em um exemplo de modalidade, o dispositivo compreende um cilindro de acionamento giratório ao redor de um eixo geométrico de cilindro de acionamento. O cilindro de acionamento é engatável com uma superfície interna do elemento de tubulação quando o eixo geométrico de cilindro de acionamento é orientado substancialmente paralelo ao eixo geométrico longitudinal do elemento de tubulação. Um cilindro de sulcagem é giratório ao redor de um eixo geométrico de cilindro de sulcagem orientado substancialmente paralelo ao eixo geométrico de cilindro de acionamento. O cilindro de sulcagem é móvel em direção e na direção oposta ao cilindro de acionamento de modo a engatar de forma forçada uma superfície externa do elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação e formar o sulco no mesmo, mediante o giro do elemento de tubulação. Um cilindro ocioso é giratório ao redor de um eixo geométrico de cilindro ocioso orientado substancialmente paralelo ao eixo geométrico de cilindro de acionamento. O cilindro ocioso tem um diâmetro conhecido. O cilindro ocioso é móvel em direção e na direção oposta ao cilindro de acionamento de modo a engatar uma superfície externa do elemento de tubulação de modo a girar mediante o giro do elemento de tubulação. Um primeiro sensor determina um grau de giro do cilindro ocioso e gera um primeiro sinal indicativo do mesmo. Um segundo sensor determina um grau de giro do elemento de tubulação e gera um segundo sinal indicativo do mesmo. Um sistema de controle é adaptado para receber o primeiro e o segundo sinal e usar o primeiro e o segundo sinal para determinar um diâmetro do sulco e controlar o movimento do cilindro de sulcagem em direção e na direção oposta ao cilindro de acionamento em resposta ao diâmetro do sulco.

[038] Em um exemplo específico de modalidade, o primeiro sensor compreende um codificador giratório operativamente associado ao cilindro ocioso. A título de exemplo adicional, o segundo sensor pode compreender uma superfície refletora de luz fixada a uma superfície externa do elemento de tubulação. A superfície refletora de luz faz contraste com a superfície externa do elemento de tubulação. Um projetor de luz é posicionado para projetar luz na superfície externa do elemento de tubulação e a superfície refletora de luz fixada ao mesmo. Um detector é adaptado para detectar luz projetada pelo projetor de luz mediante a reflexão da superfície refletora de luz, sendo que o detector gera um sinal indicativo do mesmo. O projetor de luz pode, por exemplo, compreender um laser.

[039] Em outro exemplo de modalidade, o segundo sensor pode compreender um imã fixado a uma superfície do elemento de tubulação. Um detector é adaptado para detectar um campo magnético. O detector gera um sinal indicativo do mesmo. O exemplo de dispositivo pode compreender ainda um terceiro sensor para medir um perfil de superfície de pelo menos uma porção do elemento de tubulação e gerar um sinal indicativo do mesmo. Em um exemplo específico de modalidade, o terceiro sensor compreende um laser adaptado para projetar um feixe em formato de leque ao longo, pelo menos, da porção do elemento de tubulação. Um detector é adaptado para receber um reflexo do feixe em formato de leque da porção do elemento de tubulação. Uma unidade calculadora converte o reflexo em medidas que representam o perfil de superfície com o uso de triangulação. O sensor gera o sinal indicativo das medidas e transmite o sinal para o sistema de controle.

[040] Em um exemplo específico de modalidade, o cilindro de sulcagem é montado em um atuador que é controlado pelo sistema de controle. De modo similar, a título de exemplo, o cilindro ocioso pode ser montado em um atuador que é controlado pelo sistema de controle.

[041] Em outro exemplo de modalidade de um dispositivo para formar um sulco circunferencial em um elemento de tubulação que tem um eixo geométrico longitudinal, o dispositivo compreende um cilindro de acionamento giratório ao redor de um eixo geométrico de cilindro de acionamento. O cilindro de acionamento é engatável com uma superfície interna do elemento de tubulação quando o eixo geométrico de cilindro de acionamento é orientado substancialmente paralelo ao eixo geométrico longitudinal do elemento de tubulação. Um cilindro de sulcagem, giratório ao redor de um eixo geométrico de cilindro de sulcagem e orientado substancialmente paralelo ao eixo geométrico de cilindro de acionamento, tem um diâmetro conhecido. O cilindro de sulcagem é móvel em direção e na direção oposta ao cilindro de acionamento de modo a engatar de forma forçada uma superfície externa do elemento de tubulação e formar o sulco no mesmo, mediante o giro do elemento de tubulação. Um sensor é usado para medir um perfil de superfície de pelo menos uma porção do elemento de tubulação e gerar um sinal indicativo do mesmo. Um sistema de controle, adaptado para receber o sinal, usa o sinal para determinar um diâmetro do sulco e controlar o movimento do cilindro de sulcagem em direção e na direção oposta ao cilindro de acionamento em resposta ao diâmetro do sulco.

[042] Em um exemplo específico de modalidade, o sensor compreende um laser adaptado para projetar um feixe em formato de leque ao longo, pelo menos, da porção do elemento de tubulação. Um detector recebe um reflexo do feixe em formato de leque da porção do elemento de tubulação. Uma unidade calculadora converte o reflexo em medidas que representam o perfil de superfície com o uso de triangulação, gera o sinal indicativo das medidas e transmite o sinal para o sistema de controle.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[043] As Figuras 1 e 1A são vistas isométricas de exemplos de modalidades de dispositivos para formar sulcos circunferenciais em elementos de tubulação; a Figura 2 é uma vista isométrica de uma porção do dispositivo mostrado na Figura 1; as Figuras 3, 3A, 4 e 5 são vistas em corte de uma porção do dispositivo mostrado na Figura 1; a Figura 6 é um fluxograma que ilustra um exemplo de método para formar um sulco circunferencial em um elemento de tubulação; a Figura 7 é uma vista em corte da porção do dispositivo mostrado na Figura 1; a Figura 8 é uma vista em corte longitudinal de um elemento de tubulação que tem um sulco circunferencial; e as Figuras 9 a 17 são fluxogramas que ilustram exemplos de métodos de formar sulcos no elemento de tubulação mostrado na Figura 8.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[044] A Figura 1 mostra um exemplo de modalidade de um dispositivo 10 para formar um sulco circunferencial em um elemento de tubulação. O dispositivo 10 compreende um cilindro de acionamento 12 giratório ao redor de um eixo geométrico 14. Nesse exemplo, o cilindro de acionamento 12 é girado ao redor do eixo geométrico 14 por um motor elétrico 16 posicionado dentro de um alojamento 18 em que o cilindro de acionamento é montado. O cilindro de acionamento 12 tem uma superfície externa 20 que é engatável com uma superfície interna de um elemento de tubulação conforme descrito abaixo. Um cilindro ocioso, que, nesse exemplo de modalidade, é um cilindro de sulcagem 22, também é montado no alojamento 18 para girar ao redor de um eixo geométrico 24. Os eixos geométricos 14 e 24 são substancialmente paralelos um ao outro, o que permite que os mesmos cooperem durante a formação de um sulco circunferencial.

[045] O cilindro de sulcagem 22 é montado no alojamento 18 através de um gancho 26 que permite que o cilindro de sulcagem seja movido em direção e na direção oposta ao cilindro de acionamento na direção indicada pela seta 28 enquanto mantém os eixos geométricos 14 e 24 em relacionamento substancialmente paralelo. O movimento do gancho 26 e, desse modo, do cilindro de sulcagem 22, é efetuado por um atuador 30. Os atuadores hidráulicos são vantajosos devido ao fato de que os mesmos fornecem uma grande faixa de alta força ajustável em incrementos delicados com capacidade de submeter localmente o material de tubulação para formar progressivamente o sulco. Outros tipos de atuadores são, obviamente, praticáveis.

[046] Conforme mostrado na Figura 2, o dispositivo também inclui um primeiro sensor 32 para determinar o grau de giro do cilindro de sulcagem 22 ao redor do eixo geométrico 24 durante a formação do sulco circunferencial no elemento de tubulação. Nesse exemplo de modalidade, o primeiro sensor 32 compreende um codificador giratório. Os codificadores giratórios são vantajosos devido ao fato de que os mesmos têm excelente confiabilidade, repetitividade, precisão e resolução, o que permite tipicamente que uma revolução seja dividida em 600,060 etapas distintas para uma grande precisão em medir o giro do cilindro de sulcagem 22. O codificador giratório modelo LM101C005BB20F00 fornecido pela RLS de Ljubjana, Eslovênia, serve como um exemplo prático apropriado para o dispositivo 10.

[047] Em geral, pelo menos uma revolução do elemento de tubulação pode ser determinada através da detecção de um recurso no elemento de tubulação em um primeiro e um segundo momentos enquanto gira o elemento de tubulação. O recurso, por exemplo, poderia ser um recurso que ocorre naturalmente, tal como uma arranhadura única, arranhão de ferramenta, junção ou outro recurso que não é posto na tubulação para qualquer propósito específico.

[048] Entretanto, é vantajoso posicionar um recurso no elemento de tubulação que será prontamente detectável de modo a garantir uma determinação confiável e precisa de uma revolução do elemento de tubulação. Dois exemplos são descritos abaixo, embora compreenda-se que outros métodos de detecção também são praticáveis.

[049] Com referência novamente à Figura 1, o dispositivo 10 compreende um segundo sensor 34 para determinar o grau de giro do elemento de tubulação. A Figura 3 mostra um exemplo do segundo sensor 34 que compreende um projetor de luz 36, por exemplo, um laser, um detector 38, que detecta luz do projetor conforme o mesmo é refletido do elemento de tubulação 40, e uma superfície refletora de luz 42 que é fixada à superfície externa 40b do elemento de tubulação 40. A superfície refletora de luz 42 pode ser especular, difusa ou ter uma cor diferente da superfície externa 40b do elemento de tubulação 40 e, desse modo, fornece um contraste com a superfície externa de elemento de tubulação. O sensor 34 também é conhecido como um sensor de contraste devido ao fato de que o detector 38 detecta a diferença entre luz projetada refletida da superfície externa de tubulação 40b e a superfície refletora de luz contrastante 42. Sensores de contraste tal como 34 são produzidos pela Leuze Electronics de New Hudson, Michigan, EUA, com número de modelo HRTL 3B/66-S8 que é praticável para o dispositivo 10 revelado no presente documento. Cada vez que a superfície refletora de luz 42 passa sob a luz do projetor 36, o detector detecta o reflexo disso e gera um sinal que pode ser usado para detectar e contar as revoluções do elemento de tubulação.

[050] Em uma modalidade alternativa, mostrada na Figura 3A, o segundo sensor 34 pode compreender um sensor magnético 35. O sensor magnético 35 também é um sensor de proximidade sem contato que usa princípios indutivos ou capacitivos para detectar a passagem de um imã 37 fixado a uma superfície, por exemplo, a superfície externa 40b do elemento de tubulação 40. Cada vez que o imã 37 passa pelo sensor magnético 35, o mesmo gera um sinal que pode ser usado para detectar e contar as revoluções do elemento de tubulação.

[051] Conforme mostrado na Figura 1, o dispositivo 10 também pode ter um terceiro sensor 46 para medir um perfil de superfície de pelo menos uma porção do elemento de tubulação. Conforme mostrado na Figura 7, o terceiro sensor 46 é um sensor de triangulação e compreende um laser 48 adaptado para produzir um feixe em formato de leque 50 ao longo de uma porção da superfície externa 40b do elemento de tubulação 40 onde o perfil 52 deve ser medido. Um detector 54 é adaptado para receber o reflexo do feixe em formato de leque da porção de superfície externa do elemento de tubulação. O terceiro sensor 46 também inclui uma unidade calculadora 55 que usa triangulação para converter o reflexo do feixe em formato de leque em medidas que representam o perfil de superfície externa.

[052] Com referência novamente à Figura 1, o dispositivo 10 também inclui um sistema de controle 56.

[053] O sistema de controle 56 está em comunicação com os sensores 32, 34 e 46 assim como com o motor elétrico 16 e o atuador 30. A comunicação pode ser através de linhas elétricas dedicadas 58. O sistema de controle recebe sinais gerados pelos sensores 32, 34 e 46 e envia comandos para o atuador 30 e o motor 16 para controlar operação das várias partes do dispositivo 10 para formar o sulco nos elementos de tubulação. O sensor 32 gera sinais indicativos do giro do cilindro de sulcagem 22; o sensor 34 gera sinais indicativos do giro do elemento de tubulação 40 (consulte também a Figura 3); e o sensor 46 gera sinais indicativos do perfil de superfície externa do elemento de tubulação 40 (consulte também a Figura 7). Esses sinais são transmitidos para o sistema de controle. O sistema de controle 56 pode compreender um computador ou controlador lógico programável que tem um software residente que interpreta os sinais dos sensores 32, 34 e 46 e então emite comandos para o atuador 30 e o motor 16 para afetar as várias funções associadas a formar os sulcos circunferenciais nos elementos de tubulação. Jutos, o sistema de controle 56, o atuador 30, o motor 16 e os sensores 32, 34 e 46 operam em um laço de retroalimentação para formar automaticamente os sulcos em uma operação descrita abaixo.

[054] A Figura 1A mostra um dispositivo 10a que tem um segundo cilindro ocioso 23 que é separado do cilindro ocioso 22. Nesse exemplo de modalidade, o cilindro ocioso 22 é um cilindro de sulcagem montado no gancho 26 conforme descrito acima, e o segundo cilindro ocioso 23 é montado em um atuador 25 que é montado no dispositivo 10a. O atuador 25 é controlado pelo sistema de controle 56 e move o cilindro ocioso 23 em direção e na direção oposta ao cilindro de acionamento 12 para engatar e desengatar o cilindro ocioso 23 com o elemento de tubulação. O cilindro ocioso 23 é giratório ao redor de um eixo geométrico 27 substancialmente paralelo ao eixo geométrico 14 e irá girar ao redor do eixo geométrico 27 quando engatado com um elemento de tubulação que é montado e girado pelo cilindro de acionamento 12. Nessa modalidade, o cilindro ocioso 23 é usado para determinar o diâmetro do elemento de tubulação e o diâmetro de sulco, e o cilindro ocioso (de sulcagem) 22 é usado para sustentar o elemento de tubulação e formar um sulco circunferencial. Para tal finalidade, o primeiro sensor 32 é operativamente associado ao cilindro ocioso 23 e usado para determinar o grau de giro do cilindro ocioso 23 ao redor do eixo geométrico 27 durante a determinação do diâmetro do elemento de tubulação e formação do sulco circunferencial no elemento de tubulação. Nesse exemplo de modalidade, o primeiro sensor 32 pode novamente compreender um codificador giratório conforme descrito acima. O codificador giratório conta a quantidade de revoluções e frações das mesmas do cilindro ocioso 23 e gera um sinal indicativo do mesmo que é transmitido para o sistema de controle 56 através de um link de comunicação tal como linhas físicas 58. O sistema de controle 56 usa as informações transmitidas nos sinais para determinar o diâmetro do elemento de tubulação e controlar a operação da máquina durante a formação de sulco, conforme descrito abaixo.

OPERAÇÃO DE DISPOSITIVO

[055] Um exemplo de método para formar um sulco circunferencial em um elemento de tubulação com o uso do dispositivo 10 é ilustrado nas Figuras 1 a 5 e no fluxograma da Figura 6. Conforme mostrado na Figura 3, o elemento de tubulação 40 é engatado com o cilindro de acionamento 12 (consulte a caixa 62, na Figura 6). Nesse exemplo, a superfície interna 40a do elemento de tubulação 40 é posta em contato com o cilindro de acionamento. Em seguida, conforme descrito na caixa 64 da Figura 6, o cilindro de sulcagem 22 é movido pelo atuador 30 (sob o comando do sistema de controle 56) em direção ao cilindro de acionamento 12 até que o mesmo engate a superfície externa 40b do elemento de tubulação 40. É vantajoso pinçar o elemento de tubulação 40 entre o cilindro de acionamento 12 e o cilindro de sulcagem 22 com força suficiente para segurar, se forma segura, o elemento de tubulação no dispositivo 10. Nesse ponto, é possível determinar o diâmetro do elemento de tubulação 40 de modo a tanto aceitar o elemento de tubulação e formar o sulco circunferencial, como rejeitar o elemento de tubulação devido ao fato de que o diâmetro do mesmo está fora da faixa de tolerância aceita e, desse modo, seria incompatível com outros elementos de tubulação do mesmo tamanho nominal. A determinação do diâmetro do elemento de tubulação é representada pela caixa 66 na Figura 6 e é efetuada através da medição da circunferência da tubulação enquanto gira o elemento de tubulação 40 ao redor do eixo geométrico longitudinal do mesmo 68 com o uso do cilindro de acionamento 12 alimentado pelo motor 16. O cilindro de acionamento 12, por sua vez, gira o elemento de tubulação 40, que faz com que o cilindro de sulcagem 22 gire ao redor do eixo geométrico do mesmo 24. Para maior precisão da medição, é vantajoso caso o cilindro de sulcagem 22 gire em resposta ao elemento de tubulação 40 sem deslizar. O diâmetro do elemento de tubulação 40 pode então ser calculado por saber o diâmetro da superfície 22a do cilindro de sulcagem 22 que está em contato com o elemento de tubulação 40, e contar a quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem, incluindo frações de um giro, para cada revolução do elemento de tubulação. Caso o diâmetro D do cilindro de sulcagem superfície 22a seja conhecido, então a circunferência C do elemento de tubulação 40 pode ser calculada a partir da relação C = (D x rev x n) onde “rev” é igual à quantidade de revoluções do cilindro de sulcagem 22 (incluindo frações de um giro) para uma revolução do elemento de tubulação. Uma vez que a circunferência C do elemento de tubulação é conhecida, o diâmetro do elemento de tubulação d pode ser calculado a partir da relação d=C/n. No dispositivo 10, o sensor 32, por exemplo, um codificador giratório, conta a quantidade de revoluções e frações das mesmas (rev) do cilindro de sulcagem 22 e gera um sinal indicativo do mesmo. Cada revolução do elemento de tubulação 40 é detectada e/ou contada pelo sensor 34, que gera sinais indicativos do mesmo. Por exemplo, caso o sensor 34 seja um sensor de contraste conforme descrito acima (consulte a Figura 3), o mesmo detecta um primeiro e um segundo reflexos da superfície refletora de luz 42, que indicam que o mesmo detectou ou contou uma revolução do elemento de tubulação. Caso o sensor 34 seja um sensor magnético (Figura 3A), o mesmo detecta um primeiro e um segundo campos magnéticos, que indica que o mesmo detectou ou contou uma revolução do elemento de tubulação. Os sinais do sensor 32 e do sensor 34 são transmitidos para o sistema de controle 56, que realiza os cálculos para determinar o diâmetro do elemento de tubulação 40. O sistema de controle pode então exibir o diâmetro do elemento de tubulação para que um operador aceite ou rejeite, ou, o próprio sistema de controle pode comparar o diâmetro do elemento de tubulação com uma faixa de tolerância para tubulações de um tamanho nominal conhecido e exibir um sinal de “aceitar” ou “rejeitar” para o operador. Note que para tal operação automatizada, o sistema de controle é programado com dados de tolerância dimensional para elementos de tubulação de vários tamanhos padrões. O operador deve montar o cilindro de sulcagem apropriado no tamanho de tubulação padrão e sulco que é formado e inserir no sistema de controle os elementos de tubulação padrão específicos que são processados. Em resposta a essas entradas o software residente dentro do sistema de controle usará, então, os dados de referência apropriados para determinar se o elemento de tubulação tem um diâmetro que se encontra na faixa de tolerância aceitável para elementos de tubulação do tamanho padrão selecionado.

[056] A caixa 70 da Figura 6 e da Figura 4 ilustram a formação de um sulco 72 no elemento de tubulação 40. O cilindro de acionamento 12 é girado, o que, desse modo, gira o elemento de tubulação 40 ao redor do eixo geométrico longitudinal do mesmo 68, que gira o cilindro de sulcagem 22 ao redor do eixo geométrico 24. Note que o eixo geométrico de giro 14 do cilindro de acionamento 12, o eixo geométrico de giro 24 do cilindro de sulcagem 22 e o eixo geométrico longitudinal 68 do elemento de tubulação 40 são substancialmente paralelos um ao outro. “Substancialmente paralelo”, conforme usado no presente documento, significa dentro de cerca de 2 graus de modo a permitir o giro sem atrito significativo mas também permitir rastrear forças a serem geradas que mantêm o elemento de tubulação engatado com os cilindros de acionamento e sulcagem durante o giro. Durante o giro do elemento de tubulação, o atuador 30 (Figura 1) força o cilindro de sulcagem 22 contra o elemento de tubulação 40, o que, desse modo, trabalha a frio o elemento de tubulação, dispõe o elemento de material de tubulação e forma o sulco circunferencial 72. Note que a força exercida pelo atuador 30, assim como a taxa de alimentação do cilindro de sulcagem 22 (isto é, a taxa em que o cilindro de sulcagem move em direção ao cilindro de acionamento) e a velocidade giratória do elemento de tubulação pode ser selecionada com base em uma ou mais características do elemento de tubulação 40. Tais características incluem, por exemplo, o diâmetro do elemento de tubulação, a espessura de parede (programação), e o material que compreende o elemento de tubulação. A seleção dos parâmetros operacionais tal como força, taxa de alimentação e velocidade giratória pode ser estabelecida pelo operador, ou, pelo sistema de controle 56 em resposta a entradas do operador que especificam que a tubulação específica é processada. Por exemplo, o sistema de controle pode ter um banco de dados de parâmetros operacionais preferenciais associados a elementos de tubulação padrão específicos de acordo com diâmetro, programação e material.

[057] Para compatibilidade do elemento de tubulação 40 com acoplagens mecânicas, é necessário que o diâmetro final 74b (consulte a Figura 5) do sulco 72 esteja dentro de uma tolerância aceitável para o elemento de tubulação de diâmetro específico que é processado. Conforme indicado na caixa 76 (consulte também a Figura 4), para produzir um sulco aceitável 72, o diâmetro de sulco instantâneo 74a (isto é, o diâmetro de sulco antes que o mesmo alcance o diâmetro final) é determinado em intervalos enquanto o elemento de tubulação 40 gira. O diâmetro de sulco instantâneo 74a, conforme mostrado na Figura 4, é determinado com o uso de sinais do sensor 32 e do sensor 34 conforme descrito acima para determinar o diâmetro do elemento de tubulação 40 (Figura 6, caixa 66). Os sinais do sensor 32, indicativos da quantidade de revoluções (e frações das mesmas) do cilindro de sulcagem 22, e sinais do sensor 34, indicativos da quantidade de revoluções do elemento de tubulação, constituem uma medição da circunferência instantânea do elemento de tubulação 40 dentro do sulco 72. Esses sinais são transmitidos para o sistema de controle 56 que usa as informações nos sinais para determinar (isto é, calcular) o diâmetro instantâneo 74a do sulco 72 (note que o diâmetro da superfície 22a do cilindro de sulcagem 22 que forma o sulco é conhecido). Conforme mostrado na caixa 78, o sistema de controle então compara o diâmetro instantâneo do sulco com a faixa de tolerância apropriada para diâmetros de sulco para a tubulação específica que é processada. Conforme mostrado na caixa 80, caso o diâmetro de sulco instantâneo não esteja dentro da faixa de tolerância apropriada, por exemplo, o diâmetro de sulco instantâneo é maior que o maior diâmetro aceitável para o elemento de tubulação específico que é processado, então o sistema de controle 56 continua a formar o sulco 72 através do giro do elemento de tubulação 40 ao redor do eixo geométrico longitudinal do mesmo 68 enquanto se força o cilindro de sulcagem 22 contra o elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação, determinar o diâmetro instantâneo 74a do sulco 72 enquanto gira o elemento de tubulação 40 e comparar o diâmetro instantâneo do sulco com a faixa de tolerância para o diâmetro do sulco até que o diâmetro de sulco esteja dentro da faixa de tolerância aceitável para o diâmetro do sulco.

[058] Uma vez que o diâmetro final de sulco 74b esteja em um diâmetro alvo predeterminado, o sistema de controle 56 para o movimento do cilindro de sulcagem 22 em direção ao cilindro de acionamento 12, mas continua o giro do elemento de tubulação por, pelo menos, um giro completo para garantir uma profundidade de sulcagem uniforme. O giro é então parado e o cilindro de sulcagem 22 é afastado do cilindro de acionamento 12 de modo que o elemento de tubulação 40 possa ser removido do dispositivo 10.

[059] Outro exemplo de método para formar um sulco circunferencial em um elemento de tubulação é descrito com o uso do dispositivo 10a mostrado na Figura 1A. Essa modalidade tem dois cilindros ociosos separados, o cilindro ocioso 22, que é um cilindro de sulcagem e o cilindro ocioso 23, que é um cilindro de medição. Conforme descrito acima, o elemento de tubulação é engatado com o cilindro de acionamento 12 (consulte a caixa 62, na Figura 6). Em seguida, conforme descrito na caixa 64 da Figura 6, o cilindro de sulcagem 22 é movido pelo atuador 30 (sob o comando do sistema de controle 56) em direção ao cilindro de acionamento 12 até que o mesmo engate a superfície externa do elemento de tubulação. É vantajoso pinçar o elemento de tubulação entre o cilindro de acionamento 12 e o cilindro de sulcagem 22 com força suficiente para segurar, se forma segura, o elemento de tubulação no dispositivo 10.

[060] O sistema de controle 56 também comanda que o atuador 25 mova o cilindro ocioso 23 em engate com a superfície externa do elemento de tubulação. Nesse ponto, é possível determinar o diâmetro do elemento de tubulação de modo a tanto aceitar o elemento de tubulação e formar o sulco circunferencial, como rejeitar o elemento de tubulação devido ao fato de que o diâmetro do mesmo está fora da faixa de tolerância aceita e, desse modo, seria incompatível com outros elementos de tubulação do mesmo tamanho nominal. A determinação do diâmetro do elemento de tubulação é representada pela caixa 66 na Figura 6 e é efetuada através da medição da circunferência do elemento de tubulação enquanto gira o mesmo ao redor do eixo geométrico longitudinal do mesmo com o uso do cilindro de acionamento 12 alimentado pelo motor 16. O cilindro de acionamento 12, por sua vez, gira o elemento de tubulação, que faz com que o cilindro ocioso 23 gire ao redor do eixo geométrico do mesmo 27. Para maior precisão da medição, é vantajoso caso o cilindro ocioso 23 gire em resposta ao elemento de tubulação sem deslizar. O diâmetro do elemento de tubulação pode então ser calculado por saber o diâmetro da superfície do cilindro ocioso 23 que está em contato com o elemento de tubulação, e contar a quantidade de revoluções do cilindro ocioso 23, incluindo frações de um giro, para cada revolução do elemento de tubulação. Caso o diâmetro D do cilindro ocioso 23 seja conhecido, então a circunferência C do elemento de tubulação pode ser calculado a partir da relação C = (D x rev x π) onde “rev” é igual à quantidade de revoluções do cilindro ocioso 23 (incluindo frações de um giro) para uma revolução do elemento de tubulação. Uma vez que a circunferência C do elemento de tubulação é conhecida, o diâmetro do elemento de tubulação d pode ser calculado a partir da relação d=C/π.

[061] No dispositivo 10a, o sensor 32, por exemplo, um codificador giratório, conta a quantidade de revoluções e frações das mesmas do cilindro ocioso 23 e gera um sinal indicativo do mesmo. Cada revolução do elemento de tubulação é detectada e/ou contada pelo sensor 34 (por exemplo, um sensor de contraste ou um sensor magnético), que gera sinais indicativos do mesmo. Os sinais do sensor 32 e do sensor 34 são transmitidos para o sistema de controle 56, que realiza os cálculos para determinar o diâmetro do elemento de tubulação. O sistema de controle pode então exibir o diâmetro do elemento de tubulação para que um operador aceite ou rejeite, ou, o próprio sistema de controle pode comparar o diâmetro do elemento de tubulação com uma faixa de tolerância para tubulações de um tamanho nominal conhecido e exibir um sinal de “aceitar” ou “rejeitar” para o operador.

[062] A caixa 70 da Figura 6 ilustra a formação de um sulco no elemento de tubulação. O cilindro de acionamento 12 é girado, o que, desse modo, gira o elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal do mesmo, que gira o cilindro de sulcagem 22 ao redor do eixo geométrico do mesmo 24 e o cilindro ocioso 23 ao redor do eixo geométrico do mesmo 27. Note que o eixo geométrico de giro 14 do cilindro de acionamento 12, o eixo geométrico de giro 24 do cilindro de sulcagem 22, o eixo geométrico de giro 27 do cilindro ocioso 23 e o eixo geométrico longitudinal do elemento de tubulação são substancialmente paralelos um ao outro. Durante o giro do elemento de tubulação, o atuador 30 força o cilindro de sulcagem 22 contra o elemento de tubulação, o que, desse modo, trabalha a frio o elemento de tubulação, dispõe o elemento de material de tubulação e forma o sulco circunferencial. Também durante o giro do elemento de tubulação, o atuador 25 mantém o cilindro ocioso 23 em contato com o elemento de tubulação dentro do sulco que é formado pelo cilindro de sulcagem 22.

[063] Para compatibilidade do elemento de tubulação com acoplagens mecânicas, é necessário que o diâmetro final do sulco esteja dentro de uma tolerância aceitável para o elemento de tubulação de diâmetro específico que é processado. Conforme indicado na caixa 76, para produzir um sulco aceitável, o diâmetro de sulco instantâneo (isto é, o diâmetro de sulco antes que o mesmo alcance o diâmetro final) é determinado em intervalos enquanto o elemento de tubulação gira. O diâmetro de sulco instantâneo é determinado com o uso de sinais do sensor 32 e do sensor 34 conforme descrito acima para determinar o diâmetro do elemento de tubulação (Figura 6, caixa 66). Os sinais do sensor 32, indicativos da quantidade de revoluções (e frações das mesmas) do cilindro ocioso 23, e sinais do sensor 34, indicativos da quantidade de revoluções do elemento de tubulação, constituem uma medição da circunferência instantânea do elemento de tubulação dentro do sulco que é formado pelo cilindro de sulcagem 22. Esses sinais são transmitidos para o sistema de controle 56 que usa as informações nos sinais para determinar (isto é, calcular) o diâmetro instantâneo do sulco (note que o diâmetro do cilindro ocioso 23 em contato com o elemento de tubulação é conhecido). Conforme mostrado na caixa 78, o sistema de controle então compara o diâmetro instantâneo do sulco com a faixa de tolerância apropriada para diâmetros de sulco para a tubulação específica que é processada. conforme mostrado na caixa 80, caso o diâmetro de sulco instantâneo não esteja dentro da faixa de tolerância apropriada, por exemplo, o diâmetro de sulco instantâneo é maior que o maior diâmetro aceitável para o elemento de tubulação específico que é processado, então o sistema de controle 56 continua a formar o sulco através do giro do elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal do mesmo enquanto se força o cilindro de sulcagem 22 contra o elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação, determinar o diâmetro instantâneo do sulco (através do cilindro ocioso 23 e o sensor associado 32 do mesmo) enquanto gira o elemento de tubulação, e comparar o diâmetro instantâneo do sulco com a faixa de tolerância para o diâmetro do sulco até que o diâmetro de sulco esteja dentro da faixa de tolerância aceitável para o diâmetro do sulco.

[064] Uma vez que o diâmetro final de sulco esteja em um diâmetro alvo predeterminado, o sistema de controle 56 para o movimento do cilindro de sulcagem 22 em direção ao cilindro de acionamento 12, mas continua o giro do elemento de tubulação por, pelo menos, um giro completo para garantir uma profundidade de sulcagem uniforme. O giro é então parado e o cilindro de sulcagem 22 e o cilindro ocioso 23 são afastados do cilindro de acionamento 12 de modo que o elemento de tubulação possa ser removido do dispositivo 10a.

[065] Conforme mostrado na Figura 7, o sensor de triangulação 46 também pode ser usado para medir uma pluralidade de dimensões do elemento de tubulação 40 próximo ao sulco 72. Conforme mostrado na Figura 8, dimensões tal como a distância 88 da extremidade de tubulação 40 para o sulco 72, a largura 90 do sulco, a profundidade 92 do sulco, e a altura de dilatação 94 do elemento de tubulação podem ser medidas para criar um perfil da extremidade de tubulação. A dilatação pode ocorrer como um resultado do processo de sulcagem e a altura de dilatação é a altura da extremidade do elemento de tubulação acima do diâmetro de tubulação. Essas informações podem ser transmitidas para o sistema de controle para a comparação com tolerâncias aceitáveis para essas dimensões para um elemento de tubulação padrão.

[066] Conforme retratado nas Figuras 7 e 9, a medição da pluralidade de dimensões é efetuada enquanto gira o elemento de tubulação e compreende projetar um feixe de luz em formato de leque 50 ao longo de um comprimento da superfície do elemento de tubulação 40 que inclui o sulco circunferencial 72 (consulte a Figura 9, caixa 96). O reflexo do feixe 50 é detectado por um sensor 54 (caixa 98). Uma unidade calculadora 55, operativamente associada ao sensor 54 usa métodos de triangulação para calcular as dimensões da região do elemento de tubulação 40 varrida pelo feixe 50 (caixa 100). As informações dimensionais são codificadas em sinais que são transmitidos para o sistema de controle 56 (consulte a Figura 1), nesse exemplo pelas linhas físicas 58. As informações dimensionais adquiridas desse modo podem ser exibidas e/ou avaliadas em comparação com um banco de dados para caracterizar o elemento de tubulação como processado.

[067] Outro exemplo de método para formar um sulco circunferencial em um elemento de tubulação que tem um eixo geométrico longitudinal e usa um cilindro de acionamento e um cilindro de sulcagem é mostrado na Figura 10. Esse exemplo de método compreende: engatar o elemento de tubulação com o cilindro de acionamento (caixa 102); engatar o cilindro de sulcagem com o elemento de tubulação (caixa 104); formar o sulco através do giro do elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal do mesmo enquanto se força o cilindro de sulcagem contra o elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação (caixa 106); medir uma pluralidade de circunferências do sulco enquanto gira o elemento de tubulação (caixa 108); determinar uma pluralidade de diâmetros do sulco com o uso da pluralidade de circunferências do sulco (caixa 110); calcular uma mudança em diâmetro do sulco por revolução do elemento de tubulação (caixa 112); calcular uma quantidade de revoluções do elemento de tubulação necessárias para formar um sulco de um diâmetro desejado com o uso da mudança em diâmetro por revolução do sulco (caixa 114); contar a quantidade de revoluções do elemento de tubulação (caixa 116); e parar de forçar o cilindro de sulcagem contra o elemento de tubulação mediante o alcance da quantidade de revoluções necessárias para formar o sulco do diâmetro desejado (caixa 118).

[068] O método mostrado na Figura 10 é um método preditivo que usa a taxa de mudança do diâmetro por revolução do elemento de tubulação para prever quando interromper a formação do sulco através da disposição do material do elemento de tubulação. Como é possível que a previsão possa não render de forma tão precisa um diâmetro de sulco como desejado, as etapas adicionais, mostradas abaixo, podem ser vantajosas: medir o diâmetro do sulco (caixa 120); comparar o diâmetro do sulco com o diâmetro desejado (caixa 122); repetir as etapas de formar, medir, determinar, calcular, contar e interromper (caixa 124).

[069] A Figura 11 mostra um método preditor-corretor similar para formar o sulco.

[070] Entretanto, esse método é com base na circunferência do sulco, não o diâmetro. Em um exemplo específico, o método compreende: engatar o elemento de tubulação com o cilindro de acionamento (caixa 126); engatar o cilindro de sulcagem com o elemento de tubulação (caixa 128); formar o sulco através do giro do elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal enquanto se força o cilindro de sulcagem contra o elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação (caixa 130); medir uma pluralidade de circunferências do sulco enquanto gira o elemento de tubulação (caixa 132); calcular uma mudança em circunferência do sulco por revolução do elemento de tubulação (caixa 134); calcular uma quantidade de revoluções do elemento de tubulação necessária para formar um sulco de uma circunferência desejada com o uso da mudança em circunferência por revolução do elemento de tubulação (caixa 136); contar a quantidade de revoluções do elemento de tubulação (caixa 138); e parar de forçar o cilindro de sulcagem contra o elemento de tubulação mediante o alcance da quantidade de revoluções necessárias para formar o sulco da circunferência desejada (caixa 140).

[071] Novamente, de modo a contar para a formação de sulco imprecisa com o uso da previsão, as etapas a seguir podem ser adicionadas: medir a circunferência do sulco (caixa 142); comparar a circunferência do sulco com a circunferência desejada (caixa 144); repetir as etapas de formar, medir, calcular, contar e interromper (caixa 146). os métodos descritos até o momento usam uma alimentação substancialmente contínua do cilindro de sulcagem em direção ao elemento de tubulação. Entretanto, podem haver vantagens em eficiência e precisão caso o cilindro de sulcagem seja avançado em incrementações distintas conforme descrito no método mostrado na Figura 12 e descrito abaixo: engatar o elemento de tubulação com o cilindro de acionamento (caixa 148); engatar o cilindro de sulcagem com o elemento de tubulação (caixa 149); formar o sulco através do giro do elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal enquanto se força o cilindro de sulcagem uma distância distinta para dentro do elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação para uma revolução do elemento de tubulação (caixa 150); medir uma circunferência do sulco enquanto gira o elemento de tubulação (caixa 152); determinar um diâmetro do dito sulco com o uso da dita circunferência do dito sulco (caixa 154); comparar o diâmetro do sulco com uma faixa de tolerância para o diâmetro do sulco (caixa 156); e até que o diâmetro de sulco esteja dentro da faixa de tolerância: repetir as ditas etapas de formar, determinar e comparar (caixa 158).

[072] Pode ser ainda vantajoso variar o tamanho da distância distinta pela qual o cilindro de sulcagem move, por exemplo, através da diminuição da distância distinta para cada das revoluções conforme o diâmetro se aproxima da faixa de tolerância. Isso pode permitir mais precisão em formação de sulco e diminuir o tempo necessário para formar um sulco.

[073] O exemplo de método descrito na Figura 13 também usa incrementações distintas da distância percorrida pelo cilindro de sulcagem, mas tem como base o controle do cilindro de sulcagem em medidas da circunferência do sulco, conforme descrito abaixo: engatar o elemento de tubulação com o cilindro de acionamento (caixa 160); engatar o cilindro de sulcagem com o elemento de tubulação (caixa 162); formar o sulco através do giro do elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal enquanto se força o cilindro de sulcagem uma distância distinta para dentro do elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação para uma revolução do elemento de tubulação (caixa 164); medir uma circunferência do sulco enquanto gira o elemento de tubulação (caixa 166); comparar a circunferência do sulco com uma faixa de tolerância para a circunferência do sulco (caixa 168); e até que a circunferência do sulco esteja dentro da faixa de tolerância: repetir as ditas etapas de formar, medir e comparar (caixa 170).

[074] Novamente, pode ser ainda vantajoso variar o tamanho da distância distinta pela qual o cilindro de sulcagem move, por exemplo, através da diminuição da distância distinta para cada das revoluções conforme o diâmetro se aproxima da faixa de tolerância. Isso pode permitir mais precisão em formação de sulco e diminuir o tempo necessário para formar um sulco.

[075] No exemplo de método mostrado na Figura 14, os aspectos de preditor-corretor são combinados com o distinto movimento em sentido de etapa do cilindro de sulcagem, conforme descrito abaixo: engatar o elemento de tubulação com o cilindro de acionamento (caixa 172); engatar o cilindro de sulcagem com o elemento de tubulação (caixa 174); formar o sulco através do giro do elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal enquanto se força o cilindro de sulcagem uma distância distinta para dentro do elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação para uma revolução do elemento de tubulação (caixa 176); calcular uma quantidade de revoluções do elemento de tubulação necessária para formar um sulco de um diâmetro desejado com o uso da distância distinta por revolução do sulco (caixa 178); contar a quantidade de revoluções do elemento de tubulação (caixa 180); e parar de forçar o cilindro de sulcagem para dentro do elemento de tubulação pela distância distinta mediante o alcance da quantidade de revoluções necessárias para formar o sulco do diâmetro desejado (caixa 182).

[076] Novamente, pode ser vantajoso adicionar as etapas a seguir para o método mostrado na Figura 14: medir o diâmetro do sulco (caixa 184); comparar o diâmetro do sulco com o diâmetro desejado (caixa 186); repetir as etapas de formar, medir, calcular, contar e interromper (caixa 188).

[077] No exemplo de modalidade de método da Figura 15, a profundidade de sulco 92 (consulte também a Figura 8) é usada para controlar o movimento do cilindro de sulcagem conforme descrito abaixo: engatar o elemento de tubulação com o cilindro de acionamento (caixa 190); engatar o cilindro de sulcagem com o elemento de tubulação (caixa 192); medir um diâmetro do elemento de tubulação enquanto gira o elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal (caixa 194); calcular uma tolerância de profundidade de sulco desejada que corresponde a uma tolerância de diâmetro de sulco desejada (caixa 196); formar o sulco através do giro do elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal enquanto se força o cilindro de sulcagem contra o elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação (caixa 198); enquanto gira o elemento de tubulação, medir a profundidade de sulco (caixa 200); comparar a profundidade de sulco com a tolerância de profundidade de sulco desejada (caixa 202); e repetir as ditas etapas de formar o sulco, medir a profundidade de sulco e comparar a profundidade de sulco com a tolerância de profundidade de sulco desejada até que a profundidade de sulco esteja dentro da tolerância de profundidade de sulco desejada (caixa 204).

[078] A Figura 16 mostra um exemplo de método onde o diâmetro de sulco é usado para controlar o movimento do cilindro de sulcagem, conforme descrito abaixo: engatar o elemento de tubulação com o cilindro de acionamento (caixa 205); engatar o cilindro de sulcagem com o elemento de tubulação (caixa 206); determinar um diâmetro do elemento de tubulação enquanto gira o elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal (caixa 208); determinar uma tolerância de diâmetro de sulco desejada com base no diâmetro do elemento de tubulação (caixa 210); formar o sulco através do giro do elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal enquanto se força o cilindro de sulcagem contra o elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação (caixa 212); determinar o diâmetro de sulco enquanto gira o elemento de tubulação (caixa 214); comparar o diâmetro de sulco com a tolerância de diâmetro de sulco desejada (caixa 216); repetir as etapas de formar o sulco e determinar o diâmetro de sulco até que o diâmetro de sulco esteja dentro da tolerância de diâmetro de sulco desejada (caixa 218).

[079] A Figura 17 ilustra um exemplo de método em que a circunferência de sulco é usada para controlar o movimento do cilindro de sulcagem, conforme descrito abaixo: engatar o elemento de tubulação com o cilindro de acionamento (caixa 220); engatar o cilindro de sulcagem com o elemento de tubulação (caixa 224); medir uma circunferência do elemento de tubulação enquanto gira o elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal (caixa 226); determinar uma tolerância de circunferência de sulco desejada com base no diâmetro do elemento de tubulação (caixa 228); formar o sulco através do giro do elemento de tubulação ao redor do eixo geométrico longitudinal enquanto se força o cilindro de sulcagem contra o elemento de tubulação de modo a deslocar material do elemento de tubulação (caixa 230); medir a circunferência de sulco enquanto gira o elemento de tubulação (caixa 232); comparar a circunferência de sulco com a tolerância de circunferência de sulco desejada (caixa 234); repetir as etapas de formar o sulco, medir a circunferência de sulco e comparar a circunferência de sulco até que a circunferência de sulco esteja dentro da tolerância de circunferência de sulco desejada (caixa 236).

[080] Os métodos e aparelho revelados no presente documento fornecem uma eficiência elevada na formação de elementos de tubulação sulcados que reduzem a probabilidade de erro humano assim como a frequência de sulcos mal formados.

Claims (22)

1. Método para formar um sulco circunferencial em um elemento de tubulação que tem um eixo geométrico longitudinal e usa um cilindro de acionamento e um cilindro de sulcagem, o dito método compreendendo: engatar o dito elemento de tubulação com o dito cilindro de acionamento; engatar o dito cilindro de sulcagem com o dito elemento de tubulação; formar o dito sulco através do giro do dito elemento de tubulação ao redor do dito eixo geométrico longitudinal enquanto força o dito cilindro de sulcagem contra o dito elemento de tubulação, de modo a deslocar material do dito elemento de tubulação; caracterizado pelo fato de que compreende: medir uma circunferência do dito sulco enquanto gira o dito elemento de tubulação; determinar um diâmetro do dito sulco com o uso da dita circunferência do dito sulco; comparar o dito diâmetro do dito sulco com uma faixa de tolerância desejada; repetir as ditas etapas de formar, medir, determinar e comparar até que o dito diâmetro de sulco esteja dentro da dita faixa de tolerância desejada.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinar um diâmetro do dito elemento de tubulação; comparar o dito diâmetro do dito elemento de tubulação com uma faixa de tolerância para o dito diâmetro do dito elemento de tubulação; rejeitar o dito elemento de tubulação antes de formar o dito sulco no dito elemento de tubulação caso o dito diâmetro do dito elemento de tubulação não esteja dentro da dita faixa de tolerância para o dito diâmetro do dito elemento de tubulação.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que determina o dito diâmetro do dito elemento de tubulação compreendendo: girar o dito elemento de tubulação enquanto o dito elemento de tubulação é engatado com o dito cilindro de sulcagem, sendo que o dito cilindro de sulcagem gira em resposta ao elemento de tubulação; saber um diâmetro de uma superfície do dito cilindro de sulcagem engatado com o dito elemento de tubulação; determinar uma quantidade de revoluções do dito cilindro de sulcagem, incluindo frações das mesmas, para cada revolução do dito elemento de tubulação; e calcular o dito diâmetro do dito elemento de tubulação, sendo que a dita quantidade de revoluções do dito cilindro de sulcagem, incluindo as ditas frações das mesmas, por revolução do dito elemento de tubulação é proporcional ao dito diâmetro do dito elemento de tubulação.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que determina a dita quantidade de revoluções do dito cilindro de sulcagem, incluindo as ditas frações das mesmas, compreende contar a dita quantidade de revoluções do dito cilindro de sulcagem, incluindo as ditas frações das mesmas, por pelo menos uma dita revolução do dito elemento de tubulação.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda determinar a dita pelo menos uma revolução do dito elemento de tubulação através da detecção de um recurso no dito elemento de tubulação em um primeiro e um segundo momentos enquanto gira o dito elemento de tubulação.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda determinar a dita pelo menos uma revolução do dito elemento de tubulação ao: marcar uma superfície externa do dito elemento de tubulação com uma superfície refletora de luz que faz contraste com a dita superfície externa do dito elemento de tubulação; emitir uma luz sobre a dita superfície externa do dito elemento de tubulação; detectar um primeiro e um segundo reflexos da dita luz a partir da dita superfície refletora de luz enquanto gira o dito elemento de tubulação.

7. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda determinar pelo menos uma revolução do dito elemento de tubulação ao: posicionar um imã em uma superfície do dito elemento de tubulação; detectar um primeiro e um segundo campos magnéticos enquanto gira o dito elemento de tubulação.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito engate do dito cilindro de sulcagem com o dito elemento de tubulação compreende pinçar o dito elemento de tubulação entre o dito cilindro de sulcagem e o dito cilindro de acionamento com força suficiente para segurar o dito elemento de tubulação entre os mesmos.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda engatar uma superfície interna do dito elemento de tubulação com o dito cilindro de acionamento e engatar uma superfície externa do dito elemento de tubulação com o dito cilindro de sulcagem.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda selecionar uma velocidade giratória para girar o dito elemento de tubulação com base em pelo menos uma característica do dito elemento de tubulação.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a dita pelo menos uma característica do dito elemento de tubulação é selecionada a partir do grupo que consiste em um diâmetro, uma espessura de parede, um material do dito elemento de tubulação e combinações dos mesmos.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda selecionar uma força para forçar o dito cilindro de sulcagem contra o dito elemento de tubulação com base em pelo menos uma característica do dito elemento de tubulação.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a dita pelo menos uma característica do dito elemento de tubulação é selecionada a partir do grupo que consiste em um diâmetro, uma espessura de parede, um material do dito elemento de tubulação e combinações dos mesmos.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda selecionar uma taxa de alimentação do dito cilindro de sulcagem para formar o dito sulco no dito elemento de tubulação com base em pelo menos uma característica do dito elemento de tubulação.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a dita pelo menos uma característica do dito elemento de tubulação é selecionada a partir do grupo que consiste em um diâmetro, uma espessura de parede, um material do dito elemento de tubulação e combinações dos mesmos.

16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar o dito diâmetro do dito sulco compreende: saber um diâmetro de uma superfície do dito cilindro de sulcagem engatado com o dito sulco dentro do dito elemento de tubulação; determinar uma quantidade de revoluções do dito cilindro de sulcagem, incluindo frações das mesmas, para cada revolução do dito elemento de tubulação; calcular o dito diâmetro do dito sulco, sendo que a dita quantidade de revoluções do dito cilindro de sulcagem, incluindo as ditas frações das mesmas, por revolução do dito elemento de tubulação é proporcional ao dito diâmetro do dito sulco.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que determina a dita quantidade de revoluções do dito cilindro de sulcagem, incluindo as ditas frações das mesmas, compreende contar a dita quantidade de revoluções do dito cilindro de sulcagem, incluindo as ditas frações das mesmas, por pelo menos uma dita revolução do dito elemento de tubulação.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda determinar a dita pelo menos uma revolução do dito elemento de tubulação através da detecção de um recurso no dito elemento de tubulação em um primeiro e um segundo momentos enquanto gira o dito elemento de tubulação.

19. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda determinar a dita pelo menos uma revolução do dito elemento de tubulação ao: marcar uma superfície externa do dito elemento de tubulação com uma superfície refletora de luz que faz contraste com a dita superfície externa do dito elemento de tubulação; emitir uma luz sobre a dita superfície externa do dito elemento de tubulação; detectar um primeiro e um segundo reflexos da dita luz a partir da dita superfície refletora de luz enquanto gira o dito elemento de tubulação.

20. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda determinar a dita pelo menos uma revolução do dito elemento de tubulação ao: posicionar um imã em uma superfície do dito elemento de tubulação; detectar um primeiro e um segundo campos magnéticos enquanto gira o dito elemento de tubulação.

21. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda medir uma pluralidade de dimensões próximas ao dito sulco circunferencial no dito elemento de tubulação enquanto gira o dito elemento de tubulação.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a dita medição da dita pluralidade de dimensões compreende medir pelo menos uma dimensão selecionada a partir do grupo que consiste em uma distância de uma extremidade do dito sulco para uma extremidade da dita tubulação, uma largura do dito sulco, uma profundidade do dito sulco, uma altura de dilatação da dita tubulação e combinações dos mesmos.

Images