BR122021013909B1

BR122021013909B1 - Elemento de tubo, e, métodos para montar um acoplamento tendo uma projeção arqueada com um elemento de tubo e para usar um acoplamento

Info

Publication number: BR122021013909B1
Application number: BR122021013909-1A
Authority: BR
Inventors: Scott D. Madara; Amit R. Shah; Douglas R. Dole
Original assignee: Victaulic Company
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2022-04-05
Also published as: CN108603622A; TWI693359B; KR20180102135A; SA518391829B1; EP3408573B1; CO2018006705A2; CA3012045C; TW201727124A; SG10202110846XA; BR112018015033A2; HK1256126A1; CL2018001993A1; US20200088329A1; JP2019504259A; US20170211731A1; RU2693347C1; NZ742764A; CA3081928A1; EP3885621B1; PE20181286A1

Abstract

Um elemento de tubo tem uma ranhura circunferencial com uma porção de superfície orientada em um ângulo em relação ao seu eixo geométrico longitudinal. Uma porção de superfície da ranhura adjacente à porção de superfície angulada é orientada perpendicularmente ao eixo geométrico longitudinal. Um acoplamento mecânico tem cunhas protuberantes que engatam a ranhura. As cunhas têm superfícies de conjugação que contatam as porções de superfície perpendicular e angulada da ranhura. Quando o elemento de tubo e o acoplamento são usados em combinação para formar uma junta de tubo, a carga axial no tubo, resistida pelo acoplamento mecânico, é compartilhada entre as porções de superfície perpendicular e angulada, o que resulta em uma junta de tubo que pode aguentar pressão interna maior do que se a carga axial fosse suportada apenas pela porção de superfície perpendicular.

Description

Referência Cruzada a Pedido Relacionado

[001] Este pedido baseia-se e reivindica prioridade ao Pedido Provisório U.S. n° 62/287.015, depositado em 26 de janeiro de 2016 e aqui incorporado por referência.

Campo da Invenção

[002] A presente invenção refere-se a formatos de ranhura melhorados para elementos de tubo unidos por acoplamentos mecânicos e formatos de cunha de acoplamento compatíveis com formatos de ranhura melhorados.

Fundamentos

[003] Como mostrado na Figura 1, um tipo de acoplamento mecânico 10 da técnica anterior para unir elementos de tubo 12 e 14 de extremidade a extremidade depende de projeções arqueadas, conhecidas como cunhas 16 que engatam mecanicamente ranhuras circunferenciais 18 nos elementos de tubo. Embora esses acoplamentos tenham provado ser muito eficazes e eficientes, a configuração da técnica anterior está sujeita a certas limitações. Por exemplo, quando tal junta é submetida a cargas, especialmente cargas resultantes de cargas finais induzidas por pressão interna, forças de tração axial e flexão, a junta pode não ser capaz de aguentar tais cargas até à resistência total à tração de certos tipos de tubo. Para obter uma porcentagem maior da força potencial do elemento de tubo e, assim, aumentar a capacidade de pressão de uma junta, anéis externos contendo ranhuras podem ser soldados a elementos de tubo para prover engate mecânico com as cunhas do acoplamento em uma configuração que não altere a parede lateral do elemento de tubo, removendo o material (ranhuras usinadas) ou deformando a parede lateral (ranhuras laminadas).

[004] Embora os anéis externos soldados possam permitir que uma porcentagem maior da resistência total do tubo seja realizada em uma junta, a desvantagem dessa solução é a necessidade de soldar anéis nos elementos de tubo. Esse procedimento adiciona custo, tempo e requer soldadores qualificados, complicando a fabricação. Existe claramente a necessidade de um projeto de tubo que melhore a realização da resistência do elemento de tubo e assim aumente o desempenho da pressão interna e os limites de carregamento de tração axial alcançáveis usando acoplamentos mecânicos sem a necessidade de anéis soldados externos.

Sumário

[005] A invenção refere-se a um elemento de tubo com primeira e segunda extremidades opostamente dispostas. Em uma modalidade exemplificativa, o elemento de tubo compreende uma parede lateral que circunda um eixo geométrico longitudinal e define um furo. A parede lateral tem uma superfície externa. Uma primeira ranhura é posicionada na superfície externa. A primeira ranhura estende-se circunferencialmente em torno do furo e é posicionada próxima da primeira extremidade. A primeira ranhura é definida por uma primeira pluralidade de subsuperfícies da superfície externa, incluindo: uma primeira subsuperfície orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal e voltada contra a primeira extremidade; uma segunda subsuperfície orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal, a segunda subsuperfície estando em relação espaçada distante de e voltada para a primeira subsuperfície; uma terceira subsuperfície contígua com a primeira subsuperfície, a terceira subsuperfície orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal e inclinada em direção à segunda subsuperfície; e uma quarta subsuperfície contígua com as terceira e segunda subsuperfícies, a quarta subsuperfície sendo orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal.

[006] Em uma modalidade exemplificativa específica, a primeira subsuperfície tem um ângulo de orientação de 80° a 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Adicionalmente, a título de exemplo, a primeira subsuperfície tem um ângulo de orientação de 89° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um outro exemplo, a terceira subsuperfície tem um ângulo de orientação de 1° a 25° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um exemplo adicional, a terceira subsuperfície tem um ângulo de orientação de 10° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um outro exemplo, a segunda subsuperfície tem um ângulo de orientação de 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Adicionalmente, a título de exemplo, a segunda subsuperfície tem um ângulo de orientação de 40° a 70° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em uma modalidade exemplificativa, a segunda subsuperfície tem um ângulo de orientação de 50° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em uma modalidade exemplificativa adicional, a quarta subsuperfície tem um ângulo de orientação de +5° a -5° em relação ao eixo geométrico longitudinal.

[007] Em uma modalidade exemplificativa, o elemento de tubo compreende adicionalmente uma segunda ranhura posicionada na superfície externa. A segunda ranhura estende-se circunferencialmente em torno do furo e é posicionada próxima da segunda extremidade. A segunda ranhura é definida por uma segunda pluralidade de subsuperfícies da superfície externa, incluindo: uma quinta subsuperfície orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal e voltada contra a segunda extremidade; uma sexta subsuperfície orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal, a sexta subsuperfície estando em relação espaçada distante de e voltada para a quinta subsuperfície; uma sétima subsuperfície contígua com a quinta subsuperfície, a sétima subsuperfície orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal e inclinada em direção à sexta subsuperfície; e uma oitava subsuperfície contígua com as sétima e sexta subsuperfícies, a oitava subsuperfície orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal.

[008] Em uma outra modalidade exemplificativa, as primeira e quinta subsuperfícies têm um ângulo de orientação de 80° a 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Adicionalmente, a título de exemplo, as primeira e quinta subsuperfícies têm um ângulo de orientação de 89° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um outro exemplo, as terceira e sétima subsuperfícies têm um ângulo de orientação de 1° a 25° em relação ao eixo geométrico longitudinal. A título de exemplo adicional, as terceira e sétima subsuperfícies têm um ângulo de orientação de 10° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um outro exemplo, as segunda e sexta subsuperfícies têm um ângulo de orientação de 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um outro exemplo, as segunda e sexta subsuperfícies têm um ângulo de orientação de 40° a 70° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Adicionalmente, a título de exemplo, as segunda e sexta subsuperfícies têm um ângulo de orientação de 50° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um outro exemplo, as quarta e oitava subsuperfícies têm um ângulo de orientação de +5° a -5° em relação ao eixo geométrico longitudinal.

[009] A invenção engloba adicionalmente, em combinação, um elemento de tubo como descrito acima e um acoplamento. Em uma modalidade exemplificativa, o acoplamento compreende uma pluralidade de segmentos afixados uns aos outros de extremidade à extremidade circundando a primeira extremidade do elemento de tubo. Membros de afixação ajustáveis são posicionados em cada extremidade dos segmentos para afixar os segmentos uns aos outros. Pelo menos uma projeção arqueada é posicionada em um lado de cada um dos segmentos e engata com a primeira ranhura. A pelo menos uma projeção arqueada compreende uma pluralidade de superfícies de conjugação incluindo: uma primeira superfície de conjugação orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal e voltada para a primeira subsuperfície; uma segunda superfície de conjugação orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal e voltada para a segunda subsuperfície; uma terceira superfície de conjugação orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal e em contato com a terceira subsuperfície; e uma quarta superfície de conjugação voltada para a quarta subsuperfície.

[0010] Em uma modalidade exemplificativa, um interstício é posicionado entre a quarta superfície de conjugação e a quarta subsuperfície. Em um exemplo adicional, a pelo menos uma projeção arqueada compreende um rebaixo na mesma formando o interstício entre a quarta superfície de conjugação e a quarta subsuperfície.

[0011] Uma modalidade exemplificativa adicional compreende, em combinação, um elemento de tubo como descrito acima e um acoplamento. A título de exemplo, o acoplamento compreende uma pluralidade de segmentos afixados uns aos outros de extremidade à extremidade circundando a primeira extremidade do elemento de tubo. Membros de afixação ajustáveis são posicionados em cada extremidade dos segmentos para afixar os segmentos uns aos outros. Pelo menos uma projeção arqueada é posicionada em um lado de cada um dos segmentos e engata com a primeira ranhura. A pelo menos uma projeção arqueada compreende uma pluralidade de superfícies de conjugação incluindo: uma primeira superfície de conjugação orientada perpendicular ao eixo geométrico longitudinal e voltada para a primeira subsuperfície; uma segunda superfície de conjugação orientada perpendicular ao eixo geométrico longitudinal e voltada para a segunda subsuperfície; uma terceira superfície de conjugação orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal e em contato com a terceira subsuperfície; e uma quarta superfície de conjugação voltada para a quarta subsuperfície.

[0012] A título de exemplo, um interstício é posicionado entre a quarta superfície de conjugação e a quarta subsuperfície. Em um exemplo adicional, a pelo menos uma projeção arqueada compreende um rebaixo na mesma formando o interstício entre a quarta superfície de conjugação e a quarta subsuperfície. Em uma modalidade exemplificativa, o acoplamento compreende não mais que dois segmentos.

[0013] A invenção também engloba um acoplamento para unir elementos de tubo. Em uma modalidade exemplificativa, o acoplamento compreende uma pluralidade de segmentos afixados uns aos outros de extremidade à extremidade circundando um espaço central para receber os elementos de tubo. Membros de afixação ajustáveis são posicionados em cada extremidade dos segmentos para afixar os segmentos uns aos outros. Pelo menos uma primeira projeção arqueada é posicionada em um primeiro lado de cada um dos segmentos. As primeiras projeções arqueadas compreendem uma pluralidade de superfícies de conjugação incluindo: uma primeira superfície de conjugação orientada em um ângulo em relação a um eixo geométrico longitudinal que se estendem através do espaço central coaxialmente com os segmentos; uma segunda superfície de conjugação em relação espaçada da primeira superfície de conjugação e orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal; uma terceira superfície de conjugação contígua com a primeira superfície de conjugação e orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal; e uma quarta superfície de conjugação entre as terceira e segunda superfícies de conjugação e orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal.

[0014] Em uma modalidade exemplificativa, o elemento de tubo compreende adicionalmente uma segunda projeção arqueada posicionada em um segundo lado de cada um dos segmentos. As segundas projeções arqueadas compreendem uma pluralidade de superfícies de conjugação incluindo: uma quinta superfície de conjugação orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal; uma sexta superfície de conjugação em relação espaçada da quinta superfície de conjugação e orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal; uma sétima superfície de conjugação contígua com a quinta superfície de conjugação e orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal; e uma oitava superfície de conjugação entre as sexta e sétima superfícies de conjugação e orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal.

[0015] Em uma modalidade exemplificativa, a primeira superfície de conjugação tem um ângulo de orientação de 80° a 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em uma outra modalidade exemplificativa, a primeira superfície de conjugação tem um ângulo de orientação de 89° em relação ao eixo geométrico longitudinal. A título de exemplo adicional, a terceira superfície de conjugação tem um ângulo de orientação de 1° a 25° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um outro exemplo, a terceira superfície de conjugação tem um ângulo de orientação de 10° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um exemplo adicional, a segunda superfície de conjugação tem um ângulo de orientação de 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um outro exemplo, a segunda superfície de conjugação tem um ângulo de orientação de 40° a 70° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Adicionalmente, a título de exemplo, a segunda superfície de conjugação tem um ângulo de orientação de 50° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um outro exemplo, a quarta superfície de conjugação tem um ângulo de orientação de +5° a -5° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em uma modalidade exemplificativa, as primeira e quinta superfícies de conjugação têm um ângulo de orientação de 80° a 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Adicionalmente, a título de exemplo, as primeira e quinta superfícies de conjugação têm um ângulo de orientação de 89° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um outro exemplo, as terceira e sétima superfícies de conjugação têm um ângulo de orientação de 1° a 25° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Adicionalmente, a título de exemplo, as terceira e sétima superfícies de conjugação têm um ângulo de orientação de 10° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Também a título de exemplo, as segunda e sexta superfícies de conjugação têm um ângulo de orientação de 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em uma modalidade exemplificativa, as segunda e sexta superfícies de conjugação têm um ângulo de orientação de 40° a 70° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um exemplo adicional, as segunda e sexta superfícies de conjugação têm um ângulo de orientação de 50° em relação ao eixo geométrico longitudinal. Em um outro exemplo, as quarta e oitava superfícies de conjugação têm um ângulo de orientação de +5° a -5° em relação ao eixo geométrico longitudinal.

[0016] A invenção também engloba, em combinação, um acoplamento como descrito acima e um elemento de tubo. Em uma modalidade exemplificativa, o elemento de tubo compreende uma parede lateral que circunda o eixo geométrico longitudinal e define um furo. A parede lateral tem uma superfície externa. Uma primeira ranhura é posicionada na superfície externa. A primeira ranhura estende-se circunferencialmente em torno do furo e é posicionada próxima da primeira extremidade. A primeira ranhura é definida por uma primeira pluralidade de subsuperfícies da superfície externa, incluindo: uma primeira subsuperfície orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal e voltada para a primeira superfície de conjugação; uma segunda subsuperfície orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal e voltada para a segunda superfície de conjugação; uma terceira subsuperfície orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal e em contato com a terceira superfície de conjugação; e uma quarta subsuperfície voltada para a quarta superfície de conjugação.

[0017] Em uma modalidade exemplificativa, um interstício é posicionado entre a quarta superfície de conjugação e a quarta subsuperfície. Em uma modalidade exemplificativa, a primeira projeção arqueada compreende um rebaixo na mesma formando o interstício entre a quarta superfície de conjugação e a quarta subsuperfície.

[0018] Uma outra modalidade exemplificativa compreende, em combinação, um acoplamento como descrito acima e um elemento de tubo. A título de exemplo, o elemento de tubo compreende: uma parede lateral que circunda o eixo geométrico longitudinal e define um furo, a parede lateral com uma superfície externa; uma primeira ranhura posicionada na superfície externa, a primeira ranhura se estendendo circunferencialmente em torno do furo e posicionada próxima à primeira extremidade, a primeira ranhura sendo definida por uma primeira pluralidade de subsuperfícies da superfície externa incluindo: uma primeira subsuperfície orientada perpendicular ao eixo geométrico longitudinal e voltada para a primeira superfície de conjugação; uma segunda subsuperfície orientada perpendicular ao eixo geométrico longitudinal e voltada para a segunda superfície de conjugação; uma terceira subsuperfície orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal e em contato com a terceira superfície de conjugação; e uma quarta subsuperfície voltada para a quarta superfície de conjugação.

[0019] A título de exemplo, um interstício é posicionado entre a quarta superfície de conjugação e a quarta subsuperfície. Em uma modalidade exemplificativa, a primeira projeção arqueada compreende um rebaixo na mesma formando o interstício entre a quarta superfície de conjugação e a quarta subsuperfície.

[0020] Em uma modalidade exemplificativa, o acoplamento compreende não mais que dois segmentos.

[0021] A invenção também engloba um método para montar um acoplamento que tem uma projeção arqueada com um elemento de tubo. Em uma modalidade exemplificativa, o método compreende: contatar a terceira subsuperfície da ranhura com uma porção da projeção arqueada; contatar a segunda subsuperfície da ranhura com uma outra porção da projeção arqueada.

[0022] A invenção também engloba um método para usar um acoplamento que tem uma projeção arqueada engatada com uma ranhura de um elemento de tubo. Em um exemplo, o método compreende: aplicar uma força de tração entre o elemento de tubo e o acoplamento, fazendo assim com que uma porção da projeção arqueada engate a primeira subsuperfície e uma outra porção da projeção arqueada engate a terceira subsuperfície.

Breve Descrição dos Desenhos

[0023] A Figura 1 é uma vista seccional longitudinal de uma junta de tubo de acordo com a técnica anterior; a Figura 2 é uma vista isométrica de uma combinação exemplificativa de acoplamento e elementos de tubo de acordo com a invenção; a Figura 3 é uma vista seccional longitudinal de uma porção de um acoplamento exemplificativo e elementos de tubo de acordo com a invenção mostrada inicialmente após a montagem; a Figura 3A é uma vista seccional longitudinal de uma porção de um outro acoplamento exemplificativo e elementos de tubo de acordo com a invenção; a Figura 3B é uma vista seccional longitudinal da porção do acoplamento exemplificativo e elementos de tubo mostrada na Figura 3 na condição completamente carregada; a Figura 4 é uma vista seccional longitudinal parcial de um elemento de tubo exemplificativo de acordo com a invenção; e a Figura 5 é uma vista seccional longitudinal parcial que ilustra um dispositivo e um método para formar elementos de tubo de acordo com a invenção.

Descrição detalhada

[0024] A Figura 2 mostra um acoplamento mecânico de tubo exemplificativo 20 de acordo com a invenção que une os elementos de tubo exemplificativos 22 e 24 de acordo com a invenção. O acoplamento 20 compreende os segmentos 26 e 28 afixados de extremidade a extremidade para circundar um espaço central 30 que recebe os elementos de tubo 22 e 24. A ligação dos segmentos entre si é efetuada por elementos de afixação ajustáveis 32 e 34, que, nesse exemplo, compreendem patilhas 36 e 38 que se projetam respectivamente a partir de extremidades opostas de cada segmento 26 e 28. As patilhas 36 e 38 nesse exemplo têm cantoneiras de reforço 40 e aberturas 42 que recebem fixadores 44, neste exemplo pinos 46 e porcas 48.

[0025] Como mostrado na vista seccional da Figura 3, cada segmento (26 sendo mostrado em seção) tem duas projeções arqueadas, também conhecidas como cunhas 50 e 52 posicionadas em lados opostos de cada segmento. As cunhas 52 e 50 projetam-se em direção ao espaço central 30 e engatam mecanicamente as respectivas ranhuras circunferenciais 54 e 88 em cada elemento de tubo. Uma junta estanque a fluidos é assegurada por uma vedação anelar 56 capturada e comprimida entre os segmentos 26 e 28 e os elementos de tubo 22 e 24 quando os fixadores 44 (ver Figura 2) são apertados de modo ajustável para mover os segmentos 26 e 28 um em direção ao outro para engate com os elementos de tubo para formar a junta.

[0026] A figura 4 mostra o elemento de tubo 24 e sua ranhura 54 em detalhe. Nesse exemplo, o elemento de tubo 24 compreende uma parede lateral 58 que circunda um eixo geométrico longitudinal 60 e define um furo 62. A ranhura 54 está posicionada em uma superfície externa 64 da parede lateral 58. A ranhura 54 estende-se circunferencialmente em torno do furo 62 e está posicionada próximo de uma extremidade 66 do elemento de tubo 24. Como mostrado na Figura 3, a posição da ranhura 54 em relação à extremidade do tubo 66 é coordenada com o acoplamento 20 de modo a prover espaço 70 para o engate de vedação com as prensas 72 da vedação anelar 56.

[0027] Como mostrado na Figura 4, a ranhura 54 compreende uma primeira subsuperfície 74 mostrada orientada perpendicular (90°) em relação ao eixo geométrico longitudinal 60. O ângulo de orientação 73 da primeira subsuperfície 74 pode variar de 80° a 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60, com um ângulo de orientação de cerca de 89° sendo vantajoso. A primeira subsuperfície 74 está voltada contra a extremidade 66 do elemento de tubo 24. Uma segunda subsuperfície 76 está orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal 60. A segunda subsuperfície 76 está posicionada em uma relação espaçada afastada da primeira subsuperfície 74 e está voltada para a extremidade 66 do elemento de tubo 24. Uma terceira subsuperfície 78 é contígua com a primeira subsuperfície 74, é orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal 60 e se inclina em direção à segunda subsuperfície 76. Uma quarta subsuperfície 80 é contígua à segunda e terceira subsuperfícies. A quarta subsuperfície 80 é mostrada orientada paralelamente (ângulo de 0°) ao eixo geométrico longitudinal 60, mas seu ângulo de orientação 79 pode variar de +5° a -5° para um projeto prático. Os termos “perpendicular”, “paralelo” e “orientado em um ângulo” significam perpendicular ou paralelo ou orientado em um ângulo em relação a um eixo geométrico de referência dentro das tolerâncias normais de fabricação para o elemento de tubo em questão.

[0028] Em um projeto prático, a segunda subsuperfície 76 pode ter um ângulo de orientação 82 de cerca de 40° a cerca de 70° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60; um ângulo de orientação 82 de cerca de 50° é considerado vantajoso para certas aplicações. De modo similar, a terceira subsuperfície 78 pode ter um ângulo de orientação 84 de cerca de 1° a cerca de 25° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60, e um ângulo de orientação 84 de cerca de 10° é considerado vantajoso para certas aplicações.

[0029] Como adicionalmente mostrado na Figura 4, o elemento de tubo 24 pode ter uma segunda extremidade 86 opostamente disposta a partir da extremidade 66 (que pode assim ser considerada a “primeira” extremidade), a segunda extremidade 86 tendo uma segunda ranhura 88 com uma configuração de ranhura similar à primeira ranhura 54. Nessa modalidade exemplificativa, a segunda ranhura 88 compreende uma quinta subsuperfície 90 mostrada orientada perpendicular (90°) ao eixo geométrico longitudinal 60. O ângulo de orientação 91 da quinta subsuperfície 90 pode variar de 80° a 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60, com um ângulo de orientação de cerca de 89° sendo vantajoso. A quinta subsuperfície 90 está voltada contra a segunda extremidade 86 do elemento de tubo 24. Uma sexta subsuperfície 92 está orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal 60. A sexta subsuperfície 92 está posicionada em uma relação espaçada afastada da quinta subsuperfície 90 e está voltada para a segunda extremidade 86 do elemento de tubo 24. Uma sétima subsuperfície 94 é contígua com a quinta subsuperfície 90, é orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal 60 e se inclina em direção à sexta subsuperfície 92. Uma oitava subsuperfície 96 é contígua à sexta e sétima subsuperfícies. A oitava subsuperfície 96 é mostrada orientada paralelamente (ângulo de 0°) ao eixo geométrico longitudinal 60, mas seu ângulo de orientação 97 pode variar de cerca de +5° a cerca de -5° para um projeto prático.

[0030] Em um projeto prático, a sexta subsuperfície 92 pode ter um ângulo de orientação 98 de cerca de 40° a cerca de 70° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60; um ângulo de orientação 98 de cerca de 50° é considerado vantajoso para certas aplicações. De modo similar, a sétima subsuperfície 94 pode ter um ângulo de orientação 100 de cerca de 1° a cerca de 25° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60, e um ângulo de orientação 100 de cerca de 10° é considerado vantajoso para certas aplicações.

[0031] As ranhuras 54, 88 podem ser formadas em elementos de tubo 22 e 24 por ranhuramento de rolo, conforme mostrado na Figura 5. Como mostrado a título de exemplo para a ranhura 54 no elemento de tubo 24, o elemento de tubo é trabalhado a frio enquanto é rotado entre um rolo interno 101 que contata a superfície interna 103 do elemento de tubo, e um rolo externo 105 que contata a superfície externa 107 do elemento de tubo. Tipicamente, o rolo interno 101 é acionado (rotado em torno de um eixo geométrico 109 paralelo ao eixo geométrico longitudinal 60 do elemento de tubo 24). O rolo interno acionado 101 rota o elemento de tubo, que, por sua vez, rota o rolo externo 105 em torno de um eixo geométrico 111 como resultado de atrito de contato entre os rolos e o elemento de tubo. O rolo externo 105, sendo uma polia, é geralmente forçado em direção ao rolo interno 101 com um carneiro hidráulico 113, deformando o elemento de tubo e formando a ranhura 54 com um formato ditado pelos formatos dos rolos interno e externo 101 e 105. As ranhuras 54 e 88 podem também ser formadas por operações de usinagem.

[0032] As Figuras 2 e 3 mostram uma combinação de elemento de tubo (22 e/ou 24) e acoplamento 20 conectando os elementos de tubo de extremidade à extremidade. A Figura 3 mostra em detalhe a geometria da seção transversal das projeções arqueadas ou das cunhas 50 e 52 que efetuam o engate mecânico com ranhuras circunferenciais 88 e 54 em cada elemento de tubo 22 e 24 inicialmente na montagem da junta, isto é, antes da aplicação de cargas finais induzidas por pressão interna, forças de tração axiais e cargas de flexão.

[0033] Nessa modalidade exemplificativa, a cunha 52 compreende uma pluralidade de superfícies de conjugação incluindo uma primeira superfície de conjugação 102 mostrada orientada perpendicularmente ao eixo geométrico longitudinal 60 e voltada para a primeira subsuperfície 74. Observa-se que inicialmente na montagem, normalmente haverá um interstício entre a primeira superfície de conjugação 102 e a primeira subsuperfície 74, porque a relação angular entre a subsuperfície 78 e a subsuperfície 80 tende a solicitar a localização da cunha 52 para longe da subsuperfície 74. Uma segunda superfície de conjugação 104 é orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal 60, é afastada da primeira superfície de conjugação 102, e contata a segunda subsuperfície 76 inicialmente na montagem. Uma terceira superfície de conjugação 106 é orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal 60 e é contígua com a primeira superfície de conjugação 102. A terceira superfície de conjugação 106 contata a terceira subsuperfície 78 inicialmente na montagem. Uma quarta superfície de conjugação 108 está entre a segunda e a terceira superfícies de conjugação 104 e 106, está voltada para a quarta subsuperfície 80 e afastada da mesma formando assim um interstício 115. O interstício 115 é assegurado pela quarta superfície de conjugação 108 que compreende um rebaixo na projeção arqueada (cunha) 52. De modo similar, a cunha 50 também compreende uma pluralidade de superfícies de conjugação incluindo uma quinta superfície de conjugação 110 mostrada orientada perpendicularmente ao eixo geométrico longitudinal 60 e voltada para a quinta subsuperfície 90. Um interstício está tipicamente presente entre a quinta superfície de conjugação 110 e a quinta subsuperfície 90 inicialmente na montagem porque a relação angular entre a subsuperfície 94 e a subsuperfície 96 tende a solicitar a localização da cunha 50 para longe da subsuperfície 90. Uma sexta superfície de conjugação 112 é orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal 60, é afastada da quinta superfície de conjugação 110, e contata a sexta subsuperfície 92 inicialmente na montagem. Uma sétima superfície de conjugação 114 é orientada em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal 60 e é contígua com a quinta superfície de conjugação 110. A sétima superfície de conjugação 114 contata a sétima subsuperfície 94 inicialmente na montagem. Uma oitava superfície de conjugação 116 está entre a sexta e a sétima superfícies de conjugação 112 e 114, está voltada para a oitava subsuperfície 96 e afastada da mesma formando assim um interstício 117. O interstício 117 é assegurado pela oitava superfície de conjugação 116 que compreende um rebaixo na projeção arqueada (cunha) 50.

[0034] Em um projeto prático, as superfícies de conjugação terão ângulos de orientação correlacionados às respectivas subsuperfícies que contatam. Dessa forma, a primeira superfície de conjugação 102 pode ter um ângulo de orientação 119 de cerca de 80° a cerca de 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60, com um ângulo de orientação de cerca de 89° sendo vantajoso. A segunda superfície de conjugação 104 pode ter um ângulo de orientação 118 de cerca de 40° a cerca de 70° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60. Um ângulo de orientação 118 de cerca de 50° é considerado vantajoso para certas aplicações. A terceira superfície de conjugação 106 pode ter um ângulo de orientação 120 de cerca de 1° a cerca de 25° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60. Um ângulo de orientação 120 de cerca de 10° é considerado vantajoso para certas aplicações. O ângulo de orientação 121 da quarta terceira superfície de conjugação 108 pode variar de cerca de +5° a cerca de -5° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60.

[0035] De modo similar, a quinta superfície de conjugação 110 pode ter um ângulo de orientação 123 de cerca de 80° a cerca de 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60, com um ângulo de orientação de cerca de 89° sendo vantajoso. A sexta superfície de conjugação 112 pode ter um ângulo de orientação 122 de cerca de 40° a cerca de 70° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60. Um ângulo de orientação 122 de cerca de 50° é considerado vantajoso para certas aplicações. A sétima superfície de conjugação 114 pode ter um ângulo de orientação 124 de cerca de 1° a cerca de 25° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60. Um ângulo de orientação 124 de cerca de 10° é considerado vantajoso para certas aplicações. O ângulo de orientação 125 da oitava terceira superfície de conjugação 116 pode variar de cerca de +5° a cerca de -5° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60.

[0036] A Figura 3A ilustra uma outra modalidade exemplificativa em que o acoplamento 20a une os elementos de tubo 22a e 24a. Nessa modalidade exemplificativa, a subsuperfície 92a no elemento de tubo 22a e a sua superfície de conjugação 112a na cunha 50a do acoplamento 20a estão orientadas a cerca de 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60. De modo similar, a subsuperfície 76a no elemento de tubo 24a e a sua superfície de conjugação 104a na cunha 52a do acoplamento 20a estão orientadas a cerca de 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal 60. Como evidenciado pela ausência de interstícios entre a superfície de conjugação 110 e a subsuperfície 90 e a superfície de conjugação 102 e a subsuperfície 74, a junta é mostrada sujeita a cargas finais induzidas por pressão interna e/ou forças de tração axiais, como explicado em detalhe abaixo.

[0037] Elementos de tubo exemplificativos 22 e 24 (ou 22a e 24a), quando usados em combinação com o acoplamento exemplificativo 20 (ou acoplamento 20a, respectivamente) proveem uma melhoria acentuada em relação aos sistemas de acoplamento mecânico de ranhura de rolo mecânico direto ou de ranhura usinada. O desempenho melhorado é devido a uma melhor distribuição da carga axial, que, ao contrário dos acoplamentos da técnica anterior, não é suportada inteiramente nas primeira e quinta subsuperfícies 74 e 90. Pelo contrário, uma porção da carga axial é suportada pelas subsuperfícies 74 e 90 como resultado do contato entre a terceira superfície de conjugação 106 e a terceira subsuperfície 78 e a sétima superfície de conjugação 114 e a sétima subsuperfície 94. Essas superfícies de conjugação no acoplamento e subsuperfícies nos elementos de tubo são orientadas em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal 60. Assim, quando, como mostrado na Figura 3B, a junta de tubo é submetida a cargas finais induzidas por pressão interna e/ou forças de tração axiais, os elementos de tubo 22 e 24 (ou 22a e 24a) movem-se axialmente para longe um do outro, as superfícies de conjugação mencionadas acima 106 e 114 sobem as subsuperfícies angulares 78 e 94 para entrarem em maior contato de calçamento e preensão com as superfícies de conjugação 106 e 114, respectivamente, até as superfícies de conjugação 102 e 110 contatarem firmemente as primeira e quinta subsuperfícies 74 e 90 do elemento de tubo 24 e 22 (ou 24a e 22a). As cargas finais induzidas por pressão interna e/ou forças de tração axiais são assim resistidas não só pelo contato entre as superfícies de conjugação 102 e 110 do acoplamento e subsuperfícies 74 e 90 dos elementos de tubo, mas também pelo contato de calçamento e preensão das superfícies de conjugação 106 e 114 com subsuperfícies angulares 78 e 94. As cunhas 50 e 52 (também 50a e 52a) são projetadas de modo a não encherem completamente as suas respectivas ranhuras 88 e 54. Em vez disso, à medida que a junta de tubo é carregada, os elementos de tubo 22 e 24 afastam-se um do outro até que as subsuperfícies 74 e 90 entrem em contato com as superfícies de conjugação 102 e 110, respectivamente. Isso abrirá um interstício entre as subsuperfícies 92 e 76 e as suas respectivas superfícies de conjugação 112 e 114. A relação espaçada da quarta superfície de conjugação 108 a partir da quarta subsuperfície 80 e a relação espaçada da oitava superfície de conjugação 116 a partir da oitava subsuperfície 96 proveem o espaço necessário para assegurar que o contato é conseguido entre a subsuperfície 78 e a superfície de conjugação 106, bem como entre a subsuperfície 94 e a superfície de conjugação 114.

[0038] O compartilhamento de carga que provê um desempenho melhorado é efetuado pelas geometrias das cunhas 50 e 52 e pelas respectivas ranhuras 88 e 54 que engatam, bem como o método de montagem e uso do acoplamento e dos elementos de tubo de acordo com a invenção. Em uma modalidade exemplificativa de um método de montagem, descrito para o elemento de tubo 24 e acoplamento 20 com referência à Figura 3, compreende o contato da terceira subsuperfície 78 da ranhura 54 com uma porção (terceira superfície de conjugação 106) da projeção arqueada (cunha) 52, e o contato da segunda subsuperfície 76 da ranhura 54 com outra porção (segunda superfície de conjugação 104) da projeção arqueada (cunha) 52. Quando a combinação inclui o segundo elemento de tubo 22, a montagem ocorre de modo similar; o contato da sétima subsuperfície 94 da ranhura 88 com uma porção (sétima superfície de conjugação 114) da projeção arqueada (cunha) 50, e o contato da sexta subsuperfície 92 da ranhura 88 com outra porção (sexta superfície de conjugação 112) da projeção arqueada (cunha) 52.

[0039] Um método exemplificativo de uso do acoplamento 20 com projeções arqueadas 50, 52 engatado com as ranhuras 88, 54 dos elementos de tubo 22 e 24 é ilustrado com referência às Figuras 3 e 3B e compreende montar os segmentos de acoplamento 26 e 28 em torno dos elementos de tubo 22 e 24, de modo que as cunhas 50 e 52 estejam localizadas dentro das ranhuras 88 e 54, respectivamente (Figura 3). Os fixadores 44 são então instalados e apertados para conectar os elementos de afixação 32 e 34 e assegurar que pelo menos as superfícies de conjugação 106 e 114 entrem em contato com as subsuperfícies 78 e 94, respectivamente. Como mostrado na Figura 3B, forças são aplicadas ao acoplamento (decorrentes da pressão do sistema, gravitacional ou outras cargas finais) que criam uma força de tração entre os elementos do tubo e o acoplamento, fazendo assim com que as respectivas porções das projeções arqueadas (primeira e quinta superfícies de conjugação 102, 110) engatem respectivamente as primeiras e quintas subsuperfícies 74 e 90 das ranhuras 54 e 88, e outras porções (terceira e sétima superfícies de conjugação 106 e 114) das projeções arqueadas 52 e 50 acoplem respectivamente a terceira e a sétima subsuperfícies 78 e 94.

[0040] Os elementos de tubo e seus engates associados de acordo com a invenção demonstraram uma melhoria acentuada no objetivo de realizar uma maior porção da força potencial do elemento de tubo quando comparado com os elementos de tubo e acoplamentos da técnica anterior.

Claims

1. Elemento de tubo (22, 24) com primeira e segunda extremidades opostamente dispostas, o elemento de tubo caracterizado pelo fato de que compreende: uma parede lateral (58) que circunda um eixo geométrico longitudinal (60) e define um furo (62), a parede lateral com uma superfície externa (64); uma primeira ranhura (54) posicionada na superfície externa, a primeira ranhura se estendendo circunferencialmente em torno do furo e posicionada próxima à primeira extremidade, a primeira ranhura sendo definida por uma primeira pluralidade de subsuperfícies da superfície externa incluindo: uma primeira subsuperfície (74) orientada em um ângulo (73) em relação ao eixo geométrico longitudinal e voltada contra a primeira extremidade; uma segunda subsuperfície (76) orientada em um ângulo (82) em relação ao eixo geométrico longitudinal, a segunda subsuperfície estando em relação espaçada distante de e voltada para a primeira subsuperfície; uma terceira subsuperfície (78) contígua com a primeira subsuperfície, a terceira subsuperfície orientada em um ângulo (84) em relação ao eixo geométrico longitudinal e inclinada em direção à segunda subsuperfície; e uma quarta subsuperfície (80) contígua com as terceira e segunda subsuperfícies, a quarta subsuperfície sendo orientada em um ângulo (79) em relação ao eixo geométrico longitudinal.

2. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira subsuperfície (74) tem um ângulo de orientação de 80° a 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

3. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira subsuperfície (74) tem um ângulo de orientação de 89° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

4. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a terceira subsuperfície (78) tem um ângulo de orientação de 1° a 25° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

5. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a terceira subsuperfície (78) tem um ângulo de orientação de 10° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

6. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda subsuperfície (76) tem um ângulo de orientação de 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

7. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda subsuperfície (76) tem um ângulo de orientação de 40° a 70° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

8. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda subsuperfície (76) tem um ângulo de orientação de 50° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

9. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quarta subsuperfície (80) tem um ângulo de orientação de +5° a -5° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

10. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 1, o elemento de tubo caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma segunda ranhura (88) posicionada na superfície externa (64), a segunda ranhura (88) se estendendo circunferencialmente em torno do furo (62) e posicionada próxima à segunda extremidade (86), a segunda ranhura (88) sendo definida por uma segunda pluralidade de subsuperfícies (90, 92, 94, 96) da superfície externa (64) incluindo: uma quinta subsuperfície (90) orientada em um ângulo (91) em relação ao eixo geométrico longitudinal (60) e voltada contra a segunda extremidade (86); uma sexta subsuperfície (92) orientada em um ângulo (98) em relação ao eixo geométrico longitudinal (60), a sexta subsuperfície (92) estando em relação espaçada distante de e voltada para a quinta subsuperfície (90); uma sétima subsuperfície (94) contígua com a quinta subsuperfície (90), a sétima subsuperfície (94) orientada em um ângulo (100) em relação ao eixo geométrico longitudinal (60) e inclinada em direção à sexta subsuperfície (92); e uma oitava subsuperfície (96) contígua com as sétima e sexta subsuperfícies (92, 94), a oitava subsuperfície (96) orientada em um ângulo (97) em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

11. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as primeira e quinta subsuperfícies (74, 90) têm um ângulo de orientação de 80° a 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

12. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as primeira e quinta subsuperfícies (74, 90) têm um ângulo de orientação de 89° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

13. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as terceira e sétima subsuperfícies (78, 94) têm um ângulo de orientação de 1° a 25° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

14. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as terceira e sétima subsuperfícies (78, 94) têm um ângulo de orientação de 10° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

15. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as segunda e sexta subsuperfícies (76, 92) têm um ângulo de orientação de 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

16. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as segunda e sexta subsuperfícies (76, 92) têm um ângulo de orientação de 40° a 70° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

17. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as segunda e sexta subsuperfícies (76, 92) têm um ângulo de orientação de 50° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

18. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as quarta e oitava subsuperfícies (80, 96) têm um ângulo de orientação de +5° a -5° em relação ao eixo geométrico longitudinal (60).

19. Método para montar um acoplamento (20) tendo uma projeção arqueada (50, 52) com um elemento de tubo (22, 24) como definido na reivindicação 1, o método caracterizado pelo fato de que compreende: contatar a terceira subsuperfície (78) da ranhura (54) com uma porção da projeção arqueada (50, 52); contatar a segunda subsuperfície (76) da ranhura (54) com uma outra porção da projeção arqueada (50, 52).

20. Método para usar um acoplamento (20) com uma projeção arqueada (50, 52) engatada com uma ranhura (54, 88) de um elemento de tubo (22, 24) como definido na reivindicação 1, o método caracterizado pelo fato de que compreende: aplicar uma força de tração entre o elemento de tubo (22, 24) e o acoplamento (20), fazendo assim com que uma porção da projeção arqueada (50, 52) engate a primeira subsuperfície (74) e uma outra porção da projeção arqueada (50, 52) engate a terceira subsuperfície (78).