BRMU9002442Y1 - Inserto modular para ancoragem de enrijecedores à flexão - Google Patents

Inserto modular para ancoragem de enrijecedores à flexão Download PDF

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Abstract

inserto modular para ancoragem de enrijecedores à flexão. composto por um anel externo (2), um anel interno (3), um anel intermediário (4), um flange central (5), múltiplos estojos (6) e um flange de apoio (7); e em sua variante construtiva, ser composto por um flange central (5), um anel interno (3), múltiplos estojos (6) e um flange de apoio (7).

Description

(54) Título: INSERTO MODULAR PARA ANCORAGEM DE ENRIJECEDORES À FLEXÃO (51) Int.CI.: E21B 17/01; E21B 17/10; F16L 57/00; F16L 57/02; F16L 57/06; F16L 1/12; F16L 35/00 (52) CPC: E21B 17/017,E21B 17/1085,F16L 57/005,F16L 57/02,F16L 57/06,F16L 1/123,F16L 35/00 (73) Titular(es): LUCIANO VALDOMIRO DOS SANTOS (72) Inventor(es): LUCIANO VALDOMIRO DOS SANTOS; EDISON GONÇALVES / 15 “INSERTO MODULAR PARA ANCORAGEM DE ENRIJECEDORES À FLEXÃO”
CAMPO DA INOVAÇÃO [001] A presente Patente de Modelo de Utilidade revela um inédito inserto modular utilizado para ancoragem de enrijecedores à flexão, os quais são empregados, por sua vez, em linhas flexíveis (marítimas).
[002] O inserto modular ora tratado é substancialmente mais eficiente, além de ser economicamente mais viável, do que os convencionais insertos pertencentes ao atual estado da técnica. Isto ocorre pelo fato de que o citado inserto modular ora revelado promove uma menor concentração de tensão no enrijecedor à flexão, além de ser isento de qualquer tipo de solda estrutural.
FUNDAMENTOS DA INOVAÇÃO [003] Como é do conhecimento dos especialistas no assunto, linhas flexíveis compreendem tubulações especiais utilizadas para o transporte de vários tipos de fluídos normalmente pressurizados. Estas tubulações são compostas por uma pluralidade de camadas metálicas e camadas poliméricas agrupadas concentricamente entre si. Esta construtividade permite que as linhas flexíveis apresentem grande rigidez axial e torsional, e baixa resistência à flexão.
[004] Comumente, estas linhas flexíveis são empregadas em sistemas marítimos de extração de petróleo (offshore). Notadamente, um sistema marítimo de extração de petróleo é composto por pelo menos uma plataforma e por pelo menos uma unidade submersa de
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 14/56 / 15 extração, sendo a ligação entre tais componentes realizada através de uma linha flexível.
[005] Obviamente, uma linha flexível utilizada em um sistema marítimo de extração de petróleo está sujeita à ação de ondas e correntes marítimas, portanto, tende a se movimentar em relação à plataforma e ao solo oceânico.
[006] Uma vez que linhas flexíveis apresentam baixa resistência à flexão, observa-se a problemática quanto à movimentação involuntária induzida por forças e mecanismos naturais (ondas e correntes marítimas), gerando grandes esforços em seu engaste com a plataforma, podendo culminar em seu rompimento.
[007] Para sanar este problema foram desenvolvidos os enrijecedores à flexão, os quais se tratam de componentes estruturais auxiliares que tem a finalidade de possibilitar a instalação do conjunto no local de utilização. O principal objetivo dos enrijecedores à flexão resume-se a evitar raios de curvatura muito reduzidos nas linhas flexíveis, capazes de danificar as mesmas. Ou seja, os enrijecedores à flexão são responsáveis pela transição suave da rigidez entre uma estrutura bastante maleável, linha flexível, e outra extremamente rígida que é a estrutura de uma plataforma de petróleo.
[008] A literatura especializada descreve, em linhas gerais, três tipos básicos de enrijecedores à flexão, os quais são classificados de acordo com o seu local de utilização. Portanto, são amplamente conhecidos, e consequentemente pertencentes ao atual estado da técnica, os enrijecedores
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 15/56 / 15 à flexão “tradicionais”, os enrijecedores à flexão “intermediários” e os enrijecedores à flexão “boca de sino”.
[009] Os enrijecedores à flexão “tradicionais” são normalmente utilizados para instalações em plataformas fixas ou submersíveis com suportes para linhas flexíveis convencionais. Possuem como característica principal o fato de serem montados sobre o conector de topo da linha flexível. Os enrijecedores à flexão “intermediários” são normalmente utilizados em conexões intermediárias dinâmicas (“conexões à meia água”). Sua finalidade é basicamente proteger a linha flexível durante o lançamento (instalação), pois normalmente, a conexão intermediária da linha flexível é posicionada em local de pouca flexão. Enrijecedores à flexão para boca de sino e “I tubes” são normalmente instalados em sistemas de conexão tipo “boca de sino” existentes em navios e semi-submersíveis com “I tubes”. Neste caso, não são instalados sobre o conector de topo da linha flexível, mas em uma estrutura que ficará presa à boca de sino, enquanto o conector é apoiado no nível do convés.
[0010] Os três tipos básicos de enrijecedores à flexão apresentam como característica comum entre si o fato de serem confeccionados em liga polimérica baseada em poliuretano termoplástico poliéter. Internamente, possuem um inserto metálico tradicional com a finalidade de ancorar a parte polimérica.
[0011] O pedido de Patente PI 0507305-5, originalmente depositado em 29/01/2004 nos Estados Unidos, descreve um “conjunto para enrijecer um membro flexível”. O objeto deste pedido de Patente trata-se, em linhas gerais, de um exemplo de um enrijecedor à flexão “boca de
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 16/56 / 15 sino” composto, dentre outros elementos, por um inserto metálico tradicional.
[0012] O documento patenteário WO 01/75262, originalmente depositado em 31/03/2000 no Reino Unido, descreve outro exemplo clássico e convencional de um enrijecedor à flexão. Neste enrijecedor também se faz presente um inserto metálico tradicional composto por pelo menos um corpo toroidal e múltiplas estruturas cilíndricas perpendicularmente dispostas em relação ao corpo toroidal.
[0013] O documento patenteário GB 2291686, originalmente depositado em 23/07/1994, no Reino Unido, descreve ainda outro exemplo de um enrijecedor à flexão. Observa-se ainda que o inserto metálico tradicional, o qual é descrito em detalhes, é composto por um anel toroidal fisicamente associado a elementos cônicos ou cilíndricos através de solda estrutural.
[0014] Um outro exemplo de estado da técnica seria do documento US4635970, originalmente depositado em 07/10/1983, no Estados Unidos, que descreve uma ancoragem de haste de impulso para sistemas de retenção de juntas de tubos, constituído por uma flange central, um anel interno, múltiplos estojos e um flange de apoio, onde dito flange central apresenta um formato toroidais e prevê múltiplos furos longitudinalmente passantes e radialmente dispostos em relação ao seu centro, dito anel interno apresenta um perímetro circular e possui ambas as faces (interna e externa) lisas, ditos estojos prevêm uma projeção anelar, dito flange de apoio e prevê roscas longitudinalmente passantes e radialmente dispostas em relação ao seu centro.
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 17/56 / 15 [0015] Nos três primeiros exemplos acima citados (PI 0507305-5, WO 01/75262 e GB 2291686), nota-se que o inserto metálico, o qual tem como funções fixar o enrijecedor à flexão à linha flexível (ou a outro dispositivo), é fundamentalmente composto por um corpo metálico escalonado e por um anel toroidal fisicamente associado a elementos cônicos ou cilíndricos, os quais se encontram perpendicularmente dispostos, de modo axial, em relação ao citado anel toroidal e ao flange do corpo metálico. Esta configuração acaba conformando uma espécie de “gaiola” que contorna o perímetro circular da linha flexível.
[0016] Desta forma, quando a parte polimérica do enrijecedor à flexão é submetida às flexões externas, o inserto mantém ancorada a base do enrijecedor à flexão, evitando a ocorrência de raios de curvatura muito reduzidos na linha flexível.
[0017] Ocorre, porém, que (seja nos exemplos anteriormente apresentados ou nos demais insertos de ancoragem pertencentes ao atual estado da técnica) a associação física existente entre o anel toroidal e os estojos (elementos cônicos ou cilíndricos) e também a construção do corpo metálico escalonado ocorre através do processo de soldagem (união permanente entre materiais baseada na integração molecular dos mesmos).
[0018] Sendo assim, é notável afirmar que a solda estrutural existente entre o anel toroidal e os estojos também recebe toda a carga de reação necessária para garantir a ancoragem da porção polimérica do enrijecedor. Esta carga de reação é alternada (em função dos movimentos da
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 18/56 / 15 linha flexível), portanto, capaz de gerar trincas e rupturas (por fadiga) na solda estrutural. Para se reduzir a possibilidade de ocorrência de trincas nesta região, muitas vezes, são utilizadas super ligas (Inconel 625, por exemplo) para confecção do anel toroidal e dos estojos. Estas superligas apresentam normalmente excelentes propriedades. No entanto, apresentam um custo altíssimo.
[0019] Já no caso do documento US4635970, notase que a estrutura da ancoragem de haste é primariamente projetada para ser fixada de maneira externa do cano, mais especificamente no anel interno que envolve o cano, sem nenhuma forma de vedação interna entre os flanges, portanto está vulnerável aos mesmos desgastes sofridos pelo cano, como oxidação causada pela água da chuva.
[0020] Observa ainda a ocorrência de eventuais rupturas na porção polimérica dos enrijecedores à flexão. Estas rupturas estão relacionadas à nucleação de trincas (no polímero) causadas por movimentos repetitivos (fadiga). Estas trincas se iniciam normalmente em locais com grande concentração de tensão (interface do anel toroidal com a porção polimérica do enrijecedor à flexão, por exemplo).
[0021] Esta característica é extremamente negativa, afinal, eventuais rupturas da solda estrutural do inserto, ou do polímero do enrijecedor à flexão, podem acarretar na inutilização de um enrijecedor à flexão. Evidentemente, a inutilização de um enrijecedor à flexão compromete a integridade de sua respectiva linha flexível, a qual pode se romper quando submetida a movimentos cotidianos.
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 19/56 / 15 [0022] Notadamente, um eventual rompimento de uma linha flexível “em operação”, além de culminar em um possível desastre ecológico, gera diversos problemas de ordem técnica (manutenção corretiva em geral) e de ordem econômica (perda de produção, gastos com reparo, e outros).
[0023] Atualmente, para que eventuais rompimentos de linhas flexíveis não ocorram, é comum submeter os enrijecedores à flexão a verificações rotineiras e/ou manutenções preventivas, demandando investimento e mão-de-obra qualificada.
[0024] É com base nestes cenários que surge a presente Patente de Modelo de Utilidade.
BREVE DESCRIÇÃO DA INOVAÇÃO [0025] Visando mitigar os aspectos negativos anteriormente explanados, além de apresentar uma solução confiável, foi desenvolvida a presente Patente de Modelo de Utilidade, a qual revela um inédito inserto modular para ancoragem de enrijecedores à flexão (para linhas flexíveis).
[0026] O inserto modular para ancoragem de enrijecedores à flexão, objeto da presente Patente de Modelo de Utilidade, apresenta uma disposição construtiva inédita, e este ineditismo reside no fato de que o inserto modular ora apresentado é completamente isento de solda estrutural entre seus elementos modulares de composição.
[0027] Além disso, o inserto modular para ancoragem apresenta maior confiabilidade devido à eliminação das
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 20/56 / 15 descontinuidades presentes em juntas soldadas inerentes ao processo, melhor garantia da rugosidade das áreas críticas, menor custo devido à eliminação de diversos ensaios não destrutivos para a verificação de juntas soldadas e de diversas operações (soldagem, alívio de tensão) e, consequentemente, menor lead time de entrega devido ao número reduzido de operações.
[0028] Para tanto, a construtividade do inserto modular aqui abordado prevê o encaixe entre corpos modulares, resultando em uma estrutura (inserto propriamente dito) unificada, composta por várias porções individuais travadas entre si. Cabe novamente enfatizar que as porções ou peças individuais que compõem o inserto são travadas umas as outras através do rosqueamento dos estojos no flange de apoio (opcionalmente, o travamento pode ser executado através da aplicação de uma solda não estrutural entre os estojos e o flange de apoio, uma vez que a maneira como o enrijecedor à flexão é instalado garante o travamento dos módulos do inserto).
[0029] Resumidamente, pode-se afirmar que o inserto modular ora revelado possui duas grandes vantagens frente aos insertos pertencentes ao atual estado da técnica.
[0030] A primeira vantagem diz respeito ao aspecto funcional. Neste contexto, pode-se afirmar que o inserto modular ora revelado pode ser projetado, sob condições ideais, para ter vida infinita no critério de resistência à fadiga, o que seria impossível obter em caso de insertos que utilizam solda estrutural para a associação física de seus componentes. Ainda neste contexto, observa-se que o inserto modular ora apresentado concentra
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 21/56 / 15 cerca de 25% a menos de tensão de reação na região de interface entre o enrijecedor à flexão e seu anel toroidal.
[0031] Ainda sob o ponto de vista funcional, pode-se afirmar que os estojos que compõem o inserto modular ora tratado são submetidos a uma amplitude de tensão alternada cerca de duas vezes menor do que a amplitude imposta aos estojos convencionais que compõem um inserto convencional. Esta característica aumenta, de forma substancial, o coeficiente de segurança do inserto modular, além de possibilitar que o mesmo seja confeccionado em diferentes materiais e/ou menores dimensões.
[0032] A segunda vantagem está relacionada ao aspecto econômico. Neste contexto, resta evidente observar que o inserto modular de ancoragem ora exposto apresenta uma viabilidade econômica muito superior quando comparado aos insertos de ancoragem que integram o atual estado da técnica. Este fato se dá basicamente por dois motivos: a inexistência de processos de soldagem (e todos os sub-processos vinculados a este) e, conseqüentemente, a possibilidade de se confeccionar qualquer parte do inserto de ancoragem em materiais com baixa ou nenhuma soldabilidade.
[0033] Resta ainda evidenciar que o inserto modular para ancoragem de enrijecedores à flexão prevê um modelo preferencial e uma variante construtiva.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0034] A presente Patente de Modelo de Utilidade será pormenorizadamente descrita com base nas figuras abaixo relacionadas, as quais:
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 22/56 / 15
A figura 1 ilustra o modelo preferencial do inserto modular, visto em perspectiva isométrica;
A figura 2 ilustra o modelo preferencial do inserto modular, visto em perspectiva explodida;
A figura 3 ilustra o modelo preferencial do inserto modular, visto planificadamente;
A figura 4 ilustra um corte do modelo preferencial do inserto modular;
A figura 5 ilustra a variante construtiva do inserto modular, vista em perspectiva isométrica;
A figura 6 ilustra a variante construtiva do inserto modular, vista em perspectiva explodida;
A figura 7 ilustra a variante construtiva do inserto modular, vista planificadamente;
A figura 8 ilustra um corte da variante construtiva do inserto modular; e
A figura 9 ilustra o corte de um enrijecedor a flexão com o modelo preferencial do inserto modular, vista planificamente.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INOVAÇÃO
Modelo Preferencial [0035] Com base nas figuras 1,2, 3 e 4, nota-se que o modelo preferencial do inserto modular, a qual é indicado pela referência (8), é fundamentalmente composta por: um flange central (5), um anel interno (3), múltiplos estojos (6) e um flange de apoio (7). Todos estes componentes são
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 23/56 / 15 modulares e fixados entre si através de encaixe e trava mecânica, sem que seja necessária utilização de solda estrutural. O inserto modular (8), a seguir detalhado, é destinado à enrijecedores à flexão “intermediários, mas também pode ser utilizado em outros tipos, dependendo da geometria do conector da linha flexível.
[0036] O flange central (5) apresenta um formato toroidal. O flange central (5) prevê ainda múltiplos furos (5.1) longitudinalmente passantes e radialmente dispostos em relação ao seu centro. A parede interna do flange (5) prevê também uma nervura contornante (5.2).
[0037] O anel interno (3) apresenta um perímetro circular e possui ambas as faces (interna e externa) lisas.
[0038] Cada um dos estojos (6) trata-se de um corpo cilíndrico, preferencialmente maciço. Em uma de suas extremidades nota-se também a existência de uma projeção anelar (6.1). Preferencialmente, cada estojo (6) compreende um parafuso, e nesta configuração, é prevista ainda a existência de rosca (não ilustradas) em um ou mais trechos do citado corpo cilíndrico (preferencialmente, na extremidade oposta à extremidade da projeção anelar (6.1), que, neste caso, atua como a “cabeça do parafuso”).
[0039] Preferencialmente, o anel externo (2), o interno (3), o anel intermediário (4), o flange central (5), os estojos (6) e o flange de apoio (7) são confeccionados em liga metálica. No entanto, podem ser confeccionados também em ligas não metálicas. Tudo depende do critério de dimensionamento utilizado.
[0040] O flange de apoio (7) trata-se de um flange
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 24/56 / 15 convencional, e prevê roscas (7.1) longitudinalmente passantes e radialmente dispostas em relação ao seu centro.
[0041] Cabe ainda salientar que número de estojos (6) é similar ao número de furos (5.1) do flange central (5) e rosca (7.1) do flange de apoio (7).
[0042] Em uma montagem coerente do inserto modular (8), nota-se que o anel interno (3) é depositado sobre o flange de apoio (7). Em seguida, o flange central (5) é depositado sobre o anel interno (3) com a utilização do canal contornante (5.2). Por último, os estojos (6) são depositados dentro dos furos (5.1) de forma que a projeção anelar (6.1) fique apoiada dentro do furo (5.1) após o rosqueamento da rosca dos estojos (6) nas roscas (7.1) do flange de apoio (7). Este rosqueamento, com torque controlado, promove o travamento de todas as peças formando assim o inserto modular (8) (opcionalmente, o travamento pode ser executado através da aplicação de uma solda não estrutural entre os estojos (6) e o flange de apoio (7), uma vez que a maneira como o enrijecedor à flexão é instalado garante o travamento dos módulos do inserto).
Variante Construtiva [0043] Com base nas figuras 5, 6, 7 e 8, nota-se que a variante construtiva do inserto modular, o qual é indicado pela referência (1), compreende uma adição do modelo preferencial do inserto modular (8), haja vista que apresenta um anel externo (2), é fundamentalmente composto por: além de um anel externo (2), um anel interno (3), um anel intermediário (4), um flange central (5), múltiplos estojos (6) e um flange de apoio (7). Novamente,
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 25/56 / 15 todos estes componentes são modulares e fixados entre si através de encaixe e trava mecânica, sem que seja necessária utilização de solda estrutural. O inserto modular (1), a seguir detalhado, pode ser utilizado em qualquer tipo de enrijecedor à flexão.
[0044] O anel externo (2), o qual possui um perímetro circular, prevê, em uma das extremidades de sua face externa, uma nervura contornante (2.1). A face interna do anel externo (2) depende da geometria do conector da linha flexível.
[0045] O anel interno (3), o qual também apresenta um perímetro circular, possui ambas as faces (interna e externa) lisas.
[0046] O anel intermediário (4), também de perímetro circular, prevê um canal contornante (4.1) em sua face superior, e um canal contornante (4.2) em sua face inferior.
[0047] O flange central (5) apresenta um formato toroidal e não apresenta uma configuração bipartida. O flange central (5) prevê ainda múltiplos furos (5.1) longitudinalmente passantes e radialmente dispostos em relação ao seu centro. A parede interna do flange (5) prevê também um canal contornante (5.2).
[0048] Cada um dos estojos (6) trata-se de um corpo cilíndrico, preferencialmente maciço. Em uma de suas extremidades nota-se também a existência de uma projeção anelar (6.1). Preferencialmente, cada estojo (6) compreende um parafuso, e nesta configuração, é prevista ainda a existência de rosca (não ilustradas) em um ou mais trechos do citado corpo cilíndrico (preferencialmente, na extremidade oposta à extremidade da projeção
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 26/56 / 15 anelar (6.1), que, neste caso, atua como a “cabeça do parafuso”).
[0049] Preferencialmente, o anel externo (2), o interno (3), o anel intermediário (4), o flange central (5), os estojos (6) e o flange de apoio (7) são confeccionados em liga metálica. No entanto, podem ser confeccionados também em ligas não metálicas. Tudo depende do critério de dimensionamento utilizado.
[0050] O flange de apoio (7) trata-se de um flange convencional, e prevê roscas internas (7.1) longitudinalmente passantes e radialmente dispostas em relação ao seu centro.
[0051] Cabe ainda salientar que número de estojos (6) é similar ao número de furos (5.1) do flange central (5) e roscas (7.1) do flange de apoio (7).
[0052] Em uma montagem coerente do inserto modular (1), nota-se que o anel interno (3) é depositado sobre o flange de apoio (7). Em seguida, o anel intermediário (4) é depositando sobre o anel interno (3) com a utilização do anel contornante (4.2). Em seguida, o anel externo (2) é depositado sobre o anel intermediário (4) com a utilização da nervura contornante (2.1) e do canal contornante (4.1). Em seguida, o flange central (5) é depositado sobre o anel externo (2) e o anel intermediário (4) com a utilização da nervura contornante (2.1) e do canal contornante (5.2). Por último, os estojos (6) são depositados dentro dos furos (5.1) de forma que a projeção anelar (6.1) fique apoiada dentro do furo (5.1) após o rosqueamento da rosca dos estojos (6) nas roscas (7.1) do flange de apoio (7). Este rosqueamento, com torque controlado, promove o travamento de todas as
Petição 870180006197, de 24/01/2018, pág. 27/56 / 15 peças formando assim o inserto modular (1) (opcionalmente, o travamento pode ser executado através da aplicação de uma solda não estrutural entre os estojos (6) e o flange de apoio (7), uma vez que a maneira como o enrijecedor à flexão é instalado garante o travamento dos módulos do inserto).
[0053] É importante destacar que, após a fabricação do enrijecedor, não é possível substituir nenhuma peça do inserto modular (8) nem de sua variante construtiva (1).
Processo de Produção dos Insertos Modulares [0054] O processo de produção dos insertos modulares anteriormente explanados (seja o inserto modular (1) ou o inserto modular (8)) é basicamente composto por cinco etapas básicas, quais sejam: usinagem completa dos componentes modulares; inspeção pós-usinagem dos componentes modulares, montagem dos componentes modulares; rebarbação do inserto já montado; inspeção final.
[0055] Este processo é substancialmente mais simples do que os atuais processos de produção de um inserto convencional (e não modular) pertencente ao atual estado da técnica, afinal, estes processos atuais são compostos por, no mínimo, doze etapas produtivas, dentre as quais são previstas as etapas de soldagem e ensaios não destrutivos extremamente
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Claims (3)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. “INSERTO MODULAR PARA ANCORAGEM DE ENRIJECEDORES À
    FLEXÃO”, constituído por um flange central (5), um anel interno (3), múltiplos estojos (6) e um flange de apoio (7), onde dito flange central (5) apresenta um formato toroidas e prevê múltiplos furos (5.1) longitudinalmente passantes e radialmente dispostos em relação ao seu centro, dito anel (3) apresenta um perímetro circular e possui ambas as faces (interna e externa) lisas, ditos estojos (6) prevêm uma projeção anelar (6.1), dito flange de apoio (7) prevê roscas (7.1) longitudinalmente passantes e radialmente dispostas em relação ao seu centro, caracterizado por a parede interna do flange central (5) prevê uma nervura contornante (5.2).
  2. 2. “INSERTO MODULAR PARA ANCORAGEM DE ENRIJECEDORES À FLEXÃO”, caracterizado por alternativamente o dito canal contornante (5.2) do flange central (5) prevê o anel externo (2) que apresenta em uma das extremidades de sua face externa, uma nervura contornante (2.1) e o anel intermediário (4), prevê um canal contornante (4.1) em sua face superior, e um canal contornante (4.2) em sua face interior.
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