BRPI0403804B1 - Floating seal for submarine hydraulic coupling - Google Patents

Description

"VEDAÇÃO FLUTUANTE PARA ACOPLAMENTO HIDRÁULICO SUBMARINO" FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção A presente invenção refere-se, em geral, a acoplamentos hidráulicos e, especificamente, a acoplamentos hidráulicos usados em aplicações de perfuração e produção submarinas. Mais particularmente, a presente invenção envolve vedações entre elementos de acoplamento macho e fêmea em acoplamentos hidráulicos submarinos. 2. Discussão da Técnica Anterior Acoplamentos hidráulicos submarinos são antigos na técnica. Os acoplamentos em geral consistem de um elemento macho e um elemento fêmea com vedações para vedar a junção entre os elementos macho e fêmea. 0 elemento fêmea em geral tem um corpo cilíndrico com um furo de diâmetro relativamente grande em uma extremidade e um furo de diâmetro relativamente pequeno na outra. 0 furo pequeno facilita as conexões em linhas hidráulicas, enquanto o furo grande contém as vedações e recebe a parte macho do acoplamento. 0 elemento macho inclui uma seção de sonda inserível no furo grande do elemento fêmea. De acordo com as várias modalidades do dispositivo, as vedações tanto contatam a extremidade, ou face, do elemento macho como engatam o elemento macho em torno de sua circunferência externa. 0 fluido hidráulico está então livre para fluir através das partes fêmea e macho do acoplamento e as vedações impedem aquele fluxo de escapar em torno das juntas do acoplamento.

Opcionalmente, uma válvula de detenção pode ser instalada no elemento fêmea e também no elemento macho. Cada válvula de detenção é aberta quando o acoplamento é feito; no entanto, cada válvula de detenção fecha quando o acoplamento é interrompido de modo a impedir o fluido de vazar para fora do sistema do qual o acoplamento é parte.

Acoplamentos hidráulicos submarinos podem ser conectados ou desconectados várias vezes durante seu uso. Por exemplo, dois ou mais elementos de acoplamento hidráulicos submarinos podem ser fixados em placas de tubulação ou outras estruturas que podem ser colocadas juntas usando um veículo de operação remota. Pode existir algum desalinhamen-to radial dos elementos de acoplamento macho e fêmea durante sua montagem ou conexão. Em alguns casos, os elementos de acoplamento macho podem ser fixados firmemente em uma placa de tubulação em uma localização submarina fixa, e os elementos de acoplamento fêmea então podem ser posicionados nos elementos de acoplamento macho. Devido ao desalinhamento entre os elementos de acoplamento macho e fêmea, as vedações que podem ser mantidas na câmara de recepção dos elementos de acoplamento fêmea podem não engatar completamente todas as superfícies de vedação dos elementos de acoplamento macho. 0 desalinhamento significativo dos elementos de acoplamento, e/ou engate incompleto de superfícies de vedação, podem causar ou contribuir para o vazamento de água do mar nos acoplamentos ou perda de fluido hidráulico dos acoplamentos. A Patente U.S. N° 4.709.726 intitulada "Hydraulic Coupler With Floating Metal Seal" refere-se a um anel reten- tor flutuante alojado dentro do corpo de acoplamento fêmea. 0 anel retentor flutuante é de metal ou metálico. É necessário um acoplamento hidráulico submarino com uma vedação flutuante que proteja as superfícies dos elementos de acoplamento de atrito ou outro dano devido ao desalínhamento dos elementos de acoplamento. É necessária tal vedação flutuante para um acoplamento hidráulico submarino que forneça uma vedação com o elemento fêmea e o elemento macho durante a operação quando existe possibilidade de movimento radial dentro do acoplamento. Uma vedação flutuante segura é necessária entre os elementos de acoplamento macho e fêmea para suportar altas temperaturas e altas pressões em ambiente submarino.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Uma vedação flutuante para um acoplamento hidráulico submarino permite desalínhamento radial dos elementos de acoplamento macho e fêmea e protege as superfícies de vedação de atrito mútuo ou outros danos durante a montagem ou desmontagem. A vedação flutuante pode ser presa na câmara de recepção de acoplamento fêmea usando um retentor ou porca de vedação preso no elemento de acoplamento fêmea. A vedação flutuante tem uma ou mais vedações se estendendo radialmente para dentro para engatar o elemento de acoplamento macho, e uma ou mais vedações que engatam a câmara de recepção.

BREVE DESCRICÃO DOS DESENHOS

Os desenhos seguintes formam parte da especificação presente e são incluídos para demonstrar adicionalmente certos aspectos da presente invenção. A invenção pode ser melhor entendida por referência a um ou mais destes desenhos em combinação com a descrição detalhada das modalidades específicas apresentadas aqui. A Figura 1 é uma vista em corte de uma vedação flutuante em um elemento de acoplamento fêmea de um acoplamento hidráulico submarino de acordo com uma primeira modalidade . A Figura 2 é uma vista em corte de uma vedação flutuante em um elemento de acoplamento fêmea de um acoplamento hidráulico submarino de acordo com uma segunda modalidade. A Figura 3 é uma vista em corte de uma vedação flutuante em um elemento de acoplamento fêmea de um acoplamento hidráulico submarino de acordo com uma terceira modalidade .

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

Como mostrado na Figura 1, em uma primeira modalidade, o elemento de acoplamento fêmea 10 tem uma câmara de recepção 11, que contém a vedação flutuante 20, em que um elemento de acoplamento macho (não mostrado) pode ser inserido e conectado para fornecer fluxo de fluido hidráulico para a câmara de recepção. A válvula de gatilho 12 no elemento de acoplamento fêmea pode estar em uma posição normal-mente fechada e vedada até que seja impelida a abrir por contato com uma válvula de gatilho correspondente no elemento de acoplamento macho. A câmara de recepção do elemento de acoplamento fêmea pode ter um diâmetro interno uniforme ou pode ter várias variações em seu diâmetro interno. Por exemplo, a câmara de recepção pode ter um primeiro ou menor diâ- metro 13, um segundo ou intermediário diâmetro 14, e um terceiro ou maior diâmetro 15. Entre cada um dos diâmetros está um ressalto. 0 ressalto 18 está entre os primeiro e segundo diâmetros. 0 terceiro diâmetro pode ser internamente roscado. A vedação flutuante 20 pode ser inserida na câmara de recepção 11 do elemento de acoplamento fêmea. A vedação flutuante pode ter um diâmetro externo uniforme ou um diâmetro externo escalonado, cada parte de vedação flutuante tendo um diâmetro externo menor que o diâmetro inteiro da câmara de recepção em uma dada posição axial. Por exemplo, a vedação flutuante pode ser aproximadamente 0,051 cm (0,02") menor em diâmetro que a câmara de recepção, medida em uma posição axial. Como mostrado na Figura 1, a vedação flutuante 20 pode ter um primeiro ou menor diâmetro externo 29, e um segundo ou maior diâmetro externo 21, A vedação flutuante pode incluir uma parte de revestimento de furo 28 que pode proteger o elemento de acoplamento fêmea de atrito mútuo ou outro dano de superfícies de metal desalinhadas, no entanto, a extensão de revestimento de furo não é necessária.

Projetando-se para dentro a partir do diâmetro interno da vedação flutuante estão as superfícies 22 e 23 que são dimensionadas para engatar e vedar com a superfície externa cilíndrica de um elemento de acoplamento macho (não mostrado). A vedação flutuante 20 pode ser um material elas-tomérico tal como PEEK, ou outros materiais que são suficientemente resilientes e compressíveis para formar uma vedação a prova de fluido com o elemento de acoplamento macho. De preferência, o diâmetro interno de superfícies 22 e 23 pode ser ligeiramente menor que o diâmetro externo do elemento de acoplamento macho. A vedação flutuante pode ser inserida na câmara de recepção e pode ser apertada ou mantida no lugar pela porca retentora 30. A porca retentora restringe o movimento axial da vedação flutuante 20 prendendo a vedação contra o ressalto 18. Opcionalmente, a vedação flutuante pode ser ligeiramente comprimida entre a porca retentora e o ressalto 18. A vedação flutuante também pode incluir estrias que se estendem axiais 24 e 25 adjacentes a uma primeira extremidade da mesma. O anel em O 40 ou vedação engatãvel axi-almente similar pode ser posicionado na ranhura 16 entre as estrias se estendendo axialmente 24 e 25. As estrias se estendendo axialmente 24 e 25 e o anel em O 40 inserem em um bolso criado na câmara de recepção 11 de modo que as estrias 24 e 25 assentam no fundo do bolso e formam vedações entre a vedação flutuante e a câmara de recepção. Pode existir alguma compressão axial das estrias se estendendo axialmente, a quantidade de compressão axial limitada pelo contato entre o ressalto de vedação flutuante e o ressalto 18 do elemento de acoplamento fêmea. As estrias se estendendo axialmente 26 e 27 podem se estender a partir da vedação flutuante adjacente a uma segunda extremidade das mesmas. 0 anel em 0 41 ou uma vedação engatãvel axialmente similar pode ser posicionado na ranhura entre as estrias se estendendo axialmente 26 e 27 para fornecer uma vedação que engata axialmente a base de um bolso na câmara de recepção. A porca retentora pode ser roscada no elemento de acoplamento fêmea para prender e restringir o movimento axial da vedação flutuante. No entanto, a vedação flutuante pode se desviar ou mover radialmente o suficiente para alinhar e vedar com o elemento de acoplamento macho mesmo se existe algum desalinhamento com o elemento de acoplamento fêmea. Adicionalmente, durante a operação do acoplamento, se existe movimento radial, as vedações criadas no ressalto 18, na base dos bolsos contra as estrias se estendendo axialmen-te, e com os anéis em O 40 e 41 serão mantidas para impedir o vazamento. Será notado que 140 mostra um espaço radial que permanece entre a vedação flutuante 20 e o acoplamento fêmea, mesmo depois que a vedação flutuante é engatada completamente. A vedação flutuante da presente invenção mantém suas vedações mesmo se a vedação flutuante 20 se move radial-mente no espaço 140. A Figura 2 mostra uma segunda modalidade da presente invenção (todas as partes são as mesmas que a Figura 1 a menos que especificamente indicado) em que a vedação flutuante 120 tem uma ranhura circunferencial 150 adjacente a uma primeira extremidade da mesma e o anel em O 155 posicionado na ranhura. 0 anel em O 155 pode engatar o elemento de acoplamento fêmea no ressalto 180. Adícíonalmente, a vedação flutuante 120 engata para formar vedações no ressalto 180 quando o retentor 130 é apertado para baixo. A ranhura circunferencial 160 pode estar na segunda extremidade da vedação flutuante, e o anel em 0 165 é posicionado na mesma para engatar e vedar com a porca retentora 130.

Como será visto a partir da Figura 2, o espaço radial 140 permanece entre a vedação flutuante e o acoplamento fêmea. As vedações descritas acima são mantidas mesmo quando a vedação flutuante se move radialmente para dentro do acoplamento fêmea. A Figura 3 mostra uma terceira modalidade da presente invenção que adiciona vedações adicionais àquelas mostradas na modalidade da Figura 1 (todas as partes são as mesmas que aquelas descritas com respeito à Figura 1, a menos que especificamente indicado de outro modo). Nesta modalidade, a vedação flutuante 220 tem anéis em O 290 e 291 posicionados era torno da circunferência externa da vedação flutuante para engatar a câmara de recepção 11. A porca re-tentora 230 prende a vedação flutuante de movimento axial. A vedação flutuante é restringida de movimento axial, e uma ou mais vedações engatam o elemento de acoplamento fêmea e retentor. Uma ou mais vedações também se estendem radialmente para dentro a partir da vedação flutuante para engatar o elemento de acoplamento macho. Estas vedações podem fornecer engate à prova de fluido mesmo se existe algum desalinhamento radial ou movimento do elemento de acoplamento macho com respeito ao elemento de acoplamento fêmea.

Embora variações na modalidade da presente invenção possam não realizar todas as vantagens da invenção, certos aspectos podem se tornar mais importantes que outros em várias aplicações do dispositivo. A invenção, conseqüente-mente, deve ser entendida para ser limitada somente pelo escopo das reivindicações anexas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (17)

1. Elemento de acoplamento hidráulico submarino fêmea, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma vedação flutuante (20) inserida em uma câmara de recepção (11) do elemento de acoplamento fêmea (10), a vedação flutuante tendo um diâmetro externo menor (29) que a câmara de recepção (11) e sendo móvel radialmente dentro da câmara de recepção (11), a vedação flutuante (20) tendo pelo menos uma vedação engatável axialmente (40, 41) posicionada adjacente a uma primeira extremidade da mesma e pelo menos uma vedação axialmente engatável (40, 41) posicionada adja- cente a uma segunda extremidade da mesma, e pelo menos uma superfície de vedação (22, 23) se estendendo radialmente para dentro da vedação flutuante (20).

2. Elemento de acoplamento hidráulico submarino fêmea, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as vedações axialmente engatáveis (40, 41) são anéis em O.

3. Elemento de acoplamento hidráulico submarino fêmea, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende estrias axiais (24, 25) se estendendo a partir da primeira extremidade do mesmo.

4. Elemento de acoplamento hidráulico submarino fêmea, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende estrias axiais (26, 27) se estendendo a partir da segunda extremidade do mesmo.

5. Elemento de acoplamento hidráulico submarino fêmea, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adiei- onalmente pelo fato de que compreende uma porca retentora roscada (30) no elemento de acoplamento fêmea (10), para impedir o movimento axial da vedação flutuante (20).

6. Elemento de acoplamento hidráulico submarino fêmea, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação flutuante (20) possui um diâmetro externo (29, 21) escalonado.

7. Vedação flutuante para um elemento de acoplamento hidráulico submarino fêmea, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um corpo elastomérico tendo um primeiro diâmetro externo menor (29) e um sequndo diâmetro externo maior (21), um diâmetro interno tendo pelo menos uma superfície de vedação (22, 23) se projetando para dentro do mesmo, um primeiro anel em O (40) posicionado em uma ranhura (16) adjacente a uma primeira extremidade da vedação flutuante (20), e um sequndo anel em O (41) posicionado em uma ranhura (16) adjacente a uma sequnda extremidade da vedação flutuante (20).

8. Vedação flutuante, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA adicionalmente pelo fato de que compreende um par de estrias (24, 25) se estendendo axialmente adjacentes à primeira extremidade da mesma.

9. Vedação flutuante, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA adicionalmente pelo fato de que compreende um par de estrias (26, 27) se estendendo axialmente adjacentes à sequnda extremidade da mesma.

10. Vedação flutuante, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA adicionalmente pelo fato de que compre- ende pelo menos um anel em 0 (40, 41) se estendendo em torno do diâmetro externo da mesma.

11. Vedação flutuante, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA adicionalmente pelo fato de que compreende uma porca retentora (130) dimensionada para contatar a segunda extremidade da vedação flutuante (20).

12. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um elemento de acoplamento fêmea (10) tendo um furo interno e uma câmara de recepção (11) com um ressalto intermediário (18, 180) à câmara de recepção; uma vedação flutuante (20) dimensionada para inserção na câmara de recepção (11) e posicionada contra o ressalto (18, 180), a vedação flutuante (20) radialmente móvel dentro da câmara de recepção (11); e uma porca retentora engatável (230) com o elemento de acoplamento fêmea (10), a porca retentora (230) configurada para prender e restringir o movimento axial da vedação flutuante (20) entre a porca retentora (230) e o ressalto (18, 180).

13. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação flutuante (20) tem uma primeira extremidade e um anel em O (40) posicionado em uma ranhura (16) adjacente à primeira extremidade do mesmo.

14. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação flutuante (20) tem uma segunda extremidade e um anel em 0 (41) posicionado em uma ranhura (16) adjacente à segunda extremidade do mesmo.

15. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende uma estria (26, 27) se estendendo axialmente a partir da vedação flutuante (20).

16. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação flutuante (20) está axialmente comprimida entre a porca retentora (230) e o ressalto (18, 180).

17. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação flutuante (20) tem pelo menos uma superfície de vedação (22, 23) se estendendo radialmente para dentro a partir do mesmo.