BRPI0617820A2 - vedação para uso com tubulação e montagens de flange - Google Patents

Abstract

<B>VEDAçãO PARA USO COM TUBULAçãO E MONTAGENS DE FLANGE<D>A presente invenção refere-se a uma vedação para uso com uma tubulação e montagem de flange. é pretendido que a vedação impeça vazamento durante movimento axial da tubulação com relação a um flange. A invenção compreende um elemento elastomérico cilíndrico central localizado entre dois aros de extremidade elastoméricos circulares.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VEDAÇÃOPARA USO COM TUBULAÇÃO E MONTAGENS DE FLANGE".

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a uma vedação para uso comuma tubulação e montagem de flange. A vedação é pretendida para impedirvazamento durante movimento axial da tubulação com relação a um flange.A invenção compreende um elemento elastomérico cilíndrico central locali-zado entre dois aros de extremidade elastoméricos centrais.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

As vedações são usadas em conjunção com a tubulação e asmontagens de flange, tais como aquelas descritas na Patente U.S. Nos5.056.830 e 5.209.522 para Reaux. As vedações da técnica anterior podemser submetidas à falha como explicado na Patente U.S. Ns 5.209.522 paraReaux na coluna 1, linhas 16-23. Adicionalmente, tais vedações são muitasvezes usadas na presença de gás de sulfeto de hidrogênio, comumente refe-rido como um "gás sulfídrico". As vedações da técnica anterior foram subme-tidas à deterioração em um ambiente de gás sulfídrico.

É também desejável em certas aplicações, usar tais arranjos devedação com tubulação de parede delgada. As vedações da técnica anteriorpodem causar a deformação da tubulação de parede delgada, devido à rigi-dez excessiva. A presente invenção também fornece uma vedação para usocom uma tubulação e montagem de flange que terá um tempo de vida aper-feiçoado em um ambiente de gás sulfídrico como comparado a vedações datécnica anterior, e será menos propensa a causar deformação da tubulaçãode parede delgada do que as vedações da técnica anterior.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista lateral em corte transversal da presenteinvenção.

A figura 2 é uma vista isométrica da presente invenção.

A figura 3 é uma vista explodida em corte transversal do elemen-to elastomérico central da presente invenção.

A figura 4 é uma vista explodida em corte transversal dos primei-ro e segundo aros de extremidade da presente invenção.

A figura 5 é uma vista lateral em corte transversal da presenteinvenção instalada em uma tubulação em conjunção com uma montagem deflange.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

A presente invenção é uma vedação para uso com uma tubula-ção e montagem de flange. Ela pode ser mecanicamente ajustada usandoum pistão, do tipo descrito na Patente U.S. Nos 5.056.830 e 5.209.522 paraReaux. A presente invenção é pretendida para uso com tubulações que têmdiâmetros de tamanhos variados. Por conseguinte, diversas dimensões dapresente invenção irão variar como uma função do diâmetro da tubulaçãocom a qual a invenção é usada. Várias modalidades preferidas da invenção,como descrito abaixo, são descritas nas figuras 1-5.

Em uma modalidade preferida, essa invenção compreende umelemento elastomérico cilíndrico central 10 que tem uma primeira borda du-pla afunilada 12 e uma segunda borda dupla afunilada 14 localizadas emoposição à primeira borda. Em uma modalidade preferida, a primeira e a se-gunda bordas compreendem uma superfície externa 11 e uma superfícieinterna 13 que se intersectam para definir e aguçar um ângulo 15 na faixa de60-85 graus. Essa faixa angular proporciona um acoplamento aperfeiçoadodo elemento cilíndrico central com outros componentes da presente inven-ção, como explicado abaixo. A primeira e a segunda bordas, compreendemadicionalmente uma superfície curvada 19 na região de interseção das su-perfícies externa e interna. Em uma modalidade preferida, o elemento elastomérico cilíndri-co central tem uma dureza na faixa de 50-60 Shore A. A dureza mínima éselecionada para impedir um nível indesejável de extrusão de vedação, quepoderia levar a uma falha de vedação. O limite de dureza superior é selecio-nado para permitir a vedação de conformar para a conformação da tubula-ção na qual ela será instalada em uso normal. Uma dureza excessiva devedação pode levar a uma avaria mecânica da tubulação. Em uma modali-dade preferida, o elemento elastomérico cilíndrico central tem uma resistên-cia à tração na faixa de 127,243-151,145 kgf/cm2 (1810-2150 libras por po-legada quadrada) (psi). Os limites da resistência à tração, superiores e infe-riores, são selecionados para serem compatíveis com os limites de dureza,discutido acima.

Em uma modalidade preferida, o elemento elastomérico centraldefine um diâmetro interno conhecido e tem uma largura 16 na faixa de 34-134% do seu diâmetro interno. O limite inferior da faixa de largura é selecio-nado para evitar supercompressão. O limite superior da faixa de largura éselecionado para permitir que a vedação alcance pré-compressão adequadaquando usada com uma tubulação e montagens de flange, tajs como aque-las descritas na Patente U.S. Nos 5.056.830 e 5.209.522 para Reaux.

Em uma outra modalidade preferida, o elemento elastoméricocentral tem uma espessura 18 na faixa de 6-21% do seu diâmetro interno.Acredita-se que essa faixa de espessura seja ótima para as ranhuras anula-res presentes em tubulações e flanges conhecidos do tipo da Patente U.S.Nos 5.056.830 e 5.209.522 para Reaux. Em uma modalidade preferida, a su-perfície curvada tem um raio de curvatura na faixa de 1,0-3,5% do diâmetrointerno do elemento elastomérico central. Esse raio de curvatura fornece umacoplamento adequado do elemento elastomérico central com outros ele-mentos da presente invenção.

Em uma modalidade preferida, o elemento elastomérico centralé feito de um polímero elastomérico. Esse material é resistente à deteriora-ção em um ambiente de gás sulfídrico. Em uma outra modalidade preferida,o elemento elastomérico centrai compreende um terpolímero de hexafluor-propileno, cloreto de vinilideno, e tetrafluoretileno. Em uma outra modalidadepreferida, o elemento elastomérico central é feito de fluorelastômero do tipovendido sob a marca registrada VITON B-600 por DuPont Performance Elas-tomers LLC de Wilmington, Delaware. VITON é resistente à deterioração emum ambiente de gás sulfídrico e tem propriedades mecânicas desejáveispara uso na presente invenção.

Uma modalidade preferida da presente invenção compreendeadicionalmente um primeiro aro de extremidade elastomérico 20 que contataa primeira borda. Esse aro de extremidade compreende uma face externa22, uma face superior 24, uma face inferior 26, e uma face receptora 28 quesão dimensionados e conformados para adequadamente receber a primeiraborda. Em uma modalidade preferida, o primeiro aro elastomérico tem adi-cionalmente uma dureza na faixa de 55-75 Shore D. Essa faixa de dureza éselecionada para assegurar uma resistência mínima adequada sem causaravaria mecânica à tubulação com a qual a presente invenção pode ser usa-da. Em uma modalidade preferida, o primeiro aro de extremidade elastomé-rico tem uma resistência à tração na faixa de 46,19-53,08 Mpa (6700-7700psi). Os limites de resistência à tração, superiores e inferiores são selecio-nados para serem compatíveis com os limites de dureza, discutidos acima.

Uma modalidade preferida da presente invenção compreendeum segundo aro de extremidade elastomérico 30 que contata a primeira bor-da. Esse aro de extremidade compreende uma face externa 32, uma facesuperior 34, uma face inferior 36 e uma face receptora 38 que são dimensio-nadas e conformadas para adequadamente receber a segunda borda. Emuma modalidade preferida o segundo aro elastomérico tem adicionalmenteuma dureza na faixa de 55-75 Shore D, e uma resistência à tração na faixade 6700-7700 psi. As propriedades mecânicas do segundo anel de extremi-dade elastomérico são selecionadas pelas mesmas razões como explicadoacima para o primeiro aro de extremidade elastomérico.

Cada face receptora 28 e 38 agarra a primeira ou a segundaborda afunilada, respectivamente. Em uma modalidade preferida essas fa-ces receptoras compreendem duas faces em oposição adjacentes à faceexterna 11 e à face interna 13, respectivamente, e definem um ângulo nafaixa de 60-85 graus. Esse limite angular inferior é selecionado para impediro aro de extremidade de se tornar muito longo e desse modo adversamenteafetar seu custo e peso. O limite angular superior é selecionado para impediruma perda inaceitável de flexibilidade que poderia permitir que a primeira oua segunda borda afunilada fluísse além das faces receptoras durante com-pressão da vedação. Essas faixas angulares são também selecionadas parafornecer um encaixe adequado com a primeira e a segunda bordas afunila-das.

Em uma modalidade preferida, as faces opostas se intersectampara definir uma região curvada. Em uma modalidade preferida, a regiãocurvada das faces receptoras tem um raio de curvatura na faixa de 0,9-2,0%do diâmetro interno do aro de extremidade em que as faces opostas estãolocalizadas. Essa faixa é selecionada para fornecer um encaixe adequadoótimo com o elemento elastomérico central.

Quando a presente invenção é usada com uma montagem deflange e pistão, do tipo descrito na Patente U.S. Nos 5.056.830 e 5.209.522para Reaux a compressão pelo pistão faz com que a pressão interna na ve-dação exceda a pressão da tubulação suficientemente para impedir o produ-to da tubulação de escapar além do conector. A compressão da vedação ésuficientemente baixa para impedir deformação da tubulação.

Em uma modalidade preferida, o primeiro e o segundo aros deextremidade elastoméricos têm um diâmetro interno conhecido e têm umalargura 29 e 39 na faixa de 6-25% de cada um dos seus diâmetros internosrespectivos. Essa faixa é selecionada para ser compatível com as monta-gens de flange e pistão do tipo descrito na Patente U.S. Nos 5.056.830 e5.209.522 para Reaux.Em uma outra modalidade preferida, cada um do primeiro e do

segundo aros de extremidade elastoméricos tem uma espessura na faixa de6-21% do diâmetro nominal da tubulação de uma tubulação à qual se pre-tende que eles sejam afixados. Acredita-se que essa faixa de espessura sejaótima para as fendas anulares presentes nas tubulações e flanges conheci-dos do tipo da Patente U.S. Nos 5.056.830 e 5.209.522 para Reaux.

Em uma modalidade preferida, o primeiro e o segundo aroscompreendem um poliéster. Esse material é resistente à deterioração em umambiente de gás sulfídrico. Em uma outra modalidade preferida, o primeiro eo segundo aros são feitos de um elastômero de poliéster do tipo vendido soba marca registrada HYTREL por DuPont de Wilmington, Delaware. Em umaoutra modalidade preferida, o primeiro e o segundo aros são feitos de umelastômero de poliuretano resistente à hidrólise termoplástica (TPU) do tipovendido sob a marca registrada XH-Ecopur por Ecoseal Tech Inc. de Hous-ton, Texas. HYTREL e XH-Ecopur são resistentes à deterioração em umambiente de gás sulfídrico e têm propriedades mecânicas desejáveis parauso na presente invenção.

Uma modalidade preferida da presente invenção instalada emuma tubulação com uma montagem de flange e pistão é mostrada na Figura5. As seções de flange 61 e 63 são acopladas juntas por uma cavilha ou pa-rafuso rosqueado 60 e porca 62. Um aro de gaxeta 56 fornece uma funçãode vedação fluida. Um pistão 44 é montado na tubulação acima do desliza-mento 46. Um pino de cisalhamento 54 é montado abaixo do deslizamento46. Um aro segmentado 48 é posicionado adjacente ao aro de suporte 50. Avedação da presente invenção está posicionada entre a tubulação e o alo-jamento do flange 40. Cada tampa 42 está posicionada abaixo do alojamen-to do flange. O cabeçote de parafuso 58 é anexado ao fundo da montagemda Figura 5. A Figura 5 é dividida abaixo do centro. O lado direito da Figura 5mostra a montagem na posição retraída. O lado esquerdo da Figura 5 mos-tra a montagem na posição energizada em que o pistão estava em curso.

A exposição e descrição antes mencionadas das invenções sãoilustrativas e explanatórias. Várias mudanças na dimensão, conformação emateriais, bem como nos detalhes da construção ilustrativa e/ou um métodoilustrativo podem ser feitos sem se afastar no espírito da invenção.

Claims (20)

1. Vedação para uso com uma tubulação e montagem de flangecompreendendo:a. um elemento elastomérico cilíndrico central tendo uma primei-ra borda dupla afunilada e uma segunda borda dupla afunilada localizadaoposta à dita primeira borda, cada uma das ditas bordas compreendendouma superfície externa e uma superfície interna intersectando-se para definirum ângulo agudo na faixa de 60-85 graus, e adicionalmente compreendendouma superfície curvada na região de interseção de cada superfície externa esuperfície interna, o dito elemento elastomérico tendo uma dureza na faixade 50-60 Shore A e uma resistência à tração na faixa de 12,48-14,82 Mpa(1810-2150 psi);b. um primeiro aro de extremidade elastomérico contatando aprimeira borda, compreendendo uma face externa, uma face superior, umaface inferior, e uma face receptora dimensionadas e conformadas para ade-quadamente receberem a primeira borda, o dito primeiro aro de extremidadeelastomérico tendo uma dureza na faixa de 55-75 Shore D, e uma resistên-cia à tração na faixa de 46,19-53,08 Mpa (6700-7700 psi); ec. um segundo aro de extremidade elastomérico contatando asegunda borda, compreendendo uma face externa, uma face superior, umaface inferior, e uma face receptora dimensionadas e conformadas para ade-quadamente receberem a segunda borda, o dito segundo aro de extremida-de elastomérico tendo uma dureza na faixa de 55-75 Shore D, e uma resis-tência à tração na faixa de 46,19-53,09 (6700-7700 psi).

2. Vedação de acordo com a reivindicação 1, em que o elementoelastomérico central define um diâmetro interno conhecido e tem uma largu-ra na faixa de 34-134% do seu diâmetro interno.

3. Vedação de acordo com a reivindicação 2, em que o primeiroe o segundo aros de extremidade elastoméricos têm um diâmetro internoconhecido e têm uma largura na faixa de 6-25% de cada dos seus diâmetrosrespectivos.

4. Vedação de acordo com a reivindicação 3, em que o elementoelastomérico central tem uma espessura na faixa de 6-21% do seu diâmetrointerno.

5. Vedação de acordo com a reivindicação 4, em que cada doprimeiro e do segundo aros de extremidade elastoméricos tem uma espes-sura na faixa de 6-21% do seus diâmetros internos respectivos.

6. Vedação de acordo com a reivindicação 5, em que a largurade cada aro de extremidade está na faixa de 6-21% da largura do elementoelastomérico central.

7. Vedação de acordo com a reivindicação 2, em que a superfí-cie curvada tem um raio de curvatura na faixa de 1-3,5% do diâmetro internodo elemento elastomérico central.

8. Vedação de acordo com a reivindicação 1, em que o elementoelastomérico central é feito de um polímero elastomérico.

9. Vedação de acordo com a reivindicação 8, em que o elementoelastomérico central compreende um terpolímero de hexafluorpropileno, clo-reto de vinilideno, e tetrafluoretileno.

10. Vedação de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiroe o segundo aros de extremidade elastoméricos compreendem poliéster.

11. Vedação para uso com uma tubulação e montagem de flan-ge compreendendo:a. um elemento elastomérico cilíndrico central tendo uma primei-ra borda dupla afunilada e uma segunda borda dupla afunilada localizadaoposta à dita primeira borda, cada uma das ditas bordas compreendendouma superfície externa e uma superfície interna intersectando-se para definirum ângulo agudo na faixa de 60-85 graus, e adicionalmente compreendendouma superfície curvada na região de interseção de cada superfície externa esuperfície interna, o dito elemento elastomérico tendo uma dureza na faixade 50-60 Shore A e uma resistência à tração na faixa de 12,48-14,82 Mpa(1810-2150 psi);b. um primeiro aro de extremidade elastomérico contatando aprimeira borda, compreendendo uma face externa, uma face superior, umaface inferior, e uma face receptora dimensionadas e conformadas para ade-quadamente receberem a primeira borda, o dito primeiro aro de extremidadeelastomérico compreendendo poliéster e tendo uma dureza na faixa de 55--75 Shore D, e uma resistência à tração na faixa de 46,19-53,08 Mpa (6700--7700 psi); ec. um segundo aro de extremidade elastomérico contatando asegunda borda, compreendendo uma face externa, uma face superior, umaface inferior, e uma face receptora dimensionadas e conformadas para ade-quadamente receberem a segunda borda, o dito segundo aro de extremida-de elastomérico compreendendo poliéster e tendo uma dureza na faixa de-55-75 Shore D, e uma resistência à tração na faixa de 46,19-53,08 Mpa(6700-7700 psi).

12. Vedação de acordo com a reivindicação 11, em que o ele-mento elastomérico central define um diâmetro interno conhecido e tem umaespessura na faixa de 6-21% do seu diâmetro interno.

13. Vedação de acordo com a reivindicação 12, em que o primei-ro e o segundo aros de extremidade elastoméricos têm um diâmetro internoconhecido e têm uma largura na faixa de 6-25% de cada dos seus diâmetrosinternos respectivos.

14. Vedação de acordo com a reivindicação 11, em que cadaface receptora compreende duas faces opostas que definem um ângulo nafaixa de 60-85 graus.

15. Vedação de acordo com a reivindicação 14, em que cada parde interseção de faces opostas intersecta para definir uma região curvadatendo um raio de curvatura na faixa de 0,9-2,0% do diâmetro interno do arode extremidade em que as faces opostas estão localizadas.

16. Vedação de acordo com a reivindicação 15, em que a super-fície curvada do elemento elastomérico central tem um raio de curvatura nafaixa de 1,0-3,5 graus.

17. Vedação para uso com uma tubulação e montagem de flan-ge, compreendendo:a. um elemento elastomérico cilíndrico central tendo uma primei-ra borda dupla afunilada e uma segunda borda dupla afunilada localizadaoposta à dita primeira borda, cada uma das ditas bordas compreendendouma superfície externa e uma superfície interna intersectando-se para definirum ângulo agudo na faixa de 60-85 graus, e adicionalmente compreendendouma superfície curvada na região de interseção de cada superfície externa esuperfície interna, o dito elemento elastomérico tendo uma dureza na faixade 50-60 Shore A e uma resistência à tração na faixa de 12,48-14,82 Mpa(1810-2150 psi), o dito elemento elastomérico central definindo um diâmetrointerno conhecido e tendo uma largura na faixa de 34-134% do seu diâmetrointerno;b. um primeiro aro de extremidade elastomérico contatando aprimeira borda, compreendendo uma face externa, uma face superior, umaface inferior, e uma face receptora dimensionadas e conformadas para ade-quadamente receberem a primeira borda, o dito primeiro aro de extremidadeelastomérico tendo uma dureza na faixa de 55-75 Shore D, e uma resistên-cia à tração na faixa de 46,19-53,08 Mpa (6700-7700 psi); ec. um segundo aro de extremidade elastomérico contatando asegunda borda, compreendendo uma face externa, uma face superior, umaface inferior, e uma face receptora dimensionadas e conformadas para ade-quadamente receberem a segunda borda, o dito segundo aro de extrémida-de elastomérico tendo uma dureza na faixa de 55-75 Shore D, e uma resis-tência à tração na faixa de 46,19-53,08 Mpa (6700-7700 psi).

18. Vedação de acordo com a reivindicação 17, em que o ele-mento elastomérico central é feito de um polímero elastomérico.

19. Vedação de acordo com a reivindicação 18, em que o ele-mento elastomérico central compreende um terpolímero de hexafluorpropile-no, cloreto de vinilideno e tetrafluoretileno.

20. Vedação de acordo com a reivindicação 17, em que o primei-ro e o segundo aros de extremidade elastoméricos compreendem poliéster.