BRPI0901008B1

BRPI0901008B1 - Vedação de sonda tendo elementos de vedação energizados por pressão para elemento de acoplamento hidráulico fêmea.

Info

Publication number: BRPI0901008B1
Application number: BRPI0901008-4A
Authority: BR
Inventors: Robert E. Smith
Original assignee: National Coupling Company, Inc.
Priority date: 2008-05-01
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2020-05-12
Also published as: NO342466B1; US8075025B2; DE112009000998B4; US20090273181A1; GB2461650A; WO2009135003A1; DE112009000998T5; BRPI0901008A2; US7954859B2; GB0914968D0; NO20092856L; GB2461650B; US20090273144A1

Abstract

vedação de sonda tendo elementos de vedação energizados por pressão para elemento de acoplamento hidráulico fêmea uma vedação de sonda do tipo coroa para um elemento de acoplamento hidráulico fêmea tem uma ou mais vedações energizadas por pressão para vedar entre a vedação de sonda e o corpo do elemento de acoplamento que retém a vedação de sonda. a vedação de sonda em formato de anel tem uma ou maiôs câmaras de fluido anulares na parede do corpo de vedação. cada câmara de fluido anular é aberta para a circunferência externa da vedação de sonda. o fluido hidráulico sob pressão pode entrar em uma câmara de fluido anular através de sua abertura e exercer uma força em geral radial como um resultado de um diferencial de pressão. esta força radial pode atuar para aumentar a eficiência de vedação da vedação de sonda com o corpo do elemento de acoplamento retendo a vedação de sonda e na sonda de um elemento de acoplamento macho inserido na câmara de recepção do elemento fêmea .

Description

“VEDAÇÃO DE SONDA TENDO ELEMENTOS DE VEDAÇÃO ENERGIZADOS POR PRESSÃO PARA ELEMENTO DE ACOPLAMENTO HIDRÁULICO FÊMEA”

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS

Nenhuma.

DECLARAÇÃO REFERENTE À PESQUISA DE DESENVOLVIMENTO PATROCINADA PELO GOVERNO FEDERAL

Não aplicável

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. Campo da Invenção

Esta invenção se refere a elementos de acoplamento hidráulico. Mais particularmente, se refere a elementos de acoplamento fêmea de alta pressão para uso submarino em aplicações de exploração e produção de óleo e gás.

2. Descrição da Técnica Relacionada incluindo informação descrita sob 37 CFR 1,97 e T98

Uma ampla variedade de elementos de acoplamento hidráulico é conhecida na técnica. Tipicamente, um acoplamento é compreendido de dois elementos: um elemento macho tendo uma sonda em geral cilíndrica e um elemento fêmea tendo uma câmara de recepção equipada com uma ou mais vedações para fornecer uma vedação radial à prova de fluido com a superfície externa do elemento de sonda do elemento macho.

Para aplicações de alta temperatura e alta pressão, uma vedação de sonda tendo um encaixe de travamento de rabo de andorinha com um retentor de vedação ou cartucho de vedação em um elemento de acoplamento fêmea provou ser uma configuração particularmente eficaz.

A Patente U.S. Nos. 5.099.882 e 5.203.374 descrevem um acoplamento hidráulico equilibrado por pressão com uma variedade de vedações tendo um encaixe de travamento em rabo de andorinha que impede o movimento radial da vedação dentro do furo. Este acoplamento equilibrado por pressão tem passagens radiais se comunicando entre os elementos macho e fêmea tal que a pressão de fluido substancial não é exercida contra a face de cada elemento durante o acoplamento ou desacoplamento ou durante o estado acoplado. As passagens radiais nos elementos macho e fêmea combinam em suas superfícies longitudinais de modo que a pressão de fluido entre os elementos macho e fêmea está em uma direção substancialmente radial e não é exercida na face de cada elemento. Um primeiro par de vedações é posicionado em cada lado da passagem radial para vedação entre a câmara de recepção e o retentor de vedação, Um segundo par de vedações é posicionado em cada lado da passagem radial para vedar entre o retentor de vedação e o elemento macho.

A Patente U.S. No. 5.390.702 descreve um acoplamento hidráulico submarino tendo um elemento macho com um corpo externo escalonado que é inserido em um elemento fêmea tendo um furo com superfície cilíndrica interna escalonada. O degrau no elemento macho define primeira e segunda superfícies cilíndricas externas que são deslizantemente recebidas no furo de elemento fêmea e em um elemento de luva antes das vedações, que são retidas pelo elemento de luva, engatarem no elemento macho. Assim, o elemento macho é mais precisamente posicionado e guiado dentro das vedações, assegurando maior segurança de vedação e vida de vedação mais longa. As superfícies escalonadas também ajudam a impedir a implosão das vedações devido à pressão do mar quando a extremidade do elemento macho sai das vedações.

A Patente U.S. No.6.123.103 descreve outro acoplamento hidráulico equilibrado por pressão para uso em operações de perfuração e produção submarinas que é equipado com vedações do tipo rabo de andorinha. O elemento fêmea tem um corpo dividido com uma primeira parte e uma segunda parte, cada uma tendo uma passagem longitudinal e uma passagem de fluido radial, Uma vedação radial é posicionada na junção entre as primeira e segunda partes do corpo do elemento fêmea para facilitar a remoção e substituição da vedação radial quando o corpo dividido é desmontado. O elemento macho pode ser inserido através das primeira e segunda partes do elemento de acoplamento fêmea, desse modo estabelecendo comunicação fluida entre os elementos de acoplamento em uma direção transversa aos diâmetros internos do elemento de acoplamento.

A Patente U.S. No. 6.206.040 descreve outro acoplamento hidráulico submarino com vedações tendo um perfil de rabo de andorinha. Este acoplamento hidráulico submarino tem um furo escalonado dimensionado para aumentar a taxa de fluxo através do acoplamento. O acoplamento permite uma taxa de fluxo aumentada sem aumentar o tamanho ou peso do acoplamento, posicionando a válvula de gatilho na seção de corpo, em vez de na seção de sonda, do elemento de acoplamento macho.

A Patente U.S. No. 6.575.430 descreve um elemento de acoplamento hidráulico submarino tendo uma vedação em formato de anel com múltiplas superfícies de vedação que se estendem para dentro a partir da superfície interna em uma direção radial. As múltiplas superfícies de vedação ajudam a guiar a sonda do elemento de acoplamento macho dentro do elemento fêmea, sem o risco de arrasto ou esfoladura da câmara de recepção ou da vedação de metal retida no mesmo. A vedação tem ressaltos inclinados inversos que fornecem um encaixe de travamento no elemento fêmea para restringir o movimento radialmente para dentro devido ao vácuo ou baixa pressão na câmara de recepção.

A Patente U.S. No. 4.190.259 descreve uma montagem de vedação de pressão de fluido de dois elementos e de ápice único que tem uma superfície convergentemente afunilada definindo um vértice ou ápice central que se projeta radialmente a partir do corpo de vedação. O vértice cria uma área de vedação dinâmica de contato estreito entre o ápice e a superfície de uma parte usinada adjacente. As vedações deste tipo estão disponíveis em

Machotech Polyseal, Inc. (Salt Lake City, Utah 84126) sob o nome comercial CROWN SEAL®.

A Patente U.S. No. 6.179.002 descreve um acoplamento hidráulico submarino com uma vedação em rabo de andorinha energizada por pressão. A vedação tem um par de superfícies de vedação flexíveis para vedar com os elementos de acoplamento macho e fêmea, e uma cavidade entre os mesmos, que é exposta à pressão de fluido no acoplamento. A circunferência externa da vedação tem um encaixe em rabo de andorinha entre ressaltos inclinados no furo do elemento fêmea e em um retentor de vedação que retém a vedação no furo.

As Patentes U.S. No. 5.052.439 e 4.900.071 descrevem outro acoplamento hidráulico submarino que inclui um elemento macho e um elemento fêmea, e um retentor de duas peças para restringir o movimento radial de uma vedação anular cuneiforme dentro do furo central do elemento fêmea. O retentor de duas peças inclui um elemento de luva de retentor cilíndrico deslizantemente recebido dentro do furo do elemento fêmea, e um elemento de travamento-retentor rosqueado em roscas correspondentes na parede do furo central. O elemento retentor-de travamento prende o elemento de luva de retentor no lugar dentro do furo do elemento fêmea. A vedação anular é restringida de movimento radial por um encaixe de travamento em rabo de andorinha com um ressalto correspondente em pelo menos um da luva de retentor e dos elementos de retentor-de travamento.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Uma vedação de sonda para um elemento de acoplamento hidráulico fêmea tem uma ou mais vedações circunferências energizadas por pressão para vedar entre a vedação de sonda e o corpo do elemento de acoplamento. Uma cavidade anular na parede da vedação de sonda é aberta para a superfície externa da vedação de sonda em geral em formato de anel. Fluido hidráulico, sob pressão, entra na cavidade anular através da abertura e exerce uma força radial nos elementos de vedação. Em certas modalidades preferidas, a cavidade anular é em geral em formato de L em seção transversal; em outras modalidades preferidas, a cavidade anular é em geral em seção transversal em formato de T. Em algumas modalidades, um diferencial de pressão é também usado para conferir uma força radial direcionada para dentro na vedação de coroa.

BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DO DESENHO(S)

A Figura 1 é uma vista em seção transversal de acoplamento hidráulico fêmea equipado com uma vedação de sonda da técnica anterior.

A Figura 2A é uma vista em seção transversal de uma vedação de sonda energizada por pressão de acordo com uma primeira modalidade.

A Figura 2B é uma vista em seção transversal de uma vedação de sonda energizada por pressão de acordo com uma segunda modalidade.

A Figura 2C é uma vista em seção transversal de uma vedação de sonda energizada por pressão de acordo com uma terceira modalidade.

A Figura 2D é uma vista em seção transversal de uma vedação de sonda energizada por pressão de acordo com uma quarta modalidade.

A Figura 3 é uma vista em seção transversal de acoplamento hidráulico fêmea equipado com uma vedação de sonda energizada por pressão de acordo com a modalidade ilustrada na Figura 2D.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Como mostrado na Figura 1, em um acoplamento da técnica anterior, o elemento fêmea 20 compreende o corpo 21, manipulo 48 que pode ser rosqueado em uma placa de tubulação, e o furo central 32 que tem várias variações em seu diâmetro na medida em que se estende através do elemento fêmea. A primeira extremidade do furo pode ser internamente rosqueada para conexão em uma linha hidráulica. Outro meio de conexão conhecido na técnica pode ser utilizado incluindo solda, estampagem, encaixes de compressão, e similares. Uma passagem cilíndrica se estende longitudinalmente dentro do corpo de elemento fêmea e termina no assento de válvula 27. Adjacente ao assento de válvula 27 está o ressalto 33 que forma uma extremidade da câmara de recepção 34.

No acoplamento ilustrado na Figura 1, a câmara de recepção que recebe a sonda do elemento macho tem um diâmetro interno escalonado com ressaltos internos 33, 35 e 63. A câmara de recepção tem um primeiro diâmetro menor 43 e um segundo diâmetro maior 47.

O elemento fêmea 20 pode incluir a válvula de gatilho opcional 28 que é dimensionado para deslizar dentro da passagem cilíndrica. A válvula de gatilho pode ser cônica em formato e é impelida pela mola de válvula 41 para uma posição assentada contra o assento de válvula 27. Quando a válvula de gatilho está em uma posição fechada contra o assento de válvula, veda o fluido de fluir entre o elemento macho e o elemento fêmea. O colar de mola oco 42 prende a mola de válvula 41 e é mantido no lugar por clipe de colar 45. O atuador 44 se estende a partir do ápice da válvula de gatilho.

A vedação em formato de anel 50 é posicionada na câmara de recepção do elemento fêmea. A vedação em formato de anel pode ser uma vedação de elastômero ou polímero que é flexível e resiliente. Em outras modalidades, a vedação 50 pode ser fabricada de um plástico de engenharia tal como polieteretercetona (PEEK). A vedação 50 tem uma primeira superfície de ressalto inclinado 52 e uma segunda superfície de ressalto inclinado 51. A espessura axial da vedação elastomérica em sua circunferência externa (elemento adjacente 69 na Figura 1) é maior que a espessura axial da vedação na circunferência interna 67. a vedação assim tem uma seção transversal em geral cuneiforme. A vedação 50 pode ter uma ou mais superfícies de vedação radiais 55, 56 se estendendo para dentro a partir da circunferência interna da vedação 67. Cada uma das superfícies de vedação radiais se estende para dentro a partir da circunferência interna de modo a engatar a sonda do elemento macho quando a sonda é inserida através da vedação. As superfícies de vedação radiais podem ser elasticamente deformadas pela sonda quando é inserida através da vedação. As superfícies de vedação radiais 55 e 56 fornecem pontos de guia para ajudar a alinhar e guiar a sonda do elemento macho quando é inserida através da vedação e dentro da câmara de recepção 34.

No elemento de acoplamento fêmea ilustrado na Figura 1, a vedação tem ranhuras em sua circunferência externa 66. Os anéis em O 57, 58 ou vedações similares podem ser posicionados em cada uma das ranhuras. Alternativamente, a vedação 50 pode ter uma pluralidade de projeções de vedação integrais que se estendem a partir de sua circunferência externa.

No elemento de acoplamento fêmea mostrado na Figura 1, a implosão da vedação na câmara de recepção devido à baixa pressão ou vácuo é impedida porque a vedação tem um encaixe de travamento com superfície de ressalto inclinado inverso 62 do retentor de vedação 29 e superfície de ressalto inclinado inverso 61 do elemento de travamento 30. O retentor de vedação pode ser uma luva cilíndrica que desliza dentro do segundo diâmetro 47 da câmara de recepção. Alternativamente, o retentor de vedação pode ser rosqueado no elemento fêmea ou engatado no elemento fêmea por outros meios. No acoplamento ilustrado, quando o retentor de vedação é completamente engatado com o elemento fêmea, a primeira extremidade 46 do retentor de vedação limita o ressalto 63. O retentor de vedação retém a vedação de metal radial oca 31 no ressalto interno 35.

No elemento de acoplamento fêmea ilustrado, o retentor de vedação tem uma primeira superfície circunferencial interna 59 adjacente à primeira extremidade do mesmo e uma segunda superfície circunferencial interna 69 adjacente à segunda extremidade do mesmo. O diâmetro interno da primeira superfície circunferencial interna é menor que o diâmetro interno da segunda superfície circunferencial interna. O ressalto inclinado inverso 62 está situado entre as primeira e segunda superfícies circunferências internas. O ressalto inclinado inverso tem um encaixe de travamento com a vedação 50 para restringir a vedação de mover para dentro em uma direção radial. O anel em O 49 é posicionado em uma ranhura na primeira extremidade 46 do retentor de vedação para fornecer uma vedação do tipo face entre o retentor de vedação e o ressalto 63.

No acoplamento ilustrado, o elemento de travamento 30 engata o elemento de acoplamento fêmea com roscas 53. Outros meios de engate conhecidos na técnica podem ser usados. Quando o elemento de travamento é completamente preso no elemento de acoplamento fêmea, a primeira extremidade 64 limita o retentor de vedação 29 e retém o retentor de vedação no lugar. O elemento de travamento 30 tem uma abertura central com um diâ metro interno 54 que permite a inserção da sonda do elemento macho. A superfície de ressalto inclinado inverso 61 retém a vedação 50 no lugar e restringe a vedação de mover para dentro em uma direção radial.

A invenção pode ser entendida melhor por referência a modalidades particulares. A Figura 2A mostra uma vedação de sonda de acordo com uma primeira modalidade da invenção. A vedação de sonda 100 compreende o corpo em formato de anel 110 tendo o ressalto chanfrado 112 em uma primeira extremidade do mesmo e o ressalto chanfrado oposto 114 em uma segunda extremidade. Os ressaltos chanfrados 112 e 114 permite que a vedação de sonda 100 tenha um encaixe de travamento em formato de rabo de andorinha com o corpo, o retentor de vedação ou cartucho de vedação de um elemento de acoplamento hidráulico fêmea tal como aquele ilustrado na Figura 1. O encaixe de travamento em rabo de andorinha resiste ao movimento radial para dentro da vedação de sonda 100 em resposta à pressão reduzida na câmara de recepção do elemento de acoplamento fêmea tal como pode ocorrer durante a retirada da sonda de um elemento de acoplamento macho.

Uma ou mais projeções de vedação radiais 116 se estendem a partir da circunferência interna 120 do corpo em formato de anel 110 e pode ser dimensionado e espaçado para vedar contra a circunferência externa de uma sonda em geral cilíndrica de um elemento de acoplamento macho correspondente. Nas modalidades ilustradas, as projeções de vedação 116 são em geral triangulares em seção transversal. As projeções de vedação 116 podem ter outras configurações que incluem, mas não limitadas a, configurações energizadas por pressão tal como são descritas na Patente U.S. No. 6.575.430 para Robert E. Smith,

III.

A circunferência externa 118 do corpo em formato de anel 110 tem um par de câmaras de fluido de alta pressão 122 simetricamente dispostas em torno da seção central 128 e que se abrem (em 123) para a superfície externa em geral cilíndrica dói corpo 110. O fluido hidráulico, sob pressão, que pode vazar além da vedação de sonda primária 31 pode entrar em uma ou ambas as câmaras de fluido 122 através da abertura 123. Visto que a parte distai da vedação 100 está substancialmente em pressão ambiente (tipicamente, uma pressão mais baixa que aquela do fluido hidráulico), um diferencial de pressão é estabelecido que exerce uma força radial para fora no elemento de vedação energizado por pressão distai 124 com a parte distai 330 atuando como uma articulação viva ou mancai de flexão. Esta força atua para aumentar a eficiência de vedação da vedação 100 para vedar o retentor 29 aumentando a pressão na superfície de vedação 126. Em elementos de acoplamento fêmea tendo um cartucho de vedação, a força radial para fora atua para aumentar a eficiência de vedação da vedação 100 para o cartucho de vedação. Em elementos de acoplamento fêmea que não têm um retentor de vedação ou cartucho de vedação, a força radial para fora atua para aumentar a eficiência de vedação da vedação 100 no corpo do elemento de aco plamento fêmea.

A pressão diferencial também atua para aumentar a eficiência de vedação da projeção de vedação radial 116 contra o elemento de sonda de um elemento de acoplamento macho correspondente. Quando a pressão na câmara de recepção 34 do elemento de acoplamento fêmea 20 é menor que a pressão nas câmaras de fluido anular 122, é conferida uma força radial interna, que atua para impelir a projeção de vedação 116 contra a superfície de uma sonda macho, inserida na câmara de recepção do acoplamento fêmea.

Em situações de pressão negativa, isto é, em que a pressão dentro da câmara de recepção do elemento de acoplamento fêmea é menor que a pressão ambiente tal como ocorre frequentemente durante a retirada da sonda, o diferencial de pressão cria uma força radial para fora contra o elemento de vedação energizado por pressão proximal 124, aumentando a eficiência de vedação na superfície de vedação 126. A simetria da vedação 100 em torno de sua linha média permite sua instalação em um elemento de acoplamento fêmea tal como um ilustrado na Figura 1 sem levar em consideração sua orientação. Este aspecto diminui a possibilidade de uma montagem de acoplamento incorreta.

A Figura 2B mostra uma vedação de sonda de acordo com uma segunda modalidade da invenção. A vedação de sonda 200 compreende um corpo em formato de anel 210 tendo um ressalto chanfrado 212 em uma primeira extremidade do mesmo e o ressalto chanfrado oposto 214 em uma segunda extremidade. Os ressaltos chanfrados 212 e 214 permitem que a vedação de sonda 200 tenha um encaixe de travamento em rabo de andorinha com o corpo, o retentor de vedação ou o cartucho de vedação de um elemento de acoplamento hidráulico fêmea tal como aquele ilustrado na Figura 1. O encaixe de travamento em rabo de andorinha resiste ao movimento radial para dentro da vedação de sonda 200 em resposta à pressão reduzida na câmara de recepção do elemento de acoplamento fêmea tal como pode ocorrer durante a retirada da sonda de um elemento de acoplamento macho.

Uma ou mais projeções de vedação radiais 216 se estendem a partir da circunferência interna 220 do corpo em formato de anel 210 e pode ser dimensionado e espaçado para vedar contra a circunferência externa de uma sonda em geral cilíndrica de um elemento de acoplamento macho correspondente. Nas modalidades ilustradas, as projeções de vedação 216 são em geral triangulares em seção transversal. As projeções de vedação 216 podem ter outras configurações que incluem, mas não limitadas a, configurações energizadas por pressão tal como são descritas na Patente U.S. No. 6.575.430 para Robert E. Smith,

III.

A circunferência externa 218 do corpo em formato de anel 210 tem um par de câmaras de fluido de alta pressão 222 simetricamente dispostas em torno da seção central 228 e que se abrem (em 223) para a superfície externa em geral cilíndrica dói corpo 210. O fluido hidráulico, sob pressão, que pode vazar além da vedação de sonda primária 31 pode entrar em uma ou ambas as câmaras de fluido 222 através da abertura 223. Visto que a parte distai da vedação 200 está substancialmente em pressão ambiente (tipicamente, uma pressão mais baixa que aquela do fluido hidráulico), um diferencial de pressão é estabelecido que exerce uma força radial para fora no elemento de vedação energizado por pressão distai 224 com a parte proximal 231 atuando como uma articulação viva ou mancai de flexão. Esta força atua para aumentar a eficiência de vedação da vedação 200 para vedar o retentor 29 aumentando a pressão na superfície de vedação 226. Em elementos de acoplamento fêmea tendo um cartucho de vedação, a força radial para fora atua para aumentar a eficiência de vedação da vedação 200 para o cartucho de vedação. Em elementos de acoplamento fêmea que não têm um retentor de vedação ou cartucho de vedação, a força radial para fora atua para aumentar a eficiência de vedação da vedação 200 no corpo do elemento de acoplamento fêmea.

A pressão diferencial também atua para aumentar a eficiência de vedação da projeção(ões) de vedação radial 216 contra o elemento de sonda de um elemento de acoplamento macho correspondente. Quando a pressão na câmara de recepção 34 do elemento de acoplamento fêmea 20 é menor que a pressão nas câmaras de fluido anular 222, é conferida uma força radial interna, que atua para impelir a projeção(ões) de vedação 216 contra a superfície de uma sonda macho, inserida na câmara de recepção do acoplamento fêmea.

Em situações de pressão negativa, isto é, em que a pressão dentro da câmara de recepção do elemento de acoplamento fêmea é menor que a pressão ambiente tal como ocorre frequentemente durante a retirada da sonda, o diferencial de pressão cria uma força radial para fora contra o elemento de vedação energizado por pressão proximal 224, aumentando a eficiência de vedação na superfície de vedação 226. A simetria da vedação 200 em torno de sua linha média permite sua instalação em um elemento de acoplamento fêmea tal como um ilustrado na Figura 1 sem levar em consideração sua orientação. Este aspecto diminui a possibilidade de um acoplamento ser incorretamente montado.

A Figura 2C mostra uma vedação de sonda de acordo com uma terceira modalidade da invenção, em que a câmara de fluido anular na parede da vedação é em geral em formato de T em seção transversal. A vedação de sonda 300 compreende um corpo em formato de anel 310 tendo um ressalto chanfrado 312 em uma primeira extremidade do mesmo e ressalto chanfrado oposto 314 em uma segunda extremidade. Os ressaltos chanfrados 312 e 314 permitem que a vedação de sonda 300 tenha um encaixe de travamento em rabo de andorinha com o corpo, o retentor de vedação ou cartucho de vedação de um elemento de acoplamento hidráulico fêmea tal como aquele ilustrado na figura 1. O encaixe de travamento em rabo de andorinha resiste ao movimento radial para dentro da vedação de sonda 300 em resposta à pressão reduzida na câmara de recepção do elemento de acoplamento fêmea tal como pode ocorrer durante a retirada da sonda de um elemento de aco plamento macho.

Uma ou mais projeções de vedação radiais 316 se estendem a partir da circunferência interna 320 do corpo em formato de anel 310 e pode ser dimensionado e espaçado para vedar contra a circunferência externa de uma sonda em geral cilíndrica de um elemento de acoplamento macho correspondente. Nas modalidades ilustradas, as projeções de vedação 316 são em geral triangulares em seção transversal. As projeções de vedação 316 podem ter outras configurações que incluem, mas não limitadas a, configurações energizadas por pressão tal como são descritas na Patente U.S. No. 6.575.430 para Robert E. Smith, III.

A parede do corpo em formato de anel 310 tem uma câmara anular 322 com uma seção transversal em geral em formato de T para fluido de alta pressão que é aberta (em 323) para a superfície em geral cilíndrica externa 318 do corpo 310. O fluido hidráulico, sob pressão, que pode vazar além da vedação de sonda primária 31 pode entrar na câmara de fluido 322 através da abertura em 323. Visto que a parte distai da vedação 300 está substancialmente em pressão ambiente (tipicamente, uma pressão mais baixa que aquela do fluido hidráulico), um diferencial de pressão é estabelecido que exerce uma força radial para fora no elemento de vedação energizado por pressão distai 324 com a parte 330 atuando como uma articulação viva ou mancai de flexão. Esta força atua para aumentar a eficiência de vedação da vedação 300 para vedar o retentor 29 aumentando a pressão na superfície de vedação 326. Em elementos de acoplamento fêmea tendo um cartucho de vedação, a força radial para fora atua para aumentar a eficiência de vedação da vedação 300 para o cartucho de vedação. Em elementos de acoplamento fêmea que não têm um retentor de vedação ou cartucho de vedação, a força radial para fora atua para aumentar a eficiência de vedação da vedação 300 no corpo do elemento de acoplamento fêmea.

A pressão diferencial também atua para aumentar a eficiência de vedação da projeção(ões) de vedação radial 316 contra o elemento de sonda de um elemento de acoplamento macho correspondente. Quando a pressão na câmara de recepção 34 do elemento de acoplamento fêmea 20 é menor que a pressão nas câmaras de fluido 322, é conferida uma força radial interna, que atua para impelir a projeção(ões) de vedação 316 contra a superfície de uma sonda macho, inserida na câmara de recepção do acoplamento fêmea.

Em situações de pressão negativa, isto é, em que a pressão dentro da câmara de recepção do elemento de acoplamento fêmea é menor que a pressão ambiente tal como ocorre frequentemente durante a retirada da sonda, o diferencial de pressão cria uma força radial para fora contra o elemento de vedação energizado por pressão proximal 324, aumentando a eficiência de vedação na superfície de vedação 326. A simetria da vedação 300 em torno de sua linha média permite sua instalação em um elemento de acoplamento fêmea tal como um ilustrado na Figura 1 sem levar em consideração sua orientação. Este aspecto diminui a possibilidade de um acoplamento ser incorretamente montado.

A Figura 2D representa uma quarta modalidade da invenção que, diferente das outras modalidades ilustradas, não é simétrica em torno da linha média do corpo de vedação 410. Consequentemente, a vedação 400 tem uma orientação preferida no corpo do elemento de acoplamento fêmea.

A Figura 2C mostra uma vedação de sonda de acordo com a invenção que tem uma câmara de fluido anular única na parede da vedação. A câmara de fluido anular é em geral em formato de L em seção transversal. A vedação de sonda 400 compreende um corpo em formato de anel 410 tendo um ressalto chanfrado 412 em uma primeira extremidade do mesmo e ressalto chanfrado oposto 414 em uma segunda extremidade. Os ressaltos chanfrados 412 e 414 permitem que a vedação de sonda 400 tenha um encaixe de travamento em rabo de andorinha com o corpo, retentor de vedação ou cartucho de vedação de um elemento de acoplamento hidráulico fêmea tal como aquele ilustrado na figura 1. O encaixe de travamento em rabo de andorinha resiste ao movimento radial para dentro da vedação de sonda 400 em resposta à pressão reduzida na câmara de recepção do elemento de acoplamento fêmea tal como pode ocorrer durante a retirada da sonda de um elemento de acoplamento macho.

Uma ou mais projeções de vedação radiais 416 se estendem a partir da circunferência interna 420 do corpo em formato de anel 410 e pode ser dimensionado e espaçado para vedar contra a circunferência externa de uma sonda em geral cilíndrica de um elemento de acoplamento macho correspondente. Nas modalidades ilustradas, as projeções de vedação 416 são em geral triangulares em seção transversal. As projeções de vedação 416 podem ter outras configurações que incluem, mas não limitadas a, configurações energizadas por pressão tal como são descritas na Patente U.S. No. 6.575.430 para Robert E. Smith, III.

A parede do corpo em formato de anel 410 tem uma câmara anular 422 com uma seção transversal em geral em formato de T para fluido de alta pressão que é aberta (em 423) para a superfície em geral cilíndrica externa 418 do corpo 410. O fluido hidráulico, sob pressão, que pode vazar além da vedação de sonda primária 31 pode entrar na câmara de fluido 422 através da abertura em 423. Visto que a parte distai da vedação 400 está substancialmente em pressão ambiente (tipicamente, uma pressão mais baixa que aquela do fluido hidráulico), um diferencial de pressão é estabelecido que exerce uma força radial para fora no elemento de vedação energizado por pressão distai 424 com a parte 430 atuando como uma articulação viva ou mancai de flexão. Esta força atua para aumentar a eficiência de vedação da vedação 400 para vedar o retentor 29 aumentando a pressão na superfície de vedação 426. Em elementos de acoplamento fêmea tendo um cartucho de vedação, a força radial para fora atua para aumentar a eficiência de vedação da vedação 400 para o cartucho de vedação. Em elementos de acoplamento fêmea que não têm um retentor de vedação ou cartucho de vedação, a força radial para fora atua para aumentar a eficiência de vedação da vedação 400 no corpo do elemento de acoplamento fêmea.

A pressão diferencial também atua para aumentar a eficiência de vedação da projeção(ões) de vedação radial 416 contra o elemento de sonda de um elemento de acoplamento macho correspondente. Quando a pressão na câmara de recepção 34 do elemento de acoplamento fêmea 20 é menor que a pressão nas câmaras de fluido 422, é conferida uma força radial interna, que atua para impelir a projeção(ões) de vedação 416 contra a superfície de uma sonda macho, inserida na câmara de recepção do acoplamento fêmea.

Devido à assimetria da câmara de fluido anular 422, é preferível que a primeira extremidade de vedação 400, a extremidade mais perto do ressalto chanfrado 412 seja orientado no elemento de acoplamento fêmea para o lado de pressão maior da câmara de recepção. Na maioria dos elementos de acoplamento fêmea, o lado de pressão maior da câmara de recepção é o lado mais perto do meio do corpo de acoplamento. Isto é porque a abertura 423 é mais perto da primeira extremidade do corpo de vedação 410 próxima ao ressalto 412 que a segunda extremidade do corpo de vedação 410 próxima ao ressalto 414. O fluido hidráulico de alta pressão entra na câmara anular 422 através da abertura 423. O diferencial de pressão impele a vedação energizada por pressão 424 em uma direção radial para fora desse modo aumentando a eficiência de vedação da vedação 400 na superfície de vedação 426. Será apreciado que a superfície de vedação 426 é de preferência à jusante a partir da abertura 423 desse modo permitindo que o fluido hidráulico entre na câmara 422.

Uma vantagem do desenho de vedação 400 é que a vedação energizada por pressão 424 pode ser maior que o elemento correspondente naquelas modalidades tendo múltiplas vedações energizadas por pressão. O comprimento maior (braço de alavanca mais longo) do elemento 424 pode assim fornecer maior flexibilidade para um dado diferencial de pressão. Isto pode ser de vantagem particular quando o corpo de vedação 410 é fabricado a partir de um material mais rígido tal como PEEK.

A Figura 3 representa um elemento de acoplamento fêmea 20 equipado com uma vedação de sonda 300 do tipo ilustrado na Figura 2C. No acoplamento na Figura 3, o corpo fêmea 21 tem um ressalto inclinado inverso em seu furo central e o retentor 30 tem um ressalto inclinado correspondente 61 que junto fornecem um encaixe de travamento em rabo de andorinha com os ressaltos inclinados na vedação de sonda 300. As vedações de sonda de acordo com a presente invenção podem também ser usadas em elementos de acoplamento fêmea que têm retentores de vedação (como ilustrados na Figura 1) ou cartuchos de vedação. As vedações de sonda de acordo com a invenção podem ser retroajustadas aos elementos de acoplamento fêmea tendo vedações de sonda da técnica anterior como ilustrado na Figura 1.

Embora a invenção tenha sido descrita em detalhe com referência a certas modalidades preferidas, variações e modificações existem dentro do escopo e espírito da invenção como descrito e definido nas reivindicações seguintes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Vedação de sonda (100, 200, 300, 400) para um elemento de acoplamento hidráulico fêmea (20), a vedação de sonda (100, 200, 300, 400) compreendendo:

um corpo em geral em formato de anel (110, 210, 310, 410) tendo uma primeira extremidade, uma segunda extremidade oposta, uma superfície externa em geral cilíndrica com uma circunferência externa (118, 218, 318, 418) e uma superfície interna em geral cilíndrica com uma circunferência interna (120, 220, 320, 420), a dimensão axial do corpo em formato de anel (110, 210, 310, 410) na circunferência externa (118, 218, 318, 418) sendo maior que a dimensão axial do corpo em formato de anel (110, 210, 310, 410) na circunferência interna (120, 220, 320, 420);

uma ranhura (122-123, 222-223, 322-323, 422-423) na superfície externa tendo uma primeira parede lateral, uma segunda parede lateral oposta e um fundo conectando a primeira parede lateral e a segunda parede lateral; e pelo menos uma projeção de vedação radial (116, 216) se estendendo a partir da superfície interna;

CARACTERIZADA por:

uma projeção em geral axial (124, 224, 324, 424) se estendendo a partir da primeira parede da ranhura na direção da, mas aquém da segunda parede da ranhura, a projeção axial (124, 224, 324, 424) tendo uma superfície interna em geral paralela a e deslocada do fundo da ranhura (122-123, 222-223, 322-323, 422-423) e tendo uma superfície externa (126, 226, 326, 426) em geral nivelada com a superfície externa do corpo em formato de anel (110, 210, 310, 410).
2. Vedação de sonda, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a pressão de fluido dentro da ranhura (122-123, 222-223, 322-323, 422-423) impele a projeção em geral axial (124, 224, 324, 424) em uma direção radial para fora.
3. Vedação de sonda (100), de acordo com as reivindicações 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a ranhura compreende:

uma pluralidade de câmaras anulares (122, 222) dentro do corpo em formato de anel (110, 210) entre a superfície interna e a superfície externa;

uma pluralidade correspondente de passagens de fluido (123, 223) conectando cada câmara anular (122, 222) com a superfície externa.
4. Vedação de sonda, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que cada câmara anular (122, 222) junto com sua passagem de fluido (123, 223) associada é em geral em formato de L em seção transversal e definem uma projeção axial (124, 224) que é impelida em uma direção radial para fora por pressão de fluido dentro da câmara anular (122, 222).
5. Vedação de sonda, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, CARACTERIZADA

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2/5 pelo fato de que a pluralidade de câmaras anulares (122, 222) e passagens de fluido (123, 223) são simetricamente dispostas em torno da linha média do corpo em geral em formato de anel (110, 210).
6. Vedação de sonda, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que as passagens de fluido (123, 223) são próximas à linha média do corpo em geral em formato de anel (110, 210).
7. Vedação de sonda, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que as passagens de fluido (123, 223) estão próximas das extremidades do corpo em geral em formato de anel (110, 210).
8. Vedação de sonda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADA pelo fato de que a superfície (112, 212, 312, 412) da primeira extremidade e a superfície da segunda extremidade (114, 214, 314, 414) são dispostas a um ângulo agudo com o eixo central do corpo em geral em formato de anel (110, 210, 310, 410).
9. Vedação de sonda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADA pelo fato de que tem uma pluralidade de projeções de vedação radiais (116, 216, 316) com cada projeção de vedação (116, 216, 316) disposta em alinhamento em geral radial com uma câmara anular (122, 222, 322).
10. Vedação de sonda (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira extremidade tendo uma primeira superfície, que está em um ângulo agudo em relação ao eixo central do corpo em formato de anel (110, 210, 310, 410), e a segunda extremidade oposta tendo uma segunda superfície, que está em um ângulo agudo para o eixo central do corpo em formato de anel (110, 210, 310, 410).
11. Vedação de sonda (100, 200, 300), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADA pelo fato de que a ranhura compreende:

duas câmaras anulares (122, 222, 322) dentro do corpo em formato de anel (110, 210, 310) entre a superfície interna e a superfície externa;

pelo menos uma passagem de fluido (123, 223, 323) conectando a câmara anular (122, 222, 322) com a superfície externa; e em que a vedação da sonda (100, 200, 300) é simétrica em relação à linha média transversal do corpo em formato de anel (110, 210, 310).
12. Vedação de sonda, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADA pelo fato de que uma pluralidade da pelo menos uma de passagem de fluido (123, 223) conectando cada câmara anular (122, 222) com a superfície exterior.
13. Vedação de sonda, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que a pluralidade de câmaras anulares (122, 222) e passagens de fluido (123, 223) são simetricamente dispostas em torno da linha média do corpo em geral em formato de

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3/5 anel (110, 210).
14. Vedação de sonda, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que as passagens de fluido (123) são próximas à linha média do corpo em geral em formato de anel (110).
15. Vedação de sonda, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que as passagens de fluido (223) estão próximas das extremidades do corpo em geral em formato de anel (210).
16. Vedação de sonda, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADA pelo fato de que tem uma pluralidade de projeções de vedação radiais (116, 216, 316) se estendendo a partir da superfície interna com cada uma dessa projeção de vedação (116, 216, 316) disposta em alinhamento em geral radial com uma das câmaras anulares (122, 222, 322).
17. Vedação de sonda (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

10, CARACTERIZADA pelo fato de que a ranhura compreende:

uma câmara anular (122) dentro do corpo em formato de anel (110) entre a superfície interna e a superfície externa;

uma passagem de fluido (123) conectando a câmara anular (122) com a superfície externa de modo que a câmara anular (122) junto com a passagem de fluido (123) é em geral em formato de T em seção transversal e definem um par de projeções axiais (124) que são impelidas em uma direção radial para fora por pressão de fluido dentro da câmara anular (122); e pelo menos uma projeção de vedação radial se estendendo a partir da superfície externa.
18. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

(a) um elemento fêmea (20) tendo um furo interno (32) e uma câmara de recepção (34) tendo uma pluralidade de ressaltos internos na mesma; e um par de superfícies de ressalto inclinado inverso (61, 62) no furo de elemento fêmea (32); e, (b) a vedação de sonda (100, 200, 300, 400) conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 17 inserível dentro da câmara de recepção (34) entre o par de superfícies de ressalto inclinado inverso (61, 62), o par de superfícies de ressalto inclinado inverso (61, 62) restringindo a vedação (100, 200, 300, 400) de mover radialmente para dentro.
19. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação de sonda em formato de anel (100, 200, 300, 400) tem uma seção transversal cuneiforme e um encaixe em rabo de andorinha com as superfícies de ressalto inclinado inverso (61, 62).
20. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação

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4/5

18, CARACTERIZADO pelo fato de que uma das superfícies de ressalto inclinado inverso (61) está em um elemento de travamento (30) engatável com o elemento fêmea (20).
21. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende um retentor de vedação (29) e um elemento de travamento (30) para reter o retentor (29) no elemento fêmea (20), uma do par de superfícies de ressalto inclinado inverso (62) estando no retentor de vedação (29) e a outra (62) no elemento de travamento (30).
22. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende uma vedação de metal energizada por pressão oca (31) retida no elemento fêmea (20) pelo retentor de vedação (29).
23. Elemento fêmea de um acoplamento hidráulico submarino, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

(a) um elemento de corpo (20) com um furo interno (32) se estendendo através do mesmo, o furo interno (32) tendo uma câmara de recepção (34) adjacente a uma primeira extremidade do mesmo;

(b) a vedação de sonda (100, 200, 300, 400) conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 17 inserível dentro da câmara de recepção (34); e (c) um elemento de travamento (30) engatado na câmara de recepção (34), o elemento de travamento (30) tendo uma primeira extremidade (61) que encaixa com a vedação resiliente em formato de anel para reter a vedação (100, 200, 300, 400) na câmara de recepção (34).
24. Elemento fêmea de um acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende um retentor de vedação (29) inserível na câmara de recepção (34), o retentor de vedação (29) tendo uma superfície de ressalto interno (62) que encaixa com a vedação resiliente (100, 200, 300, 400).
25. Elemento fêmea de um acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de travamento (30) é um corpo externamente rosqueado engatável com a câmara de recepção (34), uma extremidade do elemento de travamento (30) tendo uma superfície de ressalto inclinado inverso (61).
26. Elemento fêmea de um acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que o retentor de vedação (29) retém uma vedação de metal energizada por pressão (31) no elemento fêmea (20).
27. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

(a) um elemento fêmea (20) tendo um furo interno, o furo interno (32) tendo pelo menos uma superfície de ressalto (62);

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5/5 (b) um elemento de travamento (30) engatável com o elemento fêmea (20) e tendo uma superfície de ressalto inclinada (61) em uma extremidade do mesmo;

(c) a vedação de sonda (100, 200, 300, 400) conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 17, a vedação de sonda (100, 200, 300, 400) dimensionada para en-

5 caixar entre a superfície de ressalto (62) do elemento fêmea (20) e a superfície de ressalto (61) do elemento de travamento (30).