BRPI0907993B1

BRPI0907993B1 - Junta rosqueada

Info

Publication number: BRPI0907993B1
Application number: BRPI0907993-9A
Authority: BR
Inventors: Nestor J. Santi; Gaston Mazzaferro; Alfredo Francisco Quiroga
Original assignee: Tenaris Connections B.V.
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2019-03-19
Also published as: US8262140B2; US20110008101A1; MX2010009517A; CN102027186B; CN102027186A; EP2096253B1; WO2009106623A1; RU2010139822A; CA2716586C; DE602008001552D1; JP2011514490A; AR070553A1; NO20101182L; BRPI0907993A2; EP2096253A1; ATE471433T1; CA2716586A1; NO337939B1; RU2472916C2

Abstract

junta rosqueada uma junta rosqueada (1) compreende: um primeiro anel de vedação (30), tendo uma forma cônica em uma seção transversal em um plano axial, esse anel tendo um anel de reforço de metal em forma de l (34) embutido nele, e/ou um segundo anel de vedação (6), posicionado mais interno ao primeiro anel de vedação (30) e localizado em um alojamento (18) entre a extremidade de uma seção rosqueada (5) e o nariz (15) da caixa. o segundo anel de vedação (6) tem uma primeira base, uma segunda base axialmente oposta à primeira base, e nervuras anulares salientes na superfície externa ou em uma superfície interna.

Description

[0002] A busca por petróleo ou, mais genericamente, hidrocarbonetos ficou, recentemente, mais demandante em termos de ferramental e dispositivos, porque os campos ou reservatórios de petróleo e gás estão localizados mais profundos sob a superfície da terra, ou em locais de difícil acesso abaixo do fundo do mar. A prospecção para uma exploração de campos de hidrocarbonetos demanda ferramental, que seja mais resistente a desafios ambientais, tais como maiores cargas e corrosão, que eram menos importantes no passado.

[0003] As juntas modernas são geralmente projetadas com selos de metal com metal, feitos pelo contato entre as duas superfícies, posicionados usualmente em uma extremidade ou em ambas as extremidades da parte rosqueada da junta. As duas superfícies de contato interferem reciprocamente na faixa elástica do módulo de elasticidade para uma grandeza de tensão adequada. No entanto, em situações específicas, são necessários selos resilientes em vez de, ou em combinação com, selos metálicos, para impedir a penetração de fluidos externos nos interstícios das roscas.

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2/23 [0004] É, portanto, um requisito de projeto que os selos de juntas resistam à penetração dos fluidos externos, ou pelo menos não permitam a troca contínua dos fluidos já penetrados com os fluidos circundantes, para reduzir a taxa de corrosão da junta.

[0005] Para solucionar os problemas mencionados, foram sugeridas várias soluções, uma das quais consiste em inserir um anel de vedação, feito de material poliméricos, por exemplo, um anel em O, na extremidade da junta próxima da parte rosqueada.

[0006] É prática bem disseminada usar anéis em O prémontados na caixa, mas essa prática tem uma desvantagem importante: os anéis de vedação podem ser danificados durante montagem do anel e/ou durante sua constituição.

[0007] Como esses anéis são usualmente pré-montados na caixa, quando da constituição da caixa o selo é arrastado conjuntamente com a caixa pelas roscas do pino. Devido às interferências diametrais necessárias entre as dimensões do pino, caixa e selo, para que os selos funcionem adequadamente, juntamente com os parâmetros geométricos da conexão, o perfil, o passo, o ângulo de estreitamento, o ângulo de golpe, etc., da rosca, os selos são inevitavelmente forçados a arrastar-se pelas roscas do pino, provocando dano às superfícies inferiores dos selos ou deformações permanentes no selo, o que colocaria em risco a eficiência de selagem durante a operação.

[0008] Os anéis de vedação, tendo uma forma mais complicada, também foram propostos, por exemplo, anéis com uma seção transversal em forma de H ou U, para aumentar

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3/23 a eficiência e impedir que a água salgada penetre nos vãos da junta. No entanto, esses anéis de vedação são submetidos a tensões e condições ambientais adversas tais, tanto durante a operação de constituição inicial quanto durante a vida operacional, que a eficiência deles é muito reduzida, após algum tempo. Ainda que a pré-montagem no pino seja menos danosa ao anel de vedação, algumas aplicações requerem anéis de vedação de forma mais simples, que devem ser pré-montados na caixa.

[0009] A patente U.S. 6.550.822 descreve uma junta rosqueada, incluindo um anel de exclusão de água, que é um selo elastomérico energizado sob pressão, posicionado em uma ranhura próxima a cada extremidade da junta, para promover um selo radial entre a área não rosqueada, em cada extremidade da junta, e a área cilíndrica não rosqueada, adjacente a cada extremidade da seção tubular.

[0010] A forma da seção anular não facilita o seu arrastamento pela rosca, durante a constituição. Em virtude dessa forma, os cantos agudos tocam nas cristas da rosca e ficam propensos a ficar agarrados na rosca. No caso de rompimento da rosca, aumenta ainda mais a probabilidade de dano ao anel de vedação.

[0011] No caso de falha, a parte do pino com a rosca de fuga se mantém desprotegida contra os possíveis fluidos corrosivos externos, uma vez que o verniz usado para lubrificar a junta é facilmente lavado pelo fluido externo, que se infiltra.

[0012] A junta usa anéis de vedação comuns disponíveis no mercado. Portanto, o mesmo projeto de anel deve ser

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4/23 usado sob diferentes conexões, e não fica fácil ajustar a geometria do anel a cada estreitamento de pino, ângulo de golpe, altura e passo da rosca, etc.

[0013] A cavidade localizada entre as bordas fragiliza o alojamento, tornando-o propenso à ruptura durante rompimento da junta, quando a parte inferior do alojamento é arrastada pelas roscas do pino, produzindo uma alta deformação, de modo a rompê-lo.

[0014] Houve muitas tentativas para projetar configurações aperfeiçoadas para anéis de vedação, para que ficassem alojados nas vizinhanças do nariz da caixa, mas foram todas insuficientes para suportar os maiores requisitos impostos para as juntas atuais.

RESUMO DA INVENÇÃO [0015]

É, portanto, um objeto da presente invenção proporcionar uma junta rosqueada, que supere as deficiências mencionadas acima.

[0016] principal objeto da presente invenção é proporcionar uma junta tendo dois anéis de vedação inovadores, garantindo tanto uma constituição inicial simples e confiável, quanto uma alta eficiência de selagem durante operação, particularmente resistente a infiltrações de fluidos externos corrosivos.

[0017] O objeto mencionado acima é alcançado, de acordo com a presente invenção, por meio de uma junta rosqueada, que, de acordo com a reivindicação 1, compreende um tubo rosqueado macho, definido como o pino, um tubo rosqueado fêmea, definido como a caixa, o pino sendo configurado para

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5/23 ser constituído na caixa, os pino e caixa definindo um eixo longitudinal comum, um primeiro anel de vedação e um segundo anel de vedação interpostos entre os pino e caixa, e localizados em uma parte da superfície da caixa, entre a extremidade de uma parte rosqueada e o nariz da caixa e ficando em um contato de vedação firme, por meio de respectivas superfícies radialmente externas, em um lado com uma superfície interna da caixa, e, por meio de respectivas superfícies radialmente internas, com uma superfície externa do pino, a superfície interna da caixa sendo dotada com um primeiro recesso, feito próximo do nariz da caixa, para alojamento do primeiro anel de vedação, e com um segundo recesso, feito na sua espessura, para alojamento do segundo anel de vedação, colocado entre o primeiro recesso e a parte rosqueada da caixa.

[0018] junta de acordo com a invenção tem dois anéis de vedação de um novo projeto, que garantem uma ótima capacidade de selagem, sob condições operacionais particularmente adversas:

o segundo ou anel de vedação interno protege as partes rosqueadas da junta: o primeiro ou anel de vedação externo protege, por sua vez, o segundo anel de vedação, aperfeiçoando ainda mais a proteção da junta.

[0019] Também, a reutilização dos anéis de vedação é garantida por causa da forma das superfícies de contato dos anéis de vedação com caixa e pino.

[0020] Em qualquer caso, a solução de acordo com a invenção é mais confiável nos casos nos quais não estão disponíveis anéis em O de reserva. Contrária às juntas

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6/23 tendo selos da técnica anterior, como anéis em 0 com seção transversal circular ou similar, a junta de acordo com a invenção não provoca dano aos anéis de vedação durante rompimento. Isso tem a vantagem de que os mesmos anéis de vedação podem ser usados para uma operação de constituição sucessiva.

[0021] Outra vantagem da invenção é proporcionar uma junta rosqueada mais confiável nas condições operacionais em campo real, em que a confiabilidade é crucial e uma redução nos custos operacionais, em termos de tempo e tarefas, é desejável.

[0022] O primeiro anel de vedação, colocado mais externamente à junta, tem uma forma de seção transversal particularmente adequada para ser empurrada como uma cunha pela profundidade de pressão de fluido externo para o espaço entre a borda externa da caixa e a superfície externa correspondente do pino, aperfeiçoando, desse modo, a capacidade de selagem do anel, e, consequentemente, da junta.

[0023] Vantajosamente, o fato de produzir o alojamento para o primeiro anel de vedação na superfície interna do tronco de cone da caixa, na parte dirigindo-se para contato com o primeiro anel, com seu estreitamento no sentido da parte interna caixa, melhora ainda mais o contato do primeiro anel de vedação com as superfícies metálicas, aperfeiçoando a capacidade de selagem. Também garante que, partindo de uma pressão limite, o anel de vedação se encaixa inteiramente no espaço anular, entre a borda da caixa e a parede externa do pino voltada para ela.

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7/23

[0024] Uma outra	vantagem é	proporcionada	por
embutimento	na caixa	do	primeiro anel	de	vedação de um	anel
de reforço,	feito,	de	preferência,	de	metila e com	uma
seção transversal	em	forma de L	•	Isso garante	uma
deformação	limitada	e	controlada do	primeiro anel	de

vedação, sob ação da pressão do fluido externo.

[0025] A seção transversal do primeiro anel de vedação pode ter também uma forma em U, isso permitindo que o anel de vedação seja introduzido à força no alojamento troncocônico, mantendo, desse modo, uma capacidade de selagem ótima.

[0026] Em outra concretização, o primeiro anel de vedação é dotado com uma nervura anular em correspondência com sua borda, a superfície externa da região do pino alojando o dito primeiro anel de vedação, antes da constituição ser proporcionada com um recesso ou degrau anular correspondente, para alojar de forma estável· a nervura.

[0027] O alojamento para o segundo anel de vedação, colocado internamente na junta, é configurado para melhor ajuste à forma do segundo anel de vedação, e vice-versa, com o que o segundo anel de vedação trabalha em sinergia com o seu alojamento, tanto durante quanto após a constituição. Várias formas de seção transversal para o segundo anel de vedação são proporcionadas, que podem ser selecionadas em função da pressão de fluido externo agindo na junta.

[0028]

Vantajosamente, em uma primeira concretização do segundo anel de vedação, um aperfeiçoamento na capacidade

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8/23 de selagem é obtido, sem aumentar os custos, uma vez que o alojamento para o segundo anel de vedação na junta, de acordo com a invenção, é fácil de constituir e não é mais complexo ou caro para produzir do que as configurações de ranhuras usadas atualmente, que alojam anéis-0 padrões de seção transversal circular.

[0029] Em uma segunda concretização do segundo anel de vedação, a boca de seção em V garante um melhor contato do anel com as superfícies do pino e da caixa, quando uma pressão de fluido externo é exercida nessa extremidade, mesmo no espaço anular compreendido entre os primeiro e segundo anéis de vedação. As nervuras anulares salientes externas, em uma ou em ambas as superfícies interna e externa, garantem uma melhor pressão específica nas superfícies do pino e da caixa, na qual aderem.

superfície interna do anel de vedação garante um bom funcionamento e um bom contato no alojamento do anel de vedação, feito na superfície externa do pino.

Vantajosamente, a provisão de um anel metálico de reforço, na parte do corpo posicionada mais internamente dentro da junta, garante que o segundo anel de vedação é retido firmemente no pino, criando uma tensão de engate.

[0030] Em uma terceira concretização do segundo anel de vedação, o anel de reforço é encaixado firmemente na boca de seção em V, e o anel de vedação é também dotado com a sua própria nervura anular, em correspondência com uma borda de uma base, adequada durante a constituição para acoplamento da superfície interna da caixa, situada abaixo

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9/23 de um ressalto, e a superfície externa do pino, para aperfeiçoar ainda mais a selagem.

[0031] Na junta da invenção, o primeiro anel de vedação, em toda as suas concretizações, é vantajosamente prémontado no pino, evitando, desse modo, dano desse anel de vedação durante a constituição.

[0032] No que diz respeito ao segundo anel de vedação, nas suas segunda e terceira concretizações, é também prémontado no pino, antes da constituição. Além disso, nesses casos, o segundo anel de vedação proporciona funções de vedação sobrepostas ou redundantes, que garantem a impermeabilidade de toda a junta, mesmo quando uma das funções é vencer por si mesma o fluido externo.

[0033] Na sua primeira concretização, o segundo anel de vedação é, diferentemente, pré-montado no seu alojamento na parede interna da caixa.

[0034] Após a conclusão do conjunto, o segundo anel de vedação, qualquer que seja a concretização usada, é retido em um alojamento anular pela superfície interna da caixa e superfície externa do pino. Esse alojamento anular pode ser também proporcionado com um acabamento e uma camada de revestimento. O alojamento tem uma geometria especialmente projetada, para cooperar com o selo.

[0035] A junta da invenção precisa apenas de operações de usinagem adicionais limitadas, à parte das operações de rosqueamento comuns.

[0036] A provisão de um anel de reforço, de preferência, embutido nos anéis de vedação nas suas várias formas,

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10/23 impede a torção do anel, torna a operação de constituição mais fácil, e garante um manuseio e constituição globais mais fáceis do próprio anel de vedação. Vantajosamente, um revestimento pode ser aplicado às superfícies envolvidas pelo segundo anel de vedação, para proteção da superfície usinada do pino, próxima da região da rosca de fuga da junta, que é provável de ficar exposta ao contato com os agentes externos corrosivos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0037] Os objetos mencionados acima e outros vão ficar mais facilmente evidentes por referência à descrição detalhada apresentada a seguir e dos desenhos em anexo, nos quais:

[0038] a Figura 1 mostra uma vista seccional da junta projetada em um plano axial, de acordo com a presente invenção, antes da constituição com um anel de vedação prémontado;

[0039] a Figura 2 mostra uma vista seccional da junta projetada em um plano axial, de acordo com a presente invenção, após constituição com os dois anéis de vedação montados;

[0040] a Figura 3 mostra uma vista ampliada seccional de um anel de vedação da junta da Figura 1, na sua posição sem carga;

[0041] a Figura 4 mostra uma vista seccional de uma segunda concretização da junta projetada em um plano axial, de acordo com a presente invenção, com os dois anéis de vedação montados;

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11/23 [0042] as Figuras 5 e 6 mostram, respectivamente, as vistas seccionais de duas diferentes concretizações de um anel de vedação da junta das Figuras 2 e 4;

[0043] a Figura 7 mostra um outro anel de vedação da junta da Figura, em uma posição sem carga;

[0044] a Figura 8 mostra uma vista seccional de uma terceira concretização da junta projetada em um plano axial, de acordo com a presente invenção, com dois anéis de vedação montados; e [0045] a Figura 9 mostra um anel de vedação da junta da

Figura 8, em uma posição sem carga.

DESCRIÇÃO

DETALHADA [0046]

Ao longo da descrição, as superfícies dos diferentes elementos da junta são chamadas externas ou internas com relação ao eixo da junta

A.

[0047]

Com particular referência às

Figuras 1 a

3, mostra-se uma primeira concretização de uma junta rosqueada, indicada no total pelo número de referência 1, conectando dois tubos entre si: um tubo macho, chamado comumente um pino 2, com um diâmetro um tubo fêmea também chamado caixa externo nominal D, e

3, com um diâmetro externo nominal Dl, igual ou superior [0048] O pino 2 tem uma parte rosqueada externa 4 com roscas macho de perfil adequado, por exemplo, trapezoidal, a caixa 3 tendo uma parte rosqueada interna 5 com roscas fêmeas de perfil complementar àquele das roscas macho.

[004 9] O eixo comum do pino 2 e da caixa 3 é indicado por A. A caixa 3 termina com um nariz 15. A junta define um

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12/23 espaço interno 16, contendo eixo A do pino e da caixa, no qual o fluido, por exemplo, um hidrocarboneto, tal como gás natural ou petróleo, ou outro fluido similar, escoa, e um espaço externo 17, que pode ficar em contato com fluidos de vários tipos, tal como água do mar, em algumas aplicações.

[0050] Na extremidade da caixa 3, localiza-se um primeiro anel de vedação 30 de material elastomérico. O anel de vedação 30 tem uma forma tronco-cônica e a sua superfície externa 31 é afilada no sentido da parte interna da junta 1. A superfície externa 31 do anel de vedação 30 se equipara à superfície interna 32 da borda 33 da caixa 3, que tem também uma forma tronco-cônica complementar, para um comprimento adequado.

[0051] Essa forma particular permite que o anel de vedação 30 deslize ao longo do pino 2, sob a pressão exercida pelo fluido externo em operação, da sua posição no momento de inserção até uma posição de repouso final, determinada pela grandeza da dita pressão e pela capacidade do anel de vedação 30 de comprimir o seu volume global, em virtude da contrapressão exercida pela quantidade de fluido que se mantém retida no espaço anular 50, entre o primeiro anel de vedação 30 e o segundo anel de vedação 6. Com referência particular à Figura 5, o anel de vedação 30 tem um anel de reforço 34 embutido no seu corpo. O anel de reforço 34 tem uma seção transversal, vista em projeção em um plano axial, de forma em L com dois braços 35, 36, perpendiculares entre si. O ângulo Ψ da forma em L pode ser também ligeiramente maior ou menor do que 90°, e, alternativamente, os dois braços 35, 36 podem ser de

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13/23 diferentes comprimentos, dependendo da força de envolvimento que deve ser exercida no pino 2, da grandeza da pressão de fluido externo, que é exercida no meio físico operacional da junta e do local final, que tem que ser alcançado pelo anel, após o seu deslizamento final no

sentido da	parte interna da	junta,	sob	ação do	fluido
externo.
[0052] De	preferência, o	anel	de	reforço	34	é
posicionado	como mostrado nas	Figuras	2 e	4, isto é,	com	o

braço 35 paralelo ao eixo do anel de vedação 30 e o braço 36 perpendicular ao eixo do dito anel 30. O eixo do anel de vedação 30 é o mesmo eixo comum a dos pinos 2 e caixa 3.

[0053] A Figura 6 mostra uma segunda concretização do primeiro anel de vedação 40, tendo uma seção transversal em forma de U, com o braço externo 41 preferivelmente mais curto do que o braço interno 42. O anel de reforço 43, embutido no corpo do anel de vedação 40, tem uma seção transversal em forma de L, vista em projeção em um plano axial, com os dois braços 44, 45 perpendiculares entre si. O ângulo Ψ da forma em L pode ser também ligeiramente maior ou menor do que 90°, e, alternativamente, os dois braços 35, 36 podem ser de diferentes comprimentos. O braço 44 é embutido no braço externo 41 do corpo do anel de vedação 40, paralelo ao eixo da junta A, enquanto que o braço 45 é embutido no corpo do anel de vedação 40, perpendicularmente ao eixo da junta A.

[0054] O anel de reforço em ambas as concretizações do primeiro anel de vedação pode ser completamente embutido no anel de vedação, ou pode ter uma das suas superfícies

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14/23 expostas à parte externa do anel de vedação, ou rente a uma base ou projetando-se da sua base.

[0055] Vantajosamente, a superfície interna 37, 47 do primeiro anel de vedação 30, 40 tem uma forma tronco-cônica com uma conicidade muito ligeira de um ângulo Φ inferior a 10° .

[0056] A parte da caixa 3, próxima à extremidade da rosca 5, compreende uma ranhura anular 18 entre o nariz da caixa 15 e a extremidade da rosca. Essa ranhura 18 é o alojamento para o segundo anel de vedação 6.

[0057] Com referência particular à Figura 3, que mostra uma seção através do interno ou do segundo anel de vedação 6, na posição sem carga localizada no seu alojamento 18 na caixa 3, o anel de vedação 6 tem uma superfície externa com duas nervuras anulares 11, 12, separadas por um sulco anular 13. As nervuras 11, 12 têm cristas preferivelmente arredondadas ou de qualquer outra forma adequada. Quando posicionado no alojamento 18, a superfície externa do segundo anel de vedação 6 contata o fundo da ranhura. Esse fundo é, de preferência, plano na direção axial, para tornar mais fácil a usinagem.

[0058] O sulco 13 e as nervuras 11, 12 têm duas vantagens principais:

- por um lado, o sulco 13 trabalha como um pulmão, proporcionando a deformação radial necessária para permitir que a superfície interna do segundo anel de vedação 6 seja apertada mais facilmente; e

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15/23 por outro lado, as nervuras 11, 12 geram uma

concentração de carga,	aumentando,	desse modo,	o contato de
vedação e agindo	como	barreiras	de vedação	independentes
duplas.
[0059] 0 anel	de	vedação 6	tem duas	bases 8,	9

axialmente opostas entre si. Uma ou ambas das bases 8, 9 são substancialmente, mas não exclusivamente, planas.

[0060] A superfície interna do segundo anel de vedação 6 tem duas superfícies tronco-cônicas ou flancos 19, 20, que são em forma de V, quando vistas em seção axial. O ângulo de conicidade α das superfícies 19, 20 pode ser definido como uma função dos parâmetros da rosca, isto é, conicidade, ângulo de golpe, etc. Um valor preferido para o ângulo α é 45°.

[0061] O ângulo de conicidade de cada superfície 19 e 20 pode ter também diferentes valores α e γ. Essa concretização é mostrada, em particular, na Figura 3.

[0062] Em uma outra concretização particularmente vantajosa da junta, o segundo anel de vedação 6 tem uma seção com dimensões específicas.

[0063] A espessura t do anel de vedação 6, na direção axial, é definida pela largura da rosca, a espessura t do anel 6 sendo maior do que o comprimento axial do vazio B (Figura 1), entre duas cristas da rosca. Isso facilita o salto das cristas pelo ápice do anel de vedação 10, durante a constituição.

[0064] A profundidade d da ranhura 18 da caixa 3, na direção radial, é, de preferência, entre 3 e 15 mm. A

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16/23 ranhura 18 deve alojar cerca de 75% da espessura do segundo anel de vedação 6 na direção radial, quando este está na posição sem carga.

[0065] Os ângulos de conicidade α e γ dos flancos 19 e 20 são selecionados com tamanhos tais que as seguintes relações com o ângulo de golpe β e o ângulo de carga δ dos flancos da rosca são satisfeitas: α > β e γ > δ.

[0066] O ápice 10 do anel de vedação 6, no qual se encontram as duas superfícies tronco-cônicas afiladas 19 e 20, tem, de preferência, uma forma arredondada como um filete, quando visto em seção. O segundo anel de vedação 6 é um aperfeiçoamento simples, mas efetivo em relação aos anéis em O convencionais, atualmente usados no campo. As vantagens principais são as suas superfícies anulares tronco-cônicas 19, 20 afilando-se no sentido do centro do anel de vedação e unidas pelo ápice ou filete 10 entre elas, o que facilita o movimento para frente e para trás do anel de vedação nas roscas, evitando, desse modo, dano. Além do mais, a superfície interna do anel de vedação 6 também gera uma concentração de carga, aumentando, desse modo, o contato de vedação e aperfeiçoando a capacidade de selagem do anel de vedação 6, quando constituído.

[0067] O anel de vedação 6 pode ter, vantajosamente, um anel de reforço 7 de diferente seção transversal embutido no seu corpo.

[0068] Com referência particular à Figura 4, quando os mesmos itens das concretizações descritas acima são indicados pelos mesmos números de referência, mostra-se uma segunda concretização da junta de acordo com a invenção. O

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17/23 primeiro anel de vedação 30, posicionado em uma região externa da junta 1, é associado com um segundo anel de vedação 21, posicionado mais internamente dentro da junta. A forma da seção transversal do anel de vedação 21 é configurada para proporcionar várias funções de selagem aperfeiçoadas.

[0069] O anel de vedação 21 tem um corpo principal no qual uma ou mais nervuras anulares 22 são proporcionadas externamente, separadas por ranhuras anulares 22'. Nessa extremidade, que é mais próxima das partes rosqueadas 4, 5 do pino e da caixa, o anel de vedação 21 tem uma base 24 substancialmente, mas não necessariamente, plana.

[0070] Próximo à base 24, proporciona-se um anel de reforço 25 de outro material, que tem uma maior rigidez, de preferência, mas não exclusivamente, metal.

[0071] O anel de reforço 25 pode ser completamente embutido no anel de vedação 21 ou pode ter uma das suas superfícies expostas à parte externa do anel de vedação 21, rente à base 24 ou projetando-se da dita base 24. O anel de reforço 25 pode ter vantajosamente várias formas de seção transversal.

[0072] Na sua extremidade longitudinalmente oposta com relação à base 24, o anel de vedação 21 tem duas bordas anulares 26, 27, que, respectivamente, se projetam além do perímetro do anel 21 nas respectivas direções oblíquas com relação ao eixo A, quando considerado em uma posição sem carga, como ilustrado na Figura 7. No espaço definido entre as duas bordas anulares 2 6 e 27, uma ranhura anular é

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18/23 definida, que parece, em uma seção axial, como uma boca em forma de V 28.

[0073] Em uma primeira concretização, a superfície interna 23 do anel de vedação 21, como mostrado na Figura 7, é ondulada em uma direção axial e compreende pelo menos uma nervura anular 29 separada por ranhuras anulares 29', em uma seção projetada em um plano axial.

[0074] Em outra concretização (não mostrada), a superfície interna 23 do anel de vedação 21 é sem variações abruptas. Nesse caso, pode ter uma forma cilíndrica, ou, alternativamente, uma forma redonda ou toroidal, ou uma forma tronco-cônica com um ângulo de conicidade ζ da superfície 23, com referência ao eixo A, de cerca de 3^o. Isso facilita a montagem do anel 21 no pino 2.

[0075] Em virtude do anel de reforço 25, como nas concretizações anteriores da junta descritas acima, o anel de vedação 21 exerce uma força de envolvimento que pressiona a sua superfície interna contra a superfície do pino externa, desse modo, aumentando a rigidez entre o anel de vedação 21 e a superfície externa do pino 2.

[0076] A força de envolvimento exercida pelo anel de vedação 12 pode ser melhorada ainda mais pela pequena conicidade da superfície do pino 2, na região projetada para o segundo anel de vedação 21, após a constituição estar completa. A superfície dessa região pode ser inclinada em relação ao eixo A por um ângulo ε menor do que 15°, de preferência, 3^o. Isso tem a função de impedir que o anel de vedação 21 deslize para longe da sua posição, durante operação, por oposição de uma força de aperto.

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Neste caso, o anel de vedação 21 é mantido no lugar por ambas as forças de atrito e uma tensão de engate crescente, gerada pela conicidade da superfície do pino.

[0077] Com particular referência à Figura 8, quando os mesmos itens das concretizações descritas acima são indicados pelos mesmos números de referência, mostra-se uma terceira concretização da junta de acordo com a invenção.

[0078] Na extremidade da caixa 3, localiza-se o primeiro anel de vedação 60 de material elastomérico. Esse anel de vedação 60 tem uma seção transversal em um plano axial substancialmente retangular e dotado com uma pequena nervura 61, em correspondência com uma borda da dita seção transversal. A pequena nervura 61 (Figura 9) é a seção de uma protuberância anular projetando-se na direção axial.

[0079] O anel de vedação 60 pode ser também dotado com um anel de reforço, tendo, por exemplo, uma seção transversal de forma em L, completamente embutida no anel de vedação ou tendo uma das suas superfícies expostas à parte externa do anel de vedação, ou rente a uma base ou projetando-se dessa base.

[0080] A superfície interna do nariz 15 da caixa 3 tem uma forma cilíndrica complementar à forma da superfície externa do anel de vedação 60.

[0081] A superfície externa da região do pino 2, na qual o dito anel 60 é alojado antes da constituição, tem também uma forma cilíndrica, mas é dotada com um recesso ou degrau anular, para reter a nervura 61 de uma forma estável.

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20/23 [0082] Também, nessa concretização da invenção, o primeiro anel de vedação é vantajosamente pré-montado no pino 2, evitando, desse modo, dano desse anel de vedação durante a constituição.

[0083] No que diz respeito ao segundo anel de vedação 70, nessa terceira concretização da junta, é também prémontado no pino antes da constituição.

[0084] O segundo anel de vedação 70 é mostrado montado na junta, em uma posição sem carga, na Figura 9. A forma da seção transversal do anel de vedação 70 é configurada para proporcionar funções de vedação aperfeiçoadas.

[0085] É dotado com uma base 74, adaptada para encostarse a um ressalto 80 da caixa 3. Na sua extremidade longitudinalmente oposta com relação à base 74, o anel de vedação 70 tem duas bordas anulares 76, 77, que, respectivamente, se projetam além do perímetro do anel 70, nas respectivas direções oblíquas com relação ao eixo A, quando considerado na posição sem carga da Figura 9. No espaço definido entre as duas bordas anulares 76 e 77, uma ranhura anular é definida, que, em seção axial, aparece como uma boca em forma de V.

[0086] Essa ranhura anular aloja vantajosamente um anel de reforço 75, firmemente ajustado na dita ranhura. O anel 75 tem, de preferência, uma seção transversal circular e é constituído de um material diferente de um elastômero, mas de uma maior rigidez, de preferência, mas não exclusivamente, metal.

[0087] Em virtude do anel de reforço 75, como nas concretizações anteriores da junta descrita acima, o anel

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21/23 de vedação 70 exerce uma força de envolvimento, que pressiona a sua superfície interna contra a superfície do pino externa, aumentando, desse modo, a rigidez entre o anel de vedação 70 e a superfície externa do pino 2.

[0088] O segundo anel de vedação 70 é também dotado com a sua própria nervura anular 79, em correspondência com uma borda da base 74. Essa nervura anular 79 é capaz, durante a constituição, de acoplar-se entre a superfície interna da caixa 3, abaixo do ressalto 80, e a superfície externa do pino 2, para aperfeiçoar ainda mais a selagem.

[0089] Nas Figuras 8 e 9, ambas as superfícies, externa e interna do anel de vedação 70, são sem variações abruptas. Neste caso, podem ter uma forma cilíndrica, ou, alternativamente, uma forma redonda ou toroidal, ou uma forma tronco-cônica.

[0090] No entanto, em outras possíveis concretizações, o anel de vedação 7 0 pode ter o seu corpo principal dotado, externa e/ou internamente, com uma ou mais nervuras anulares separadas por ranhuras anulares, como na seção projetada em um plano axial da Figura 7.

[0091] A combinação de uma concretização do primeiro ou anel de vedação externo 30, 40, 60 com quaisquer das concretizações descritas do segundo ou anel de vedação interno 6, 21, 70 oferece uma ótima proteção para a junta

1. Ambos os primeiro e segundo anéis de vedação, que são localizados na extremidade da caixa, combinam as suas funções de selagem individuais, para impedir que os fluidos externos, que ocupam o espaço 17, externo à junta, vazem para a zona rosqueada da junta 1.

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22/23 [0092] Os anéis de vedação descritos podem ser feitos de materiais elastoméricos, que, nessa aplicação, são intencionados para incluir qualquer material natural ou sintético tendo propriedades elásticas, incluindo borrachas, plásticos, polímeros, etc.

[0093] Os anéis de reforço, completa ou parcialmente embutidos ou firmemente encaixados no corpo dos anéis de vedação, em quaisquer das concretizações ilustradas acima, são feitos de vários materiais, de preferência, metal, mais resistentes mecanicamente do que o material elastomérico dos anéis de vedação. Por exemplo, os anéis de reforço podem ser feitos de alumínio, cobre, prata, níquel, aço ou aço inoxidável. Alguns anéis de reforço são depositados ou revestidos com cádmio, cobre, níquel, prata, ouro ou índio. Outros são tratados termicamente, endurecidos por envelhecimento ou recozidos. De preferência, a espessura radial dos anéis de reforço deve ser sempre menor do que a espessura radial dos anéis de vedação elastoméricos, para propiciar a deformação do elastômero, quando comprimidos no espaço entre o pino e a caixa.

[0094] Vantajosamente, um revestimento é aplicado àquelas superfícies de ambos o pino e a caixa que ficam em contato com os primeiro e segundo anéis de vedação nas várias concretizações.

[0095] A junta rosqueada da invenção oferece, desse modo, uma capacidade de selagem aperfeiçoada e proteção contra dano de constituição e ruptura, em virtude dos aspectos mencionados acima. A junta deve ser usada, de preferência, no campo de OCTGs e conexões de tubos em linha

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23/23 para a indústria e óleo & gás, especialmente, em aplicações em alto-mar. Pode ser empregada em profundidades de até 3.500 m, nas quais a parte rosqueada se mantém protegida de infiltração de água externa.

[0096] As Figuras 2, 4 e 8 mostram esquematicamente a junta com os anéis de vedação, em uma posição com carga. Portanto, a forma dos anéis de vedação pode ser diferente daquela mostrada, de acordo com as diferentes condições de carga.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Junta rosqueada compreendendo:

um tubo rosqueado macho (2), definido como o pino, um tubo rosqueado fêmea (3) , definido como a caixa, o pino sendo configurado para ser constituído na caixa, os pino e caixa definindo um eixo longitudinal comum (A); e um primeiro anel de vedação (30, 40, 60) e um segundo anel de vedação elastomérico (6, 21, 70) interpostos entre os pino e caixa, e localizados em uma parte da superfície da caixa (3), entre uma extremidade de uma parte rosqueada (5) da caixa e um nariz (15) da caixa (3) , e ficando em um contato de vedação firme, por meio de respectivas superfícies radialmente externas, em um lado com uma superfície interna da caixa (3) , e, por meio de respectivas superfícies radialmente internas, com uma superfície externa do pino (2), a superfície interna da caixa sendo dotada com um primeiro recesso, feito próximo do nariz (15) da caixa (3), para alojamento do primeiro anel de vedação (30, 40, 60) , e com um segundo recesso (18) , feito dentro da sua espessura, para alojamento do segundo anel de vedação (6, 21, 70) , posicionado entre o primeiro recesso e a parte rosqueada (5) da caixa (3), caracterizada por o primeiro anel de vedação (30, 40, 60) ser de um material elastomérico e ser dotado com um anel de reforço (34, 43, 7, 25, 75) e em que o segundo anel de vedação (6, 21, 70) é dotado com um anel de reforço (7, 25, 75) .

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2. Junta rosqueada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o primeiro anel de vedação (30) ter uma extremidade radialmente externa (31) de forma tronco-cônica.
3. Junta rosqueada de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a superfície radialmente interna (37, 47) do primeiro anel de vedação (30, 40) ter uma forma tronco-cônica.
4. Junta rosqueada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o primeiro anel de vedação (60) ter uma extremidade radialmente externa de forma cilíndrica.
5. Junta rosqueada de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por a superfície radialmente interna do primeiro anel de vedação (60) ter uma forma cilíndrica, dotada com uma nervura anular (61) em correspondência com uma borda.
6. Junta rosqueada de acordo com quaisquer das reivindicações de 1 a 5, caracterizada por a superfície interna do segundo anel de vedação (6) compreender, quando em uma posição sem carga, duas superfícies anulares tronco-cônicas (19, 20) estreitando-se no sentido do centro do dito segundo anel de vedação (6) e unidas por um filete (10).
7. Junta rosqueada de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por as ditas superfícies anulares tronco-cônicas (19, 20) terem os respectivos ângulos de conicidade (α, γ) de valores iguais ou diferentes.

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8. Junta rosqueada de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por as ditas superfícies anulares tronco-cônicas (19, 20) terem ângulos (α, γ) com valores satisfazendo as relações a > β e γ > δ, em que β é o ângulo de golpe e δ é o ângulo de carga de flancos de rosca da parte rosqueada.
9. Junta rosqueada de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por o segundo anel de vedação (6) ter duas nervuras anulares salientes (11, 12) na sua superfície externa.
10. Junta rosqueada de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por o primeiro anel de vedação (6) ter duas bases planas (8, 9), opostas entre si.
11. Junta rosqueada de acordo com quaisquer das reivindicações de 1 a 5, caracterizada por o segundo anel de vedação (21, 70) ter pelo menos duas bordas anulares salientes (26, 27, 76,

77), posicionadas a um ângulo oblíquo em relação à base (A).
12. Junta rosqueada de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por o segundo anel de vedação (21, 70) ter uma ou mais nervuras anulares salientes (22), pelo menos na sua superfície externa.
13. Junta rosqueada de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizada por o segundo anel de vedação (70) ser dotado de sua própria nervura anular (79), em correspondência com uma borda de uma base (74) .

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14. Junta rosqueada de acordo com quaisquer das reivindicações de 1 a 13, caracterizada pelo fato de que o anel de reforço (34, 43) do primeiro anel de vedação (30, 40) tem uma seção transversal em forma de L, quando projetado em um plano axial.