BR112016012511B1

BR112016012511B1 - Acoplamento para unir elementos de tubos em relação de extremidade para extremidade

Info

Publication number: BR112016012511B1
Application number: BR112016012511-8A
Authority: BR
Inventors: Matthew A. Bowman
Original assignee: Victaulic Company
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2020-12-15
Also published as: BR112016012511A2; KR20160102153A; ES2720491T3; IL244485A0; AU2014370101B2; CN106062457B; AU2014370101A1; TWI657213B; JP6566485B2; JP2017508103A; CN106062457A; US10371295B2; MX369972B; AU2019200142B2; CA2924125C; TW201537079A; CL2016001610A1; AU2019200142A1; WO2015100121A1; KR102123577B1

Abstract

acoplamento de anel fendido. um acoplamento de tubo tem segmentos fixados extremidade com extremidade para definir um espaço central que recebe elementos de tubos inseridos entre os segmentos. os segmentos são suportados sobre anéis fendidos recebidos dentro de ranhuras em cada segmento. os segmentos são suportados em relação de espaçados em um estado pré-montado para permitir inserção sem desmontagem do acoplamento. as ranhuras nos segmentos têm uma superfície de fundo com três partes de superfície. duas das partes de superfície em cada ranhura de cada segmento encaixam com os anéis fendidos quando os segmentos são suportados em relação de espaçados.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA PARA PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido é um não provisório do pedido de patente provisório US 61/920.138, depositado em 23 de dezembro de 2013, e reivindica benefício de prioridade para o mesmo, cujo pedido provisório está incorporado a este documento pela referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] Esta invenção diz respeito a acoplamentos mecânicos de tubos para unir elementos de tubos em relação de extremidade para extremidade.

ANTECEDENTES

[003] Acoplamentos mecânicos de técnica anterior para unir elementos de tubos conjuntamente extremidade com extremidade compreendem segmentos que podem ser conectados que são posicionáveis circundando circunferencialmente as partes de extremidades de elementos de tubos alinhados coaxialmente. O termo “elemento de tubo” é usado neste documento para descrever qualquer item semelhante a tubo ou componente tendo uma forma semelhante a tubo. Elementos de tubos incluem material de tubo, encaixes de tubo tais como cotovelos, tampas e tês assim como componentes de controle de fluido tais como válvulas, redutores, filtros, restritores, reguladores de pressão e outros mais.

[004] Cada segmento de acoplamento mecânico compreende um alojamento tendo superfícies arqueadas que se projetam radialmente para dentro do alojamento e encaixam com elementos de tubos de extremidades lisas, elementos de tubo de extremidades de ressaltos, elementos de tubos de ressaltos e cordões ou ranhuras circunferenciais que se estendem em volta de cada um dos elementos de tubos a ser unidos. O encaixe entre as superfícies arqueadas e os elementos de tubos fornece restrição mecânica para a união e assegura que os elementos de tubos permanecem acoplados mesmo sob pressão interna e forças externas altas. Os alojamentos definem um canal anular que recebe uma gaxeta ou vedação, tipicamente um anel elastomérico que encaixa com as extremidades de cada elemento de tubo e coopera com os segmentos para fornecer uma vedação à prova de fluido. Os segmentos têm componentes de conexão, tipicamente na forma de orelhas que se projetam para fora dos alojamentos. As orelhas são adaptadas para receber prendedores, tais como porcas e parafusos, os quais podem ser apertados ajustavelmente para puxar os segmentos um na direção do outro.

[005] Para assegurar um bom encaixe entre os acoplamentos e os elementos de tubos, as superfícies arqueadas nos acoplamentos de técnica anterior têm um raio de curvatura que é substancialmente casado com o raio de curvatura da superfície externa do elemento de tubo com o qual ele deve encaixar. Para acoplamentos usados com elementos de tubos ranhurados, os raios de curvatura das superfícies arqueadas são menores que os raios de curvatura das superfícies externas dos elementos de tubos fora das ranhuras de tal maneira que as superfícies arqueadas encaixam dentro das ranhuras e de modo apropriado.

[006] Esta relação geométrica entre as superfícies arqueadas dos acoplamentos e as superfícies externas dos elementos de tubos nos acoplamentos de técnica anterior resulta em um processo de instalação demorado quando acoplamentos mecânicos são usados. Tipicamente, o acoplamento é recebido pelo técnico com os segmentos aparafusados conjuntamente e a vedação de anel capturada dentro dos canais dos segmentos. O técnico primeiro desmonta o acoplamento ao soltar os parafusos, remove a vedação de anel, lubrifica a mesma (se não for pré- lubrificada) e a coloca em volta das extremidades dos elementos de tubos a ser unidos. Instalação da vedação de anel exige que ela seja lubrificada e esticada significativamente para acomodar os elementos de tubo, uma tarefa frequentemente difícil e desordenada, já que a vedação de anel é usualmente rígida e a lubrificação torna difícil manipulação manual da vedação. Com a vedação de anel no lugar em ambos os elementos de tubos, os segmentos são então colocados um de cada vez sobre as extremidades dos elementos de tubos e capturando a vedação de anel contra eles. Durante colocação, os segmentos encaixam a vedação, as superfícies arqueadas são alinhadas com as ranhuras quando presentes, ou com marcas de alinhamento feitas nas superfícies externas dos elementos de tubos, os parafusos são inseridos através das orelhas, as porcas são colocadas nos parafusos e apertadas, puxando os segmentos de acoplamento um na direção do outro, comprimindo a vedação e encaixando a superfície arqueada dentro das ranhuras.

[007] Tal como evidente a partir da descrição anterior, instalação de acoplamentos mecânicos de tubos de acordo com a técnica anterior exige que o técnico tipicamente manuseie pelo menos sete partes de peça individuais (e mais quando o acoplamento tem mais que dois segmentos), e deve desmontar e remontar totalmente o acoplamento. Tempo, esforço e custo significativos seriam economizados se o técnico pudesse instalar um acoplamento mecânico de tubos sem primeiro desmontá-lo e então remontá-lo totalmente, peça por peça.

SUMÁRIO

[008] A invenção diz respeito a um acoplamento para unir elementos de tubos em relação de extremidade para extremidade. Em uma modalidade de exemplo, o acoplamento compreende uma pluralidade de segmentos fixados uns aos outros extremidade com extremidade em relação de espaçados ao lado. Os segmentos circundam um espaço central para receber os elementos de tubos. Cada um dos segmentos tem um canal se estendendo entre as extremidades. Cada um dos segmentos tem primeira e segunda ranhuras se estendendo entre as extremidades. As ranhuras são posicionadas em relação de espaçadas uma da outra em lados opostos do canal. Cada uma das ranhuras é definida por duas superfícies laterais arranjadas em relação de espaçadas, e uma superfície de fundo se estendendo entre elas. Cada superfície de fundo compreende primeira e segunda partes de superfície arranjadas respectivamente em extremidades opostas dos segmentos, e uma terceira parte de superfície posicionada entre elas. Cada uma das primeira e segunda partes de superfície tem um raio de curvatura maior que o da terceira parte de superfície. O acoplamento de exemplo também inclui um primeiro anel fendido posicionado dentro da primeira ranhura e um segundo anel fendido posicionado dentro da segunda ranhura. Os primeiro e segundo anéis fendidos encaixam com as primeira e segunda partes de superfície dos fundos nas primeira e segunda ranhuras e suportam os segmentos em relação de espaçados ao lado.

[009] Em uma modalidade de exemplo particular, pelo menos um dos anéis fendidos tem um raio de curvatura externo e um raio de curvatura interno. O raio de curvatura interno é pelo menos igual a um raio externo dos elementos de tubos neste exemplo. Além disso, neste exemplo, o raio de curvatura das primeira e segunda partes de superfície em pelo menos um dos segmentos é substancialmente igual ao raio de curvatura externo do pelo menos um anel fendido.

[010] Em uma modalidade de exemplo, pelo menos um dos anéis fendidos suporta os segmentos em um estado pré- montado em que os segmentos são suportados sobre o pelo menos um anel fendido em relação de espaçados ao lado suficiente para permitir que os elementos de tubos sejam inseridos no espaço central. Nesta modalidade de exemplo, o pelo menos um anel fendido tem rigidez suficiente para manter os segmentos no estado pré-montado para manuseio do acoplamento durante inserção dos elementos de tubos.

[011] A título de exemplo, pelo menos uma das primeira e segunda partes de superfície tem um comprimento se estendendo em cerca de 5% a cerca de 30% de um comprimento total de pelo menos uma das ranhuras. Em um exemplo adicional, pelo menos um dos anéis fendidos tem uma forma seccional transversal retangular. Em uma outra modalidade de exemplo, pelo menos um dos anéis fendidos compreende uma pluralidade de dentes arranjados em relação de espaçados um do outro. Os dentes se estendem circunferencialmente ao longo do pelo menos um anel fendido e se projetam na direção de um centro do espaço central.

[012] O acoplamento de acordo com uma outra modalidade de exemplo compreende ainda uma vedação posicionada dentro dos canais dos segmentos. A título de exemplo, a vedação compreende um anel flexível resiliente tendo superfícies internas de anel adaptadas para encaixar com superfícies externas dos elementos de tubos. As superfícies internas de anel têm um diâmetro dimensionado para receber os elementos de tubos mediante inserção dos elementos de tubos entre os segmentos.

[013] Em uma modalidade de exemplo particular, as superfícies internas de anel compreendem primeira e segunda beiras se estendendo circunferencialmente ao longo do anel. As beiras são posicionadas em lados opostos do anel em relação de espaçadas ao lado e se projetam substancialmente para dentro uma na direção da outra. As beiras são adaptadas para encaixar com os elementos de tubos e formar uma vedação à prova de fluido quando o anel é comprimido pelos segmentos. A título de exemplo, cada uma das primeira e segunda beiras tem uma superfície cônica voltada para fora do anel. As superfícies cônicas têm uma largura dimensionada para encaixar e guiar os elementos de tubos entre os segmentos quando os elementos de tubos são inseridos entre eles.

[014] Em uma modalidade de exemplo, o elemento de vedação compreende uma parede traseira e primeira e segunda paredes laterais posicionadas em relação de espaçadas ao lado em lados opostos do anel. As paredes laterais se estendem substancialmente de forma radial para dentro a partir da parede traseira. A primeira beira é fixada à primeira parede lateral e a segunda beira é fixada à segunda parede lateral. Uma nervura é fixada à parede traseira. A nervura se estende circunferencialmente ao longo do anel. A nervura é posicionada entre as primeira e segunda beiras e se projeta substancialmente de forma radial para dentro nesta modalidade de exemplo. A nervura encaixa com extremidades dos elementos de tubos mediante inserção dos mesmos entre os segmentos.

[015] Adicionalmente a título de exemplo, os segmentos compreendem componentes de conexão que podem ser apertados ajustavelmente para puxar os segmentos na direção do espaço central. Os componentes de conexão que podem ser apertados ajustavelmente incluem uma pluralidade de prendedores. Os prendedores se estendem entre os segmentos e retêm os segmentos conjuntamente em um estado pré-montado em que os segmentos são suportados sobre o pelo menos um anel fendido.

[016] Uma modalidade de exemplo compreende ainda pelo menos uma primeira superfície orientada angularmente localizada em um primeiro segmento dos segmentos, e pelo menos uma segunda superfície orientada angularmente localizada em um segundo segmento dos segmentos. As primeira e segunda superfícies orientadas angularmente ficam em relação de confrontação e deslizam uma sobre a outra quando os prendedores são apertados para colocar as primeira e segunda superfícies orientadas angularmente em contato. Movimento de deslizamento entre as primeira e segunda superfícies orientadas angularmente faz com que os primeiro e segundo segmentos girem em direções opostas um em relação ao outro.

[017] Em uma outra modalidade de exemplo, um acoplamento para unir elementos de tubos em relação de extremidade para extremidade compreende uma pluralidade de segmentos fixados uns aos outros extremidade com extremidade em relação de espaçados ao lado e circundando um eixo geométrico central e definindo um espaço central para receber os elementos de tubos. Cada um dos segmentos tem um canal definido por uma parede traseira se estendendo entre as extremidades dos segmentos. Cada uma das paredes traseiras tem uma superfície confrontando o eixo geométrico central. Cada um dos segmentos tem primeira e segunda ranhuras se estendendo entre as extremidades. As ranhuras são posicionadas em relação de espaçadas uma da outra em lados opostos do canal. Cada uma das ranhuras é definida por duas superfícies laterais arranjadas em relação de espaçadas e uma superfície de fundo se estendendo entre elas. Cada uma das superfícies de fundo confronta o eixo geométrico central. Um primeiro anel fendido é posicionado dentro da primeira ranhura e um segundo anel fendido é posicionado dentro da segunda ranhura dos segmentos. Pelo menos um dos primeiro e segundo anéis fendidos encaixa com pelo menos uma das superfícies de fundo em uma das primeira e segunda ranhuras perto das extremidades do pelo menos um segmento e suporta desse modo os segmentos na relação de espaçados ao lado. Para o pelo menos um segmento, uma distância entre a superfície da parede traseira e a superfície de fundo, tal como medida ao longo de uma linha se projetando radialmente se estendendo do eixo geométrico central, é um primeiro valor em um primeiro ponto a meio caminho entre as extremidades do pelo menos um segmento, e um segundo valor em um segundo ponto próximo a pelo menos uma das extremidades do pelo menos um segmento. O primeiro valor é maior que o segundo valor.

[018] A título de exemplo, o acoplamento para unir elementos de tubos em relação de extremidade para extremidade compreende uma pluralidade de segmentos fixados uns aos outros extremidade com extremidade em relação de espaçados ao lado e circundando um espaço central para receber os elementos de tubos. Cada um dos segmentos tem um canal se estendendo entre as extremidades. Cada um dos segmentos tem pelo menos uma ranhura se estendendo entre as extremidades. A pelo menos uma ranhura é posicionada adjacente ao canal. A pelo menos uma ranhura é definida por duas superfícies laterais arranjadas em relação de espaçadas e uma superfície de fundo se estendendo entre elas. A superfície de fundo compreende primeira e segunda partes de superfície arranjadas respectivamente em extremidades opostas dos segmentos, e uma terceira parte de superfície posicionada entre elas. Cada uma das primeira e segunda partes de superfície tem um raio de curvatura maior que o da terceira parte de superfície nesta modalidade de exemplo. Um anel fendido é posicionado dentro da pelo menos uma ranhura. O anel fendido encaixa com as primeira e segunda partes de superfície dos fundos e suporta os segmentos em relação de espaçados ao lado.

[019] Em uma modalidade de exemplo particular, o anel fendido tem um raio de curvatura externo e um raio de curvatura interno. O raio de curvatura interno é pelo menos igual a um raio externo dos elementos de tubos, e o raio de curvatura das primeira e segunda partes de superfície em pelo menos um dos segmentos é substancialmente igual ao raio de curvatura externo do anel fendido.

[020] Em uma modalidade de exemplo, o anel fendido suporta os segmentos em um estado pré-montado em que os segmentos são suportados sobre o anel fendido em relação de espaçados ao lado suficiente para permitir que os elementos de tubos sejam inseridos no espaço central. Em uma modalidade de exemplo particular, o anel fendido tem rigidez suficiente para manter os segmentos no estado pré- montado para manuseio do acoplamento durante inserção dos elementos de tubos.

[021] A título de exemplo, pelo menos uma das primeira e segunda partes de superfície tem um comprimento se estendendo em cerca de 5% a cerca de 30% de um comprimento total de pelo menos uma das ranhuras. Em um exemplo adicional, o anel fendido tem uma forma seccional transversal retangular. Em um outro exemplo, o anel fendido compreende uma pluralidade de dentes arranjados em relação de espaçados uns dos outros e se estendendo circunferencialmente ao longo do anel fendido. Os dentes se projetam na direção de um centro do espaço central neste exemplo.

[022] A invenção abrange ainda um acoplamento para unir elementos de tubos em relação de extremidade para extremidade. Em uma outra modalidade de exemplo, o acoplamento compreende uma pluralidade de segmentos fixados uns aos outros extremidade com extremidade em relação de espaçados ao lado e circundando um espaço central para receber os elementos de tubos. Cada um dos segmentos tem um canal se estendendo entre as extremidades. Cada um dos segmentos tem primeira e segunda ranhuras se estendendo entre as extremidades. As ranhuras são posicionadas em relação de espaçadas uma da outra em lados opostos do canal. Cada uma das ranhuras é definida por duas superfícies laterais arranjadas em relação de espaçadas e uma superfície de fundo se estendendo entre elas. Cada superfície de fundo compreende primeira e segunda partes de superfície arranjadas respectivamente em extremidades opostas dos segmentos e uma terceira parte de superfície posicionada entre elas. Cada uma das primeira e segunda partes de superfície tem um centro de curvatura deslocado de um centro de curvatura da terceira parte de superfície. Um primeiro anel fendido é posicionado dentro da primeira ranhura, e um segundo anel fendido é posicionado dentro da segunda ranhura. Os primeiro e segundo anéis fendidos encaixam com as primeira e segunda partes de superfície dos fundos nas primeira e segunda ranhuras e suportam os segmentos na relação de espaçados ao lado.

[023] Em uma modalidade de exemplo particular, pelo menos um dos anéis fendidos tem um raio de curvatura externo e um raio de curvatura interno. O raio de curvatura interno é pelo menos igual a um raio externo dos elementos de tubos. Nesta modalidade de exemplo, as primeira e segunda partes de superfície em pelo menos um dos segmentos têm respectivos raios de curvatura substancialmente iguais ao raio de curvatura externo do pelo menos um anel fendido.

[024] Em uma outra modalidade de exemplo, pelo menos um dos anéis fendidos suporta os segmentos em um estado pré- montado em que os segmentos são suportados sobre o pelo menos um anel fendido em relação de espaçados ao lado suficiente para permitir que os elementos de tubos para sejam inseridos no espaço central.

[025] A título de exemplo, o pelo menos um anel fendido tem rigidez suficiente para manter os segmentos no estado pré-montado para manuseio do acoplamento durante inserção dos elementos de tubos.

[026] Em uma modalidade de exemplo, pelo menos uma das primeira e segunda partes de superfície tem um comprimento se estendendo em cerca de 5% a cerca de 30% de um comprimento total de pelo menos uma das ranhuras.

[027] Em uma modalidade de exemplo particular, pelo menos um dos anéis fendidos tem uma forma seccional transversal retangular. Em uma outra modalidade de exemplo, pelo menos um dos anéis fendidos compreende uma pluralidade de dentes arranjados em relação de espaçados uns dos outros. Os dentes se estendem circunferencialmente ao longo do pelo menos um anel fendido. Os dentes se projetam na direção de um centro do espaço central.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[028] A figura 1 é uma vista axial de um acoplamento de tubo de exemplo de acordo com a invenção;

[029] A figura 1A é uma vista isométrica explodida do acoplamento de tubo mostrado na figura 1;

[030] A figura 2 é uma vista isométrica de um segmento do acoplamento de tubo mostrado na figura 1;

[031] A figura 3 é uma vista seccional transversal parcial do acoplamento de tubo mostrado na figura 1;

[032] A figura 3A é uma vista seccional transversal parcial de uma modalidade de exemplo de um acoplamento de tubo de acordo com a invenção;

[033] A figura 3B é uma vista isométrica de um segmento do acoplamento de tubo mostrado na figura 3A;

[034] As figuras 3C, 3D e 3E são vistas seccionais transversais de modalidades de exemplo de segmentos de acoplamento de acordo com a invenção;

[035] As figuras 4 e 5 são vistas axiais de uma outra modalidade de exemplo de um acoplamento de tubo de acordo com a invenção;

[036] A figura 5A é uma vista seccional longitudinal do acoplamento de tubo mostrado nas figuras 4 e 5;

[037] As figuras 6 e 7 são vistas isométricas de vedações de exemplo usadas com os acoplamentos de tubos de acordo com a invenção;

[038] As figuras 8-10 são vistas seccionais longitudinais ilustrando um método de usar os acoplamentos de tubos de acordo com a invenção; e

[039] A figura 11 é uma vista axial de um acoplamento de exemplo de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[040] As figuras 1 e 1A mostram um acoplamento de exemplo 10 de acordo com a invenção. O acoplamento 10 compreende uma pluralidade de segmentos, neste exemplo os dois segmentos 12 e 14 fixados um ao outro extremidade com extremidade circundando um espaço central 16. Tal como mostrado na figura 2, cada um dos segmentos 12 e 14 (mostrado o 12) tem um canal 20 que se estende entre as extremidades 22 e 24 dos segmentos. Cada segmento 12 e 14 também tem as primeira e segunda ranhuras 26 e 28. As ranhuras 26 e 28 se estendem entre extremidades 22 e 24 dos segmentos e ficam posicionadas em relação de espaçadas uma da outra em lados opostos do canal 20. Cada ranhura 26 e 28 é definida por duas superfícies laterais 30 e 32, arranjadas em relação de espaçadas, e por uma superfície de fundo 34 que se estende entre as superfícies laterais. Tal como mostrado nas figuras 2 e 3, a superfície de fundo 34 compreende as três partes de superfície 36, 38 e 40. As primeira e segunda partes de superfície 36 e 38 são arranjadas, respectivamente, nas extremidades opostas 22 e 24 dos segmentos 12 e 14. A terceira parte de superfície 40 fica posicionada entre as primeira e segunda partes de superfície 36 e 38. Cada uma das primeira e segunda partes de superfície 36 e 38 tem um respectivo raio de curvatura 42 e 44, e estes raios são maiores que o raio de curvatura 46 da terceira parte de superfície 40. As primeira e segunda partes de superfície 36 e 38 vantajosamente têm um comprimento de cerca de 5% a cerca de 30% do comprimento total de uma das ranhuras 26, 28.

[041] Tal como mostrado nas figuras 1, 1A e 3, o acoplamento 10 inclui os primeiro e segundo anéis fendidos 48 e 50. O anel fendido 48 é posicionado dentro da ranhura 26 e o anel fendido 50 é posicionado dentro da ranhura 28 dos segmentos 12 e 14. Com referência para a figura 3, os anéis fendidos (sendo mostrado o 48) têm um raio de curvatura externo 52 e um raio de curvatura interno 54. Em seu estado não deformado, o raio de curvatura externo 52 dos anéis fendidos é dimensionado de tal maneira que os anéis fendidos 48 e 50 encaixam com as primeira e segunda partes de superfície 36 e 38 da superfície de fundo 34 e desse modo suportam os segmentos 12 e 14 em relação de espaçados ao lado suficiente para permitir que elementos de tubos sejam inseridos no espaço central 16 tal como descrito detalhadamente a seguir. Esta configuração espaçada dos segmentos (mostrada nas figuras 1 e 3) é conhecida como o “estado pré-montado”, e a rigidez dos anéis fendidos 48 e 50 é suficiente para manter os segmentos 12 e 14 neste estado pré-montado durante expedição, manuseio e montagem da união. É vantajoso que os raios de curvatura 42 e 44 das primeira e segunda partes de superfície 36 e 38 da superfície de fundo 34 das ranhuras 26 e 28 seja substancialmente igual aos raios de curvatura dos anéis fendidos 48 e 50 em seu estado não deformado. Também para esta finalidade, quando em seu estado não deformado, os raios de curvatura internos 54 dos anéis fendidos 48 e 50 são dimensionados para serem pelo menos tão grandes quanto o raio máximo dos elementos de tubos que o acoplamento 10 deve unir. Isto permite inserção dos elementos de tubos no espaço central 16 quando o acoplamento 10 está em seu estado pré-montado tal como descrito a seguir.

[042] No estado pré-montado, os segmentos 12 e 14 são fixados um ao outro extremidade com extremidade circundando o espaço central 16 e são suportados em relação de espaçados um do outro tal como mostrado na figura 1, o espaçamento sendo suficiente para permitir que elementos de tubos sejam inseridos entre os segmentos 12 e 14 no espaço central 16. Interligação dos segmentos 12 e 14 é efetuada por meio de componentes de conexão, preferivelmente na forma das orelhas 56 e 58 mostradas nas figuras 1 e 2. As orelhas preferivelmente são posicionadas em cada extremidade de cada segmento e se projetam para fora dos segmentos. As orelhas 56 e 58 são posicionadas em relação de confrontação uma à outra e adaptadas para receber prendedores, preferivelmente na forma dos parafusos 60 e das porcas 62, que podem ser apertados ajustavelmente e que cooperam com as orelhas 56 e 58 para conectar ajustavelmente os segmentos de acoplamento um ao outro tal como discutido com detalhes adicionais a seguir. A rigidez dos anéis fendidos 48 e 50, embora suficiente para suportar os segmentos 12 e 14 na relação de espaçados do estado pré- montado, não é tão grande a ponto de impedir o uso de ferramentas de mão para apertar os parafusos 60 e as porcas 62 para puxar os segmentos 12 e 14 na direção do espaço central 16, deformando desse modo os anéis fendidos para o ponto onde seus raios externos 52 são menores e substancialmente iguais aos raios da terceira parte de superfície 40 das ranhuras 26 e 28. Os raios internos 54 também se tornam menores à medida que os anéis fendidos deformam para permitir que eles encaixem em ranhuras em elementos de tubos e fornecer encaixe mecânico entre o acoplamento 10 e os elementos de tubos para reter os elementos de tubos no acoplamento contra forças aplicadas externamente assim como forças por causa de pressão interna dentro dos elementos de tubos que tenderiam a causar separação da união (outros tipos de elementos de tubos, por exemplo, elementos de tubos com ressaltos e ressaltos e cordões, também podem ser encaixados efetivamente pelos raios internos 54). Quando usados com elementos de tubos ranhurados é vantajoso que os anéis fendidos tenham uma forma seccional transversal retangular (tal como mostrado na figura 1A) a fim de fornecer encaixe substancialmente contínuo dentro das ranhuras. Em uma outra modalidade de acoplamento 64, mostrada nas figuras 4, 5 e 5A, os anéis fendidos 66 compreendem uma pluralidade dos dentes 68. Os dentes 68 são arranjados em relação de espaçados um ao lado outro e se estendem circunferencialmente em volta dos anéis fendidos 66. Os anéis fendidos 66 são usados vantajosamente com elementos de tubos de extremidades lisas. Os dentes 68 se projetam na direção do centro 70 do espaço central 16 e são forçados para encaixe com a superfície externa do tubo de extremidade lisa quando os anéis fendidos 66 são deformados ao apertar os parafusos 60 e as porcas 62 para puxar os segmentos 12 e 14 na direção do espaço central 16. Os dentes mordem nos elementos de tubos para fornecer o encaixe mecânico desejado para prender os elementos de tubos ao acoplamento. Uso do tipo de anel fendido (dentado ou de seção transversal retangular) é esperado para fornecer acoplamentos de tubos com excepcional rigidez. Os segmentos vantajosamente são formados de metal, tal como ferro, e os anéis fendidos podem ser formados de aço de mola, aço inoxidável, liga de cobre e berílio, assim como polímeros incluindo plásticos tais como náilon e acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS).

[043] As figuras 3A e 3B mostram um outro acoplamento de exemplo 11 de acordo com a invenção. Similar ao acoplamento 10, o acoplamento 11 compreende uma pluralidade de segmentos, neste exemplo, os dois segmentos 13 e 15 fixados um ao outro extremidade com extremidade circundando um espaço central 17. Tal como mostrado na figura 3B, cada um dos segmentos 13 e 15 (mostrado o 13) tem um canal 21 que se estende entre as extremidades 23 e 25 dos segmentos. Cada segmento 13 e 15 também tem as primeira e segunda ranhuras 27 e 29. As ranhuras 27 e 29 se estendem entre as extremidades 23 e 25 dos segmentos e ficam posicionadas em relação de espaçadas uma da outra em lados opostos do canal 21. Cada ranhura 27 e 29 é definida pelas duas superfícies laterais 31 e 33, arranjadas em relação de espaçadas, e por uma superfície de fundo 35 que se estende entre as superfícies laterais. Tal como mostrado nas figuras 3A e 3B, a superfície de fundo 35 compreende as três partes de superfície 37, 39 e 41. As primeira e segunda partes de superfície 37 e 39 são arranjadas, respectivamente, nas extremidades opostas 23 e 25 dos segmentos 13 e 15. A terceira parte de superfície 41 é posicionada entre as primeira e segunda partes de superfície 37 e 39. Cada uma das primeira e segunda partes de superfície 37 e 39 tem um respectivo centro de curvatura 43 e 45, e estes centros de curvatura estão deslocados do centro de curvatura 47 da terceira parte de superfície 41 (isto é, não coincidem com ele). As primeira e segunda partes de superfície 37 e 39 vantajosamente têm um comprimento de cerca de 5% a cerca de 30% do comprimento total de uma das ranhuras 27, 29.

[044] Similar ao acoplamento 10, o acoplamento 11 inclui os primeiro e segundo anéis fendidos 49 e 51 (mostrado o 49). O anel fendido 49 é posicionado dentro da ranhura 27 e o anel fendido 51 é posicionado dentro da ranhura 29 dos segmentos 13 e 15 (ver a figura 3B). Com referência para a figura 3A, os anéis fendidos (sendo mostrado o 49) têm um raio de curvatura externo 53 e um raio de curvatura interno 55. Em seu estado não deformado, o raio de curvatura externo 53 dos anéis fendidos é dimensionado de tal maneira que os anéis fendidos 49 e 51 encaixam com as primeira e segunda partes de superfície 37 e 39 da superfície de fundo 35 e desse modo suportam os segmentos 13 e 15 em relação de espaçados ao lado suficiente para permitir que elementos de tubos sejam inseridos no espaço central 17 tal como descrito detalhadamente a seguir. Esta configuração espaçada dos segmentos (mostrada na figura 3A) é conhecida como o “estado pré-montado”, e a rigidez dos anéis fendidos 49 e 51 é suficiente para manter os segmentos 13 e 15 neste estado pré-montado durante expedição, manuseio e montagem da união. É vantajoso que os raios de curvatura das primeira e segunda partes de superfície 37 e 39 da superfície de fundo 35 das ranhuras 27 e 29 sejam substancialmente iguais aos raios de curvatura dos anéis fendidos 49 e 51 em seu estado não deformado. Também para esta finalidade, quando em seu estado não deformado, os raios de curvatura internos 55 dos anéis fendidos 49 e 51 são dimensionados para serem pelo menos tão grandes quanto o raio máximo dos elementos de tubos que o acoplamento 11 deve unir. Isto permite inserção dos elementos de tubos no espaço central 17 quando o acoplamento 11 está em seu estado pré-montado tal como descrito a seguir. Deve ser notado que, para o acoplamento 11, os raios de curvatura das primeira e segunda partes de superfície 37 e 39 não têm relação exigida para o raio de curvatura da terceira parte de superfície 41, de modo diferente ao do acoplamento 10, em que os raios de curvatura 42 e 44 das partes de superfície 36 e 38 são maiores que o raio de curvatura 46 da terceira parte de superfície 40.

[045] Tal como mostrado na figura 3C, os segmentos de acoplamento de exemplo 21 de acordo com a invenção também podem ser descritos por meio da relação geométrica entre a parede traseira 23, se estendendo entre as extremidades do segmento e definindo o canal 25, e a superfície de fundo 27 da ranhura 29 que recebe os anéis fendidos (não mostrados). A relação geométrica que permite que os anéis fendidos suportem os segmentos 21 em relação de espaçados tal como descrito anteriormente diz respeito a uma primeira distância 31, medida entre a superfície da parede traseira 23 e a superfície de fundo 27 da ranhura 29 ao longo de uma linha se projetando radialmente 33 entre um eixo geométrico central 35 (por exemplo, o eixo geométrico longitudinal de elementos de tubos sendo unidos pelo segmento) e um ponto 37 a meio caminho entre as extremidades do segmento 21, e uma segunda distância 39, medida entre a superfície da parede traseira 23 e a superfície de fundo 27 da ranhura 29 ao longo de uma linha se projetando radialmente 41 entre o eixo geométrico central 35 e um ponto 43 próximo a uma extremidade do segmento 21. O valor da primeira distância 31 é maior que o valor da segunda distância 39 para segmentos de acordo com a invenção.

[046] Esta condição geométrica pode ser concretizada, por exemplo, tal como mostrado na figura 3C ao mudar continuamente a curvatura do fundo 27 à medida que ele atravessa entre os pontos 37 e 43. Em um outro exemplo, mostrado na figura 3D, a curvatura do fundo 27 é mudada repentinamente nas regiões próximas às extremidades do segmento 21. A figura 3E mostra o fundo 28 formado de segmentos retos facetados nas regiões próximas às extremidades dos segmentos para receber os anéis fendidos para suporte dos segmentos em relação de espaçados.

[047] As figuras 6 e 7 mostram exemplos de vedações usadas com os acoplamentos 10, 11 e 64 de acordo com a invenção. A vedação 72 (figura 6) preferivelmente é um anel flexível resiliente formado de material elastomérico. A vedação pode ter as beiras 74 que usam a pressão interna dentro dos tubos para aumentar a força de vedação entre a vedação e as superfícies externas dos elementos de tubos. Tal como mostrado na figura 7, uma outra modalidade de vedação 76 também pode ter uma nervura 78 posicionada entre as beiras 74, a nervura se estendendo circunferencialmente ao longo da vedação e se projetando radialmente para dentro. A nervura 78 fornece uma superfície de batente que encaixa com as extremidades de elementos de tubos para assegurar posicionamento apropriado da vedação 76 relativamente aos elementos de tubos. O encaixe dos elementos de tubos com a nervura 78 também efetua alinhamento das superfícies de encaixe de tubo com as ranhuras (se presentes), ou com marcas de alinhamento na superfície externa dos elementos de tubos. As vedações 72 e 76 são recebidas dentro dos canais 20 (ver as figuras 1A e 2) dos acoplamentos 10 e 64.

[048] Montagem de uma junta de tubulação está ilustrada nas figuras 8-10. Após ambos os elementos de tubos 80 e 82 serem inseridos no acoplamento 10, tal como mostrado nas figuras 8 e 9, as porcas 62 são apertadas (ver também a figura 1). As porcas 62 cooperam com seus parafusos 60 para puxar os segmentos 12 e 14 na direção do espaço central 16. Aperto das porcas exerce uma força sobre as orelhas 56 e 58 que comprime os anéis fendidos 48 e 50 e faz com que eles deformem de tal maneira que eles encaixam com as superfícies externas dos elementos de tubos 80 e 82 dentro das ranhuras 84 e 86. Para tubo de extremidade lisa (ver as figuras 4 e 5), compressão dos anéis fendidos 66 faz com que seus dentes 68 mordam a superfície externa dos elementos de tubos. Deformação dos anéis fendidos 48 e 50 preferivelmente é substancialmente elástica, permitindo que eles retornem por ação de mola substancialmente para sua forma original quando as porcas 62 são afrouxadas, permitindo desse modo que o acoplamento 10 seja reutilizado no modo de acordo com a invenção tal como descrito neste documento. Os anéis fendidos também podem ser projetados para ter deformação plástica significativa, em que a deformação transmite uma configuração permanente para os anéis. Para acoplamentos práticos, de uma maneira geral existirá algum grau de deformação tanto plástica quanto elástica ocorrendo nos anéis fendidos como resultado de apertar os prendedores. A vedação 72 também é deformada por este processo, com as beiras 74 entrando em encaixe total com as superfícies externas de elementos de tubos. Por causa de a vedação 72 ser substancialmente não compressível volumetricamente, ela deve ser provida com espaço para o qual ela possa expandir quando comprimida radialmente pelos segmentos.

[049] A rigidez de união pode ser aumentada usando os segmentos de acoplamento 71 e 73 tais como mostrados na figura 11. Além de ter as ranhuras e anéis fendidos tais como descritos anteriormente, os segmentos 71 e 73 também têm as superfícies orientadas angularmente 75 (no segmento 71) e 77 (no segmento 73). As superfícies 75 e 77 neste exemplo ficam localizadas adjacentes aos componentes de conexão 79 e 81. As superfícies 75 no segmento 71 estão em respectiva relação de confrontação com as superfícies 77 no segmento 73. À medida que as porcas 83 são apertadas nos parafusos 85 os segmentos 71 e 73 são puxados um na direção do outro e para contato de tal maneira que as superfícies 75 encaixam e deslizam sobre as superfícies 77. Como as inclinações das superfícies 75 e 77 são opostas uma à outra em extremidades opostas dos acoplamentos o movimento de deslizamento entre as superfícies faz com que os segmentos 71 e 73 girem em direções opostas um em relação ao outro em volta do eixo geométrico 87 e forcem os anéis fendidos (não mostrados) para encaixar com as superfícies laterais das ranhuras nas quais eles são recebidos, adicionando desse modo rigidez para a união.

[050] Tal como mostrado nas figuras 1 e 3, para o acoplamento pré-montado 10, é vantajoso reter as porcas 62 em uma posição nos parafusos 60 que manterá os segmentos 12 e 14 na relação de espaçados ao lado desejado tal como determinado por contato entre os segmentos e os anéis fendidos 48 e 50.

Claims

1. Acoplamento (10) para unir elementos de tubos em relação de extremidade para extremidade, o dito acoplamento (10) caracterizado pelo fato de que compreende: uma pluralidade de segmentos (12, 14) fixados uns aos outros extremidade com extremidade em relação de espaçados ao lado e circundando um espaço central (16) para receber os ditos elementos de tubos, cada um dos ditos segmentos (12, 14) tendo um canal (20) se estendendo entre as ditas extremidades (22, 24), cada um dos ditos segmentos (12, 14) tendo pelo menos uma ranhura (26, 28) se estendendo entre as ditas extremidades, a dita pelo menos uma ranhura (26, 28) estando posicionada adjacente ao dito canal (20), a dita pelo menos uma ranhura (26, 28) definida por duas superfícies laterais (30, 32) arranjadas em relação de espaçadas e uma superfície de fundo (34) se estendendo entre elas, a dita superfície de fundo (34) compreendendo primeira e segunda partes de superfície (36, 38) arranjadas respectivamente em extremidades opostas (22, 24) dos ditos segmentos (12, 14) e uma terceira parte de superfície (40) posicionada entre elas, cada uma das ditas primeira e segunda partes de superfície (36, 38) tendo um raio de curvatura (42, 44) maior que o da dita terceira parte de superfície (40); um anel fendido (48, 50) posicionado dentro da dita pelo menos uma ranhura (26, 28), o dito anel fendido (48, 50) encaixando com as ditas primeira e segunda partes de superfície (36, 38) da dita superfície de fundo (34).

2. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dito segmento (12, 14):: uma parede traseira se estendendo entre as ditas extremidades (22, 24) e definindo o dito canal (20), cada uma das ditas paredes traseiras tendo uma superfície confrontando o dito eixo geométrico central; uma distância entre a dita superfície da dita parede traseira e a dita superfície de fundo (34), tal como medida ao longo de uma linha se projetando radialmente se estendendo do dito eixo geométrico central, sendo um primeiro valor em um primeiro ponto a meio caminho entre as ditas extremidades (22, 24) do dito pelo menos um segmento (12, 14), e um segundo valor em um segundo ponto perto de pelo menos uma das ditas extremidades (22, 24) do dito pelo menos um segmento (12, 14), o dito primeiro valor sendo maior que o dito segundo valor.

3. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita pelo menos uma ranhura (26, 28) ser uma primeira ranhura (26, 28), o dito acoplamento (10) tendo uma segunda ranhura (26, 28) e ditas ranhuras (26, 28) posicionadas em relação de espaçadas uma da outra em lados opostos do dito canal (20); e dito anel fendido (48, 50) é um primeiro anel fendido (48) posicionado dentro da dita primeira ranhura (26, 28) e ainda compreende um segundo anel fendido (48, 50) posicionado dentro da dita segunda ranhura (26, 28), os ditos primeiro e segundo anéis fendidos (48, 50) encaixando com as ditas primeira e segunda partes de superfície (36, 38) dos ditos fundos nas ditas primeira e segunda ranhuras (26, 28).

4. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada um dos ditos segmentos (12, 14) tendo o dito canal (20) definido pela dita parede traseira se estendendo entre as ditas extremidades (22, 24) dos ditos segmentos (12, 14), cada uma das ditas paredes traseiras tendo a dita superfície confrontando o dito eixo geométrico central; a dita pelo menos uma ranhura (26, 28) é uma primeira ranhura (26, 28), o dito acoplamento (10) tendo uma segunda ranhura (26, 28) e as ditas ranhuras (26, 28) sendo posicionadas em uma relação de espaçada um lado em lados opostos do dito canal (20), cada uma das ditas superfícies de fundo (34) confrontando o dito eixo geométrico central; e o dito anel fendido (48, 50) é um primeiro anel fendido (48) posicionado dentro da dita primeira ranhura (26, 28) e compreendendo ainda um segundo anel fendido (50) posicionado dentro da dita segunda ranhura (26, 28) dos ditos segmentos (12, 14), pelo menos um dos ditos primeiro e segundo anéis fendidos (48, 50) encaixando pelo menos uma das ditas superfícies de fundo (34) em uma das ditas primeira e segunda ranhuras (26, 28) próximas às ditas extremidades (22, 24) do dito pelo menos um segmento (12, 14) e, desse modo, para suporte dos ditos segmentos (12, 14) na dita relação espaçada.

5. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos ditos anéis fendidos (48, 50) suporta os ditos segmentos (12, 14) em um estado pré-montado em uma relação de espaçados ao lado suficiente para permitir que os ditos elementos de tubos sejam inseridos no dito espaço central (16); preferencialmente o dito pelo menos um anel fendido (48, 50) possui rigidez suficiente para manter os ditos segmentos (12, 14) no dito estado pré-montado através do manuseio do dito acoplamento (10) durante a inserção dos ditos elementos de tubo.

6. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das ditas primeira e segunda partes de superfície (36, 38) tem um comprimento que se estende de cerca de 5% a cerca de 30% de um comprimento total de pelo menos uma das ditas ranhuras (26, 28); ou pelo menos um dos ditos anéis fendidos (48, 50) tem uma forma seccional transversal retangular; ou pelo menos um dos ditos anéis fendidos (66) compreende uma pluralidade de dentes (68) arranjados em relação de espaçados um ao lado do outro e se estendem circunferencialmente em volta do dito pelo menos um anel fendido (48, 50), os ditos dentes (68) se projetam na direção do centro (70) do dito espaço central (16).

7. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma vedação posicionada dentro dos ditos canais (20) dos ditos segmentos (12, 14); preferencialmente a dita vedação compreende um anel flexível e resiliente tendo superfícies internas de anel adaptadas para encaixar com superfícies externas dos ditos elementos de tubo, tendo as ditas superfícies internas de anel um diâmetro dimensionado para receber os ditos elementos de tubo mediante inserção dos ditos elementos de tubo entre os ditos segmentos (12, 14).

8. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que em que os ditos segmentos (12, 14) compreendem componentes de conexão que podem ser apertados ajustavelmente para puxar os ditos segmentos (12, 14) na direção do dito espaço central (16); preferencialmente os ditos componentes de conexão que podem ser apertados ajustavelmente incluem uma pluralidade de prendedores, os ditos prendedores se estendem entre os ditos segmentos (12, 14) e retêm os ditos segmentos (12, 14) conjuntamente em um estado pré-montado; mais preferencialmente pelo menos uma primeira superfície orientada angularmente localizada em um primeiro segmento dos ditos segmentos (12, 14); pelo menos uma segunda superfície orientada angularmente localizada em um segundo dos ditos segmentos (12, 14), as ditas primeira e segunda superfícies orientadas angularmente ficam em relação de confrontação e deslizam uma sobre a outra quando os prendedores são apertados para colocar as primeira e segunda superfícies orientadas angularmente em contato, movimento de deslizamento entre as ditas primeira e segunda superfícies orientadas angularmente, fazendo com que os ditos primeiro e segundo segmentos (12, 14) girem em direções opostas um em relação ao outro.

9. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 2 ou 4, caracterizado pelo fato de que o dito anel fendido ou anéis fendidos (48, 50) suportam os ditos segmentos (12, 14) na dita relação espaçada.

10. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito anel fendido ou anéis fendidos (48, 50) tem um raio de curvatura externo (52) e um raio de curvatura interno (54), sendo o dito raio de curvatura interno (54) pelo menos igual ao raio externo dos ditos elementos de tubo.

11. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito raio de curvatura das ditas primeira e segunda partes de superfície (36, 38) em pelo menos um dos ditos segmentos (12, 14) é substancialmente igual ao dito raio externo de curvatura (52) do dito anel ou anéis fendidos (48, 50).

12. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito anel fendido (48, 50) suporta os ditos segmentos (12, 14) em um estado pré- montado em uma relação de espaçados suficiente para permitir que os ditos elementos de tubo sejam inseridos no dito espaço central (16); ou pelo menos uma das ditas primeira e segunda partes de superfície (36, 38) tem um comprimento que se estende de cerca de 5% a cerca de 30% de um comprimento total de pelo menos uma das ditas ranhuras (26, 28).

13. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma vedação posicionada dentro dos ditos canais (20) dos ditos segmentos (12, 14); ou. os ditos segmentos (12, 14) compreendem componentes de conexão que podem ser apertados ajustavelmente para puxar os ditos segmentos (12, 14) em direção ao dito espaço central (16).

14. Acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as ditas primeira e segunda partes de superfície (36, 38), cada uma tendo um centro de curvatura deslocado do centro de curvatura da dita terceira parte de superfície (40); e os ditos primeiro e segundo anéis fendidos (48, 50) suportam os ditos segmentos (12, 14) na dita relação de espaçados.