BR112017027906B1 - Tornel para a transferência de fluidos de alta pressão, pilha de tornéis e embarcação para operações em alto mar compreendendo um sistema de amarração de torre - Google Patents

Abstract

tornel de fluido toroidal para transferência de fluido através de uma interface rotativa. expõe-se um tornel para a transferência de fluido através de uma interface rotativa em torno de uma linha de eixo de rotação de articulação (r) entre uma linha de entrada de fluido e uma tubulação de saída de produto, em que o tornel inclui um elemento anular fixo (20) e um elemento anular rotativo (30), cada um disposto em torno de uma linha de eixo de rotação comum e tendo um diâmetro substancialmente igual, em que um elemento selecionado a partir do elemento anular fixo (20) e do elemento anular rotativo (30) inclui um disco anular provido de uma cavidade toroidal (24) em uma primeira de suas superfícies extremas circulares, e o outro elemento selecionado a partir do elemento anular fixo e do elemento anular rotativo é provido de uma superfície extrema circular plana (32) que fica adjacente e em estreita proximidade acima da dita primeira superfície extrema circular do dito disco anular de modo a fechar a cavidade toroidal e formar uma câmara toroidal com o disco anular e em que a interface rotativa é formada pela superfície extrema circular plana do outro elemento selecionado e a primeira superfície circular adjacente do um elemento selecionado, a interface rotativa é perpendicular à linha de eixo de rotação comum.

Description

Campo da Invenção

[001] Refere-se a presente invenção a um tornel de fluido toroidal para a transferência de fluido através de uma interface rotativa. Além disso, a invenção refere-se uma embarcação equipada com um sistema de amarração de torre que compreende esse tornel.

Antecedentes

[002] Os torneis de fluido toroidais são conhecidos na técnica para a transferência de fluidos de alta pressão através de uma interface rotativa entre uma linha de entrada de fluido e uma tubulação de saída de produto. As aplicações para um tornel desses incluem, por exemplo, explorações de óleo e gás em alto mar onde fluxos de alta pressão de óleo e/ou gás são transferidos a partir de um poço em alto mar (mar profundo) para ume embarcação flutuante, tal como uma embarcação de armazenamento e descarga de produção flutuante (FPSO). Tipicamente essa embarcação flutuante é equipada com um sistema de amarração de torre que pode acoplar pode acoplar uma boia de amarração ou uma "estrutura de amarração" e que mantém uma ou mais linhas de subida a partir do poço, para os condutos da tubulação de produto em uma embarcação. Uma vez que o sistema de amarração da torre deve permitir alguma rotação entre uma embarcação e a boia, o tornel também é adaptado para proporcionar rotação entre a linha de entrada de fluido e a tubulação do produto.

[003] Em particular para aplicações em mar profundo existe uma necessidade quanto a torneis que possam suportar pressões de projeto bem superiores a 500 atmosferas (50,6 MPa) para o fluido de entrada, ao mesmo tempo em que poderá ser transferido um alto fluxo de fluido.

[004] Tipicamente, um tornel da técnica anterior compreende um elemento anular fixo (ou estático) que é acoplado a uma linha de entrada de fluido na torre, e a elemento anular rotativo que é acoplado à tubulação de saída de produto em uma embarcação. Cada um dos elementos anular fixo e rotativo é dotado de uma configuração de concha que forma um volume toroidal fechado entre eles, no qual está presente uma interface radial (uma área de superfície basicamente cilíndrica) entre o elemento rotativo tal como a concha externa e o elemento fixo tal como a concha interna. A interface radial permite que o elemento rotativo gire com relação ao elemento fixo, mas, ao mesmo tempo, é prejudicial ao traçado do invólucro do tornel, por acrescentar superfícies adicionais expostas à pressão do fluido, pedindo deste modo uma parede de concha mais espessa.

[005] No tornel de acordo com a técnica anterior a concha externa do tornel (ou seja, o elemento anular rotativo) terá a propriedade de se expandir sob a pressão no percurso de fluxo entre as partes de concha interna e externa. A neutralização desta expansão e o esforço associado impõem uma espessura de parede pesada, e um traçado de vedação complexo. Esta estratégia não é sustentável indefinidamente quando o diâmetro do tornel aumenta, uma vez que a força radial na interface radial aumenta com o diâmetro crescente. Especialmente para as aplicações de alta pressão isto conduzirá a espessuras de parede não gerenciáveis e peso excessivo das partes do tornel. Essas questões têm um efeito adverso no traçado e dimensões da construção do tornel, mas também na manutenção e reparo, e, naturalmente, têm um impacto importante no custo e nas limitações de fabricação.

[006] Outra questão mais se refere ao modo de operação de torneis da técnica anterior, que envolve evitar o contato de fricção entre as peças rotativas fixas. O caminho de carga entre as várias peças de tornel é compreendido muitas vezes por um longo circuito que passa por um rolamento de rolos banido que é vedado por meio de vedações que só podem funcionar com uma folga de extrusão muito pequena com pouca variação. Mais uma vez, um bom funcionamento deste tornel conhecido pode ser obtido apenas por meio de peças de tornel pesadas.

[007] Constitui um objetivo da presente invenção superar estas desvantagens observadas com a técnica anterior.

Sumário da invenção

[008] O objetivo da invenção é alcançado por meio de um tornel de fluido toroidal para a transferência de fluido através de uma interface rotativa em torno de uma linha de eixo geométrico de rotação do tornel entre uma linha de entrada de fluido e uma tubulação de saída de produto, sendo que o tornel compreende um elemento anular fixo e um elemento anular rotativo, cada um deles disposto em torno da linha de eixo geométrico de rotação em comum e tendo um diâmetro substancialmente igual; um elemento selecionado a partir do elemento anular fixo e do elemento anular rotativo que compreende um disco anular que é provido da cavidade toroidal em uma primeira de suas superfícies extremas circulares, e o outro elemento selecionado a partir do elemento anular fixo e do elemento anular rotativo sendo disposto com uma superfície de extremidade circular plana que fica adjacente a e em estreita proximidade acima da dita primeira superfície de extremidade circular do dito disco anular de modo a fechar a cavidade toroidal e formar uma câmara toroidal dentro do disco anular, sendo a interface rotativa formada pela superfície de extremidade circular plana do outro elemento selecionado e a primeira superfície circular adjacente do um elemento selecionado, sendo a interface rotativa disposta perpendicular à linha de eixo geométrico de rotação em comum.

[001] De acordo com a invenção, a interface rotativa entre o elemento anular fixo e o elemento anular rotativo fica disposta perpendicular à linha de eixo geométrico de rotação do tornel, em contraste com a interface radial da câmara toroidal do tornel do tipo concha da técnica anterior. Além disso, a câmara toroidal consiste de uma cavidade toroidal formada em somente o um elemento anular fixo coberto por uma superfície de contacto plana do elemento anular rotativo ou vice versa: a cavidade toroidal formada apenas no elemento anular rotativo coberto por uma superfície de contacto plana do elemento fixo. Isto proporciona uma interface rotativa relativamente simples perpendicular à linha de eixo geométrico de rotação.

[002] A invenção tem o efeito de que forças no tornel criadas pelo fluido de alta pressão estão substancialmente na direção axial. De acordo com uma modalidade específica as forças radiais aplicadas aos diâmetros interno e externo da câmara toroidal são substancialmente contrabalançadas entre si, sendo orientadas em direções radiais opostas, e exercidas na mesma parte de corpo de tornel. Por essa razão, as tensões de aro e as deformações em qualquer uma das partes do tornel são grandemente reduzidas, como resultado da diferença de superfície respectiva entre o diâmetro externo interno toroidal sujeito à pressão. Além disso, esta diferença de superfície respectiva pode ser reduzida pelas múltiplas entradas e saídas que atendem a uma toroidal de câmara, permitindo que uma cavidade toroidal seja apenas uma fração correspondente da taxa de transferência geral efetiva do tornel. Isso conduz a um requisito de execução predominantemente na direção axial. Além disso, uma vez que a interface rotativa entre uma cavidade toroidal e a disposição de vedação é compreendida por uma área em forma de anel perpendicular ou substancialmente perpendicular (por exemplo, uma interface cônica ou diagonal) à linha de eixo geométrico de rotação e não uma área de superfície cilíndrica, tensões (força por área unitária) no elemento anular fixo e no elemento anular rotativo não aumentam significativamente para diâmetros maiores do tornel. Isso permite uma liberdade relativa do projeto (em comparação com a técnica anterior) em relação ao diâmetro do tornel.

[003] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que o um elemento selecionado é compreendido pelo elemento anular fixo e o outro elemento selecionado é compreendido pelo elemento anular rotativo; sendo a cavidade toroidal proporcionada no elemento anular fixo e sendo a superfície de extremidade circular plana proporcionada no elemento anular rotativo.

[004] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que o um elemento selecionado é compreendido pelo elemento anular rotativo e o outro elemento selecionado é compreendido pelo elemento anular fixo; sendo a cavidade toroidal proporcionada no elemento anular rotativo e sendo a superfície de extremidade circular plana proporcionada no elemento anular fixo.

[005] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que o disco anular é provido de pelo menos uma abertura de entrada que proporciona o acoplamento da linha de entrada de fluido à cavidade toroidal, sendo o elemento anular rotativo provido de pelo menos uma abertura de saída de passagem que proporciona uma comunicação de fluido entre a câmara toroidal e a tubulação de saída de produto.

[006] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que o elemento anular fixo compreende uma parede interna e uma parede externa; estando a parede interna em uma extremidade conectada ao disco anular, e estando a parede externa em uma extremidade conectada ao disco anular fixo de modo a formarem um elemento anular fixo "em forma de U", e ficando a interface rotativa entre o elemento anular rotativo e o elemento anular fixo disposta entre as paredes interna e externa do elemento anular fixo.

[007] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que o elemento anular rotativo fica preso rotativamente ao elemento anular fixo por meio de anéis de retenção; sendo os anéis de retenção presos ao elemento anular fixo por meio de parafusos.

[008] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que o elemento anular fixo compreende um disco anular que é provido de uma parede interna na sua borda interna e uma parede circular paralela ao disco anular; sendo a parede interna em uma extremidade conectada ao disco anular e na outra extremidade é conectada à parede circular de modo tal a formar um elemento anular fixo "em forma de C", e o elemento anular rotativo fica disposto entre o disco anular e a parede circular.

[009] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que a pelo menos uma abertura de entrada estende-se a partir de uma segunda superfície de extremidade circular para a primeira superfície de extremidade circular perpendicularmente através de o disco anular dentro da cavidade toroidal, paralela à linha de eixo geométrico de rotação em comum.

[0010] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que a pelo menos uma abertura de saída estende-se perpendicular através do elemento anular rotativo, paralela à linha de eixo geométrico de rotação em comum.

[0011] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que a pelo menos uma abertura de saída é provida no interior do elemento anular de rotação de um ângulo reto, tem no lado da câmara toroidal uma parte de entrada paralela à linha de eixo geométrico de rotação em comum e no lado da tubulação de saída de produto uma parte de saída transversal à linha de eixo geométrico de rotação em comum direcionada radialmente para fora com relação à linha de eixo geométrico de rotação em comum.

[0012] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que o tornel compreende ainda elementos de retenção destinados a reterem o elemento anular rotativo entre as paredes interna e externa, sendo os elementos de retenção fixados às paredes interna e externa e mantendo o elemento anular rotativo na posição sobre a cavidade toroidal. De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que o tornel compreende elementos de vedação, ou seja, uma vedação ou vedações adjacentes às bordas da cavidade toroidal entre o disco anular e o elemento anular rotativo.

[0013] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que o elemento anular rotativo é provido de um furo que se estende entre a abertura de entrada e a superfície do elemento anular rotativo voltado para a parede circular do elemento anular fixo.

[0014] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que a pelo menos uma abertura de entrada compreende uma pluralidade de aberturas de entrada interconectadas externamente distribuídas sobre o círculo da cavidade toroidal, e a pelo menos uma abertura de saída compreende uma pluralidade de aberturas de saída interconectadas externamente distribuídas sobre o círculo da câmara toroidal.

[0015] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que em uma região de topo da cavidade toroidal barras transversais ficam dispostas fixamente na direção radial sobre a cavidade.

[0016] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que as barras transversais são distribuídas na cavidade toroidal sob um ângulo intermediário constante.

[0017] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que a pelo menos uma abertura de entrada e / ou a pelo menos uma abertura de saída é dotada de uma forma alongada ao longo da cavidade toroidal.

[0018] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que a cavidade toroidal estende-se 360° em torno de linha de eixo geométrico de rotação em comum.

[0019] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que o elemento anular fixo e / ou o elemento anular rotativo compreende uma pluralidade de segmentos anulares, sendo os segmentos anulares interconectados nas suas extremidades inferiores para configurarem a forma circular do respectivo elemento anular.

[0020] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto, em que a cavidade toroidal é segmentada na forma de uma série de segmentos de cavidade concretizados na forma de uma sucessão homogênea de segmentos de cavidade em forma de arco, sendo cada segmento de cavidade provido de uma abertura de entrada, e o tornel compreende no elemento anular rotativo um número correspondente de aberturas de saída que são distribuídas de acordo com a disposição da referida sucessão, sendo os segmentos de cavidade projetados uma passagem de sobreposição entre a pelo menos uma das aberturas de entrada e pelo menos uma das aberturas de saída de uma maneira tal que seja qual for a orientação angular proporcionada entre o elemento anular rotativo e o fixo, sempre estará presente um caminho de fluxo através do tornel.

[0021] A invenção também se refere a uma pilha de torneis que compreende pelo menos um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto.

[0022] Além disso, a invenção refere-se uma embarcação para operações em mar profundo e que compreende um sistema de amarração de torre, em que o sistema de amarração de torre é equipado com um tornel tal como descrito anteriormente neste contexto.

[0023] Modalidades vantajosas são ainda definidas pelas reivindicações dependentes.

Descrição breve dos desenhos

[0024] A invenção será exposta adiante de forma mais detalhada com referência aos desenhos anexos nos quais estão expostas modalidades ilustrativas da mesma. Os desenhos destinam-se exclusivamente a propósitos ilustrativos e não como uma restrição do conceito inventivo. O escopo da invenção é limitado tão somente pelas definições apresentadas nas reivindicações em anexo.

[0025] A Figura 1 mostra um desenho em perspectiva de uma interface rotativa de um tornel de acordo com uma modalidade da invenção;

[0026] A Figura 2 mostra uma seção transversal da interface rotativa da Figura 1 de acordo com uma modalidade da invenção;

[0027] A Figura 3 mostra uma seção transversal de um tornel de acordo com uma modalidade da invenção;

[0028] A Figura 4 mostra uma seção transversal de um tornel de acordo com outra modalidade da invenção;

[0029] A Figura 5 mostra uma vista seccional em perspectiva de um tornel de acordo com uma modalidade da invenção;

[0030] As Figuras 6A e 6B mostram uma vista em perspectiva e uma vista lateral de um número de torneis concêntricos de acordo com uma modalidade da invenção;

[0031] A Figura 7 mostra uma pilha de torneis que compreende torneis de acordo com uma modalidade da invenção.

Descrição detalhada das modalidades

[0032] A Figura 1 mostra um traçado em perspectiva de uma interface rotativa de um tornel de acordo com uma modalidade da invenção. Em uma embarcação FPSO (não ilustrada) é proporcionado um sistema de amarração de torre (não ilustrado) que pode acoplar uma boia de amarração que contém uma ou mais linhas de subida provenientes do poço para o condutor da tubulação de produto em uma embarcação.

[0033] Durante a operação, deve-se permitir que o FPSO fique em cata-vento, o que pode ser alcançado quando o sistema de amarração da torre permite algumas rotações entre uma embarcação e a boia. Correspondentemente, o tornel é adaptado para fornecer rotação entre a linha de entrada de fluido e a tubulação do produto.

[0034] O tornel 10 de acordo com a invenção compreende a interface rotativa 20, 30 para a transferência de fluido a partir da linha de entrada de fluido para a tubulação de saída de produto.

[0035] A interface rotativa compreende dois elementos anulares: um elemento anular fixo 20 que em uso fica acoplado ao sistema de amarração de torre e um elemento anular rotativo 30 que fica acoplado à tubulação de saída de produto que está ligada a uma embarcação.

[0036] Os dois elementos anulares 20, 30 são dispostos de modo a terem a linha de eixo geométrico de rotação R em comum e serem dotados de substancialmente o mesmo diâmetro.

[0037] O elemento anular fixo 20 consiste de um disco anular com uma primeira superfície de extremidade circular 22, onde fica disposta uma cavidade toroidal 24 ou ranhura.

[0038] De acordo com uma modalidade, a cavidade toroidal foi usinada dentro de o disco anular com paredes laterais interna e externa da cavidade que é disposta de modo a conter o fluido de alta pressão que é perpendicular em relação à direção da linha de eixo geométrico de rotação.

[0039] O elemento anular fixo compreende, além disso, pelo menos uma abertura de entrada 26 para acoplamento da linha de entrada de fluido (indicada pela seta F) à ranhura.

[0040] O elemento anular fixo e o elemento anular rotativo são mantidos em contacto de fricção ou estreita proximidade sem atrito por meio de uma disposição de mancal proporcionada em cada elemento de modo que um elemento pode girar livremente em relação ao outro elemento ao longo da linha de eixo geométrico de rotação em comum ao mesmo tempo em que o deslocamento axial de um elemento em relação ao outro elemento é restringido, ou limitado, pela disposição de mancal. A câmara toroidal formada pelos dois elementos contém pelo menos uma superfície de interface dinâmica substancialmente perpendicular à direção da linha de eixo geométrico de rotação em comum.

[0041] De acordo com uma modalidade preferida, a pelo menos uma abertura de entrada 26 é estendida através da espessura do disco anular a partir de uma segunda superfície de extremidade circular oposta para a primeira superfície de extremidade circular 22, dentro da cavidade toroidal 24.

[0042] O elemento anular rotativo 30 é proporcionado com uma superfície de extremidade circular substancialmente plana 32. O elemento anular rotativo 30 é posicionado com a sua superfície de extremidade circular plana voltada e em estreita proximidade com, a primeira superfície de extremidade circular 22 do elemento anular fixo, de uma maneira tal que a superfície de abertura da cavidade toroidal 24 é fechada e é formada a câmara toroidal.

[0043] A interface rotativa 20, 30 é deste modo definida entre a primeira superfície de extremidade circular 22 de o disco anular 20 e a superfície de extremidade circular plana 32 defrontante do elemento anular rotativo e estende-se perpendicular à linha de eixo geométrico de rotação em comum R.

[0044] A pessoa versada na técnica apreciará que, alternativamente, uma cavidade toroidal pode ser formada no elemento anular rotativo, enquanto o disco anular fixo é provido da superfície circular plana para fechar uma cavidade toroidal e formando assim a câmara toroidal entre os elementos anular fixo e o anular rotativo.

[0045] Adicionalmente, o elemento anular rotativo 30 compreende pelo menos uma abertura de saída 34 para proporcionar uma conexão a partir de uma parte de entrada (não ilustrada) na superfície circular plana 32 para uma parte de saída acoplada à tubulação de saída de produto (indicada pela seta P).

[0046] De acordo com uma modalidade, a pelo menos uma abertura de saída 34 estende-se através da espessura do anel do elemento anular rotativo 30 a partir da superfície de extremidade circular plana oposta a uma superfície de extremidade circular de oposição 36.

[0047] De acordo com uma modalidade alternativa, a parte de saída da pelo menos uma abertura de saída 34 fica localizada na circunferência externa do elemento anular rotativo tal como será explicado mais adiante de forma mais detalhada com referência à Figura 3.

[0048] No caso, um fluido de alta pressão é introduzido a partir da linha de entrada de fluido F, a câmara toroidal será pressurizada, o que tem o efeito de que uma força é exercida na interface rotativa paralela à linha de eixo geométrico de rotação.

[0049] Naturalmente, a alta pressão também pode induzir uma certa deformação no plano de rotação, mas a pessoa versada na técnica compreenderá que esse efeito é altamente reduzido pelas forças planas antagonistas que são exercidas na mesma parte e cancelando mutuamente esses efeitos. Além disso, esses efeitos podem ser mantidos no mínimo pela redução da seção da cavidade toroidal, ao mesmo tempo em que se otimiza a sua forma e espessura de parede para evitar tensão excessiva e concentração de esforços.

[0050] Cada corpo anular de tornel pode ser feito de um único anel ou pelo menos dois segmentos anulares interligados nas suas respectivas extremidades para formar assim uma única circunferência do corpo inteiro. De acordo com uma modalidade, dentro do tornel, o disco anular fixo e / ou o disco anular rotativo compreendem uma pluralidade de segmentos anulares, estando os segmentos anulares interligados nas suas extremidades para configurar a forma circular do disco anular. Note-se que a continuidade circunferencial de uma cavidade toroidal é interrompida na extremidade de acoplamento de cada segmento anular que elimina a força de separação hidrostática normalmente exercida em toda a superfície toroidal da cavidade, deixando apenas a força de separação hidrostática correspondente à superfície do intervalo de extrusão do tornel exposta para a pressão do fluido, que em comparação é insignificante.

[0051] A pessoa versada na técnica apreciará que pelo menos um dos elementos anulares fixo e rotativo pode ser concretizado por uma parte cilíndrica maciça. Por exemplo, uma pilha de torneis de acordo com a invenção pode compreender uma parte interna cilíndrica maciça ou núcleo interno com diversas linhas de fluido (canais) combinadas com duas ou mais partes (anulares) externas.

[0052] Nas modalidades expostas anteriormente neste contexto, a cavidade toroidal é concretizada na forma de um canal circular e contínuo entre o elemento anular fixo e o elemento anular rotativo. De acordo com uma modalidade, a cavidade toroidal é segmentada na forma de uma série de segmentos de cavidade concretizados como uma sucessão homogênea de segmentos de cavidade em forma de arco, em que cada segmento de cavidade é provido de uma abertura de entrada. No elemento anular rotativo é proporcionado um número correspondente de aberturas de saída que são distribuídas de acordo com o traçado da sucessão. Os segmentos de cavidade são concebidos de uma maneira tal que seja qual for a orientação angular entre o elemento anular fixo e o elemento anular rotativo está presente uma passagem de sobreposição entre pelo menos uma das aberturas de entrada e pelo menos uma das aberturas de saída.

[0053] A Figura 2 mostra uma seção transversal da interface rotativa 20, 30 de acordo com uma modalidade da invenção.

[0054] Na Figura 2 a interface rotativa está ilustrada com a abertura de entrada 26 e a abertura de saída 32 dispostas em alinhamento.

[0055] De acordo com a modalidade ilustrada, a parte de disco anular do elemento anular fixo 20 é disposta com paredes laterais 27, 28. Uma parede interna 27 fica disposta na circunferência interna do disco anular, uma parede externa 28 fica disposta na circunferência externa do disco anular 20. As duas paredes interna e externa estendem-se na direção axial paralela à linha de eixo geométrico de rotação 29, no sentido de o elemento anular rotativo 30. Desta maneira, o elemento anular fixo é dotado de uma "forma de U". O elemento anular rotativo fica posicionado entre as paredes interna e externa, com a interface rotativa localizada no "piso" formado entre as paredes interna e externa.

[0056] Nas extremidades terminais das paredes 27, 28 afastadas em relação à interface rotativa, o tornel é provido de anéis de retenção 40 destinados a manterem o elemento anular rotativo 30 posicionado acima e em estreita proximidade com a primeira superfície de extremidade circular do disco anular 20. Os anéis de retenção 40 são presos às paredes interna e externa 27, 28 por meio de parafusos (não ilustrados neste caso).

[0057] A interface rotativa entre o disco anular e o elemento anular rotativo é ainda provida de vedações 42 para impedir o vazamento de fluido de alta pressão a partir da câmara toroidal 24 ao longo da interface rotativa. Vários tipos de vedações podem ser usados tal como será compreendido pela pessoa versada na técnica, por exemplo, vedação de intervalo zero, vedação facial ou vedação de membrana.

[0058] As vedações podem ser localizadas em várias posições entre a superfície do disco anular 20 e a superfície defrontante do elemento anular rotativo 30 ou entre o elemento anular rotativo 30 e as paredes interna e / ou externa 27, 28 ou entre os anéis de retenção 40 e a superfície do elemento anular rotativo que fica voltado para fora a partir da interface rotativa.

[0059] Além disso, a interface rotativa é ainda provida de mancais que também podem ser posicionados em várias posições entre a superfície do disco anular 20 e a superfície defrontante do elemento anular rotativo 30 ou entre o elemento anular rotativo 30 e as paredes interna e / ou externa 27, 28 ou entre os anéis de retenção 40 e a superfície do elemento anular rotativo que fica voltado para fora em relação à interface rotativa. Os mancais podem ser compreendidos por mancais de fricção e / ou mancais hidrostáticos, ou outras tipos de mancais.

[0060] A Figura 3 mostra uma seção transversal de um tornel 15 de acordo com uma modalidade da invenção.

[0061] O tornel compreende um elemento anular fixo 50 e um elemento anular rotativo 60.

[0062] O elemento anular fixo 50 de acordo com esta modalidade compreende um disco anular de base 51, uma parede interna 52 na circunferência interna do disco anular de base, e um segundo disco anular 53. O disco anular de base 51 é dotado de uma primeira superfície de extremidade circular 22 perpendicular à linha de eixo geométrico de rotação R e é provido de uma cavidade toroidal 24 em uma primeira superfície de extremidade circular 22. Na circunferência interna do disco anular de base, a parede interna 52 é proporcionada de forma a estender-se ao longo da direção da linha de eixo geométrico rotação e formar uma parede cilíndrica. O segundo disco anular 53 é disposto paralelo ao disco anular de base 51 e é conectado à parede interna cilíndrica de uma maneira tal que é formado um toroide em forma de "C"-com uma abertura situada na circunferência externa.

[0063] O elemento anular rotativo 60 fica disposto na abertura em forma de C entre o disco anular de base 51 e o segundo disco anular 53. A superfície circular inferior voltada para a primeira superfície de extremidade circular do primeiro disco anular forma uma interface rotativa e fecha a cavidade toroidal de modo a formar uma câmara toroidal.

[0064] A interface rotativa próxima às bordas da câmara toroidal 24 é provida de disposições de vedação 54, 55. Disposições de mancal são proporcionadas pelo menos entre a superfície do elemento anular rotativo e a superfície defrontante da parede interna (mancal vertical 66), e entre a superfície do elemento anular rotativo e a superfície interna defrontante do segundo disco anular 53 (mancal horizontal 67).

[0065] Em particular, quando está presente fluido de alta pressão em uma câmara toroidal, a interface rotativa é submetida ao torque ao longo da direção axial. Nesse caso em particular o mancal horizontal 67 precisa proporcionar resistência ao desgaste suficiente às superfícies defrontantes do segundo disco anular e do elemento anular rotativo quando a área de contacto destas superfícies está acima da câmara toroidal 24. Na Figura 4 será descrita uma modalidade alternativa.

[0066] Na Figura 3 encontram-se ilustradas uma abertura de entrada 26 e uma abertura de saída 62, 64 em alinhamento abaixo e acima da câmara toroidal 24.

[0067] A abertura de entrada 26 estende-se através da espessura do disco anular de base 50 e está acoplada com a linha de entrada de fluido F.

[0068] A abertura de saída devida à disposição do elemento anular rotativo 60 no toroide em forma de C 51, 52, 53 é dotada de uma forma em ângulo reto que compreende uma parte de entrada 62 que é aberta no sentido da câmara toroidal e uma parte de saída 64 que é perpendicular à direção da linha de eixo geométrico de rotação e direcionada radialmente para fora para acoplamento à tubulação de saída de produto P. A parte de entrada e a parte de saída da abertura de saída poderá ser formada por meio de dois furos de perfuração que se cruzam.

[0069] Nesta modalidade, a parte circunferencial externa do elemento anular rotativo 60 é provida de partes extremas perfiladas 60A, 60B que cooperam com as partes extremas perfiladas 50A, 50B de o disco anular de base e segundo disco.

[0070] Estes perfis melhoram vantajosamente a estabilidade mecânica. Observa-se que as pessoas versadas na técnica compreenderão que são concebíveis várias formas dos perfis finais 60A, 60B; 50A, 50B.

[0071] A Figura 4 mostra uma seção transversal de um tornel 16 de acordo com outra modalidade da invenção. O tornel 16 concretizado é substancialmente idêntico ao tornel 15 descrito anteriormente com referência à Figura 3. Nos componentes da Figura 4 com o mesmo número de referência que se encontra ilustrado na Figura 3 anterior, referem-se aos mesmos componentes, e não serão aqui discutidos.

[0072] No tornel 16 desta modalidade, é proporcionado um mancal hidrostático horizontal 65 na parte horizontal da interface rotativa entre o segundo disco anular 53 do elemento anular fixo e a superfície superior do elemento anular rotativo 60. Além disso, é proporcionado um furo 63 que se prolonga desde a abertura de saída 62, 64 até à superfície do elemento anular rotativo na localização do mancal hidrostático horizontal 65. Pela provisão de fluído de alta pressão para o mancal hidrostático durante o uso do tornel 16, uma mesma pressão estará presente na interface rotativa entre o segundo disco anular 53 do elemento anelar fixo e a superfície superior de o elemento anular rotativo 60 da mesma forma que estará presente ao lado de um toroidal de câmara. Desta forma, existe uma contra-força que reduz pelo menos ou minimiza o torque no tornel 16. Como resultado, o desgaste na interface rotativa será significativamente reduzido.

[0073] De acordo com uma modalidade, adjacentes ao mancal horizontal hidrostático 65 estão proporcionadas disposições de vedação 56, 57 para evitar vazamentos a partir do mancal hidrostático 65.

[0074] A Figura 5 mostra uma vista em perspectiva parcialmente em secção de um tornel de acordo com uma modalidade da invenção.

[0075] O tornel 17 desta modalidade é semelhante às modalidades 15, 16 ilustradas nas Figuras 3 e 4. O tornel compreende um toroide 51, 52, 53 em forma de C que é disposto como um elemento anular fixo 50 que pode ser acoplado à linha de entrada de fluido e um elemento anular rotativo 60 que fica posicionado dentro do toroide em forma de C e pode ser acoplado à tubulação de saída de produto. Entre o toroide 50 em forma de C-50 e o elemento anular rotativo 60 estão presentes a câmara toroidal 24 e a interface rotativa que permitem a transferência de fluido de alta pressão sobre a interface rotativa.

[0076] Nesta modalidade, entre o segundo disco anular 53 e a superfície superior 601 do o elemento anular rotativo 60, é proporcionada uma disposição de apoio 70, 71 (representada neste caso como múltiplas camadas). A disposição de mancal é um tipo de mancal de impulso e compreende rolamentos de rolos ou mancais de fricção.

[0077] Na interface rotativa adjacente a uma câmara toroidal 24, em cada bordo da câmara toroidal está disposta uma pluralidade de vedações de face 72. Além disso, na interface vertical entre o toroide 50 em forma de C e o elemento anular rotativo 60 está disposto um mancal vertical.

[0078] As Figuras 6A e 6B mostram uma vista em perspectiva e uma em seção transversal respectivamente, de um número de torneis concêntricos de acordo com uma modalidade da invenção.

[0079] Uma vez que o diâmetro do tornel de acordo com a invenção não tem efeito significativo nos esforços verticais exercidos no tornel, o diâmetro pode ser escolhido arbitrariamente para qualquer dimensão prática sem a necessidade de reforços excessivos para os diâmetros maiores. Isto permite projetar uma disposição 100 de uma série de torneis concêntricos 10 sob substancialmente o mesmo nível L. Vantajosamente, este tipo de disposição de torneis 100 é mais compacto do que uma disposição de pilha de torneis, economizando espaço e peso em um sistema de amarração de torre.

[0080] A disposição de torneis de acordo com a invenção pode criar economias pelo menos da seguinte ordem, na dependência de parâmetros do coletor de fluxo, que são a dimensão da tubulação menor, o que afeta a quantidade necessária e, posteriormente, afeta a cavidade toroidal do tornel e, portanto, o seu dimensionamento total.

[0081] A Figura 7 ilustra uma vista lateral esquemática de uma pilha de torneis que compreende torneis de acordo com uma modalidade da invenção.

[0082] De acordo com uma modalidade, a pluralidade de torneis 10;16 pode ser empilhada de uma maneira relativamente otimizada. Um número de torneis pode ser disposto concentricamente na direção horizontal X. Esta disposição horizontal pode ser combinada com um empilhamento vertical (Y) de torneis ou uma multiplicidade de torneis dispostos concentricamente.

[0083] Os torneis de acordo com uma modalidade da invenção são dispostos sob diferentes níveis operacionais LL acima uns dos outros e também em disposição concêntrica. Devido os requisitos reduzidos de execução e de espaço, o peso e a dimensão da pilha de torneis é relativamente baixo e a pilha de torneis pode ser projetada de modo a ser compacta.

[0084] O empilhamento de acordo com este método, resulta em uma redução da dimensão, peso e custo da pilha de torneis no seu todo, onde a linha de fluxo fixo que entra na pilha é dividido em múltiplos tubos menores conectados às múltiplas entradas de torneis menores. Múltiplas saídas de torneis conectadas aos tubos menores são então interconectadas à pelo menos uma linha de fluxo rotativa recreando assim o fluxo equivalente àquele da linha de fluxo fixo que entra na pilha.

[0085] Além disso, uma pilha de torneis 200 compreendendo um ou mais torneis tais como descritos no contexto pode ser usada em um método de reparo ou de atualização de transferência da pilha de torneis em que pelo menos um novo tornel de acordo com a invenção é montado concentricamente em torno de uma pilha de torneis existentes (não necessariamente da técnica anterior) e conectados através de linhas de fluxo às linhas de corrente fixa e rotativa do FPSO, assegurando deste modo a continuidade do fluxo.

[0086] Além disso, um tornel de acordo com qualquer modalidade pode ser equipado com um cabeçote de distribuição seja em qualquer elemento anular fixo ou no elemento anular rotativo a fim de reduzir o número de tubos de entrada ou de saída conectados ao tornel. Deste modo, o respectivo cabeçote proporciona múltiplos percursos, seja entrando ou saindo de uma cavidade toroidal.

[0087] De acordo com uma modalidade, uma pilha de torneis constituída de um ou mais torneis de acordo com a invenção é dotada de um sistema de cabeçotes para o fluxo de fluido entrante que divide a linha de fluxo de entrada em várias linhas de fluxo menores antes da entrada do tornel e é dotada de outro sistema de cabeçotes que concentra as diversas linhas de fluxo de saída em pelo menos uma linha de fluxo de saída maior a jusante da pilha de torneis.

[0088] Com relação às disposições de pilhas de torneis expostas neste contexto, um tornel de acordo com uma modalidade da invenção pode compreende uma única entrada para um elemento anular interno e várias saídas no elemento anular externo da interface rotativa.

[0089] Além disso, o tornel de acordo com a invenção pode ser projetado para ter a linha de entrada de fluido passando através do centro da interface rotativa, e ser conectado com o tornel no elemento interno do tornel ao mesmo tempo em que a tubulação de saída de produto sai através da periferia externa do tornel. Então, a linha de entrada de fluido coincide substancialmente com a rotação da linha de eixo geométrico do tornel.

[0090] De acordo com uma forma alternativa, a situação pode ser revertida na medida em que a(s) linha(s) de entrada de fluido se conectem ao elemento externo do tornel, e a tubulação de saída de produto se conecte com o elemento de tornel interior e passe pelo centro da interface rotativa. Nesse caso, a tubulação de saída de produto coincide substancialmente com a linha de eixo geométrico de rotação do tornel.

[0091] A invenção foi descrita com referência à sua modalidade preferida. Modificações e alterações óbvias serão evidentes para outras pessoas quando da leitura e compreensão da descrição detalhada precedente. É intenção que a invenção seja considerada como incluindo todas essas modificações e alterações.

Claims (15)

1. Tornel (10) para a transferência de óleo e/ou gás de alta pressão, através de uma interface rotativa (20, 30) em torno de um eixo geométrico de rotação (R) de tornel (10) entre uma linha de entrada de fluido (F) e uma tubulação de saída de produto (P), o tornel (10) compreendendo: um elemento anular fixo (20) e um elemento anular rotativo (30), cada um deles disposto em torno de um eixo geométrico de rotação (R) comum e tendo um diâmetro igual; um elemento selecionado a partir do elemento anular fixo (20) e do elemento anular rotativo (30) compreendendo um disco anular (20) que é provido de uma cavidade toroidal (24) contínua e circular em uma primeira de suas superfícies de extremidade circulares, e o outro elemento selecionado a partir do elemento anular fixo (20) e o elemento anular rotativo (30) sendo disposto com uma superfície de extremidade circular plana (32) que fica disposta adjacente e em estreita proximidade acima da primeira superfície de extremidade circular (22) do disco anular (20) de modo a fechar a cavidade toroidal (24) e formar uma câmara toroidal dentro do disco anular (20), a interface rotativa (20, 30) sendo formada pela superfície de extremidade circular plana (32) do outro elemento selecionado e a primeira superfície circular adjacente do um elemento selecionado, a interface rotativa (20, 30) sendo perpendicular ao eixo geométrico de rotação (R) comum, em que o elemento anular fixo (20) compreende uma parede interna (27) e uma parede externa (28), a parede interna (27) em uma extremidade conectada ao disco anular (20), e a parede externa (28) em uma extremidade conectada ao disco anular (20) fixo; caracterizado pelo fato de as paredes interna e externa (27,28) se estenderem em uma direção axial paralela ao eixo geométrico de rotação (29) na direção do elemento anular de rotação de maneira a formar um elemento anular fixo (20) em forma de U, e a interface rotativa (20, 30) entre o elemento anular rotativo (30) e o elemento anular fixo (20) fica disposta entre as paredes interna e externa (27,28) do elemento anular fixo (20).

2. Tornel (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento selecionado é o elemento anular fixo (20) e o outro elemento selecionado é o elemento anular rotativo (30); a cavidade toroidal (24) sendo proporcionada no elemento anular fixo (20) e a superfície de extremidade circular plana (32) sendo proporcionada no elemento anular rotativo (30).

3. Tornel (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento selecionado é o elemento anular rotativo (30) e o outro elemento selecionado é o elemento anular fixo (20); a cavidade toroidal (24) sendo proporcionada no elemento anular rotativo (30) e a superfície de extremidade circular plana (32) sendo proporcionada no elemento anular fixo (20).

4. Tornel (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o disco anular (20) é provido de uma abertura de entrada (26) que proporciona o acoplamento da linha de entrada de fluido à cavidade toroidal (24), o elemento anular rotativo (30) sendo provido de uma abertura de saída (34) de passagem que proporciona uma comunicação de fluido entre a câmara toroidal e a tubulação de saída de produto.

5. Tornel (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento anular rotativo (30) é preso de forma rotativa ao elemento anular fixo (20) por meio de anéis de retenção (40); os anéis de retenção (40) sendo presos ao elemento anular fixo (20) por meio de parafusos.

6. Tornel (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a abertura de entrada (26) se estende a partir de uma segunda superfície de extremidade circular para a primeira superfície de extremidade circular (22) perpendicularmente através do disco anular (20) dentro da cavidade toroidal (24), paralela ao eixo geométrico de rotação (R) comum.

7. Tornel (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a uma abertura de saída (34) se estende perpendicularmente através do elemento anular rotativo (30), paralela ao eixo geométrico de rotação (R) comum.

8. Tornel (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tornel (10) compreende adicionalmente elementos de retenção para reter o elemento anular rotativo (30) entre as paredes interna e externa (27, 28), os elementos de retenção sendo fixos às paredes interna e externa (27, 28) e mantendo o elemento anular rotativo (30) na posição sobre a cavidade toroidal (24).

9. Tornel (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o tornel (10) compreende elementos de vedação adjacentes às bordas da cavidade toroidal (24) entre o disco anular (20) e o elemento anular rotativo (30).

10. Tornel (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a abertura de entrada (26) compreende uma pluralidade de aberturas de entrada externamente interligadas distribuídas sobre o círculo da cavidade toroidal (24), e a abertura de saída (34) compreende uma pluralidade de aberturas de saída externamente interligadas distribuídas sobre o círculo da câmara toroidal.

11. Tornel (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, em uma região de topo da cavidade toroidal (24), barras transversais estão fixamente dispostas na direção radial sobre a cavidade, as barras transversais sendo distribuídas na cavidade toroidal (24) sob um ângulo intermediário constante.

12. Tornel (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que uma abertura de entrada (26) e/ou a abertura de saída (34) é dotada de uma forma alongada ao longo da cavidade toroidal (24).

13. Tornel (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o elemento anular fixo (20) e/ou o elemento anular rotativo (30) compreende uma pluralidade de segmentos anulares, os segmentos anulares sendo interligados nas suas extremidades para formarem a configuração circular do respectivo elemento anular.

14. Pilha de tornéis (100, 200), caracterizada pelo fato de que compreende um tornel (10) do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13.

15. Embarcação para operações em alto mar compreendendo um sistema de amarração de torre, caracterizada pelo fato de que o sistema de amarração de torre é equipado com um tornel (10) do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13.

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