Sistema de posicionamento para orientar um equipamento acoplado a dutos

  • Número do pedido da patente:
  • PI 0400025-0 B1
  • Data do depósito:
  • 16/01/2004
  • Data da publicação:
  • 15/04/1986
  • Data da concessão:
  • 25/09/1990
Inventores:
  • Classificação:
  • E02D 15/08
    Manipula??o de materiais de constru??o ou similares para engenharia hidr?ulica ou funda??es; / Afundamento de pe?as de trabalho dentro d'?gua ou no solo;
    ;

"SISTEMA DE POSICIONAMENTO PARA ORIENTAR UM EQUIPAMENTO ACOPLADO A DUTOS". É revelado um sistema de posicionamento para orientar um equipamento acoplado a dutos, durante a instalação dos mesmos sobre o leito do mar, no qual um mecanismo de posicionamento (1) é incorporado ao equipamento (2), com liberdade de movimento entre os mesmos, tal que o mecanismo (1) possa assumir posições geométricas variáveis em relação ao equipamento, entre uma configuração geométrica inicial, durante a descida, na qual o centro de gravidade global (10), do conjunto constituído pelo equipamento (2) e mecanismo (1) , é deslocado para baixo do eixo longitudinal (7) do duto (3), propiciando a orientação vertical do equipamento (2), e uma configuração geométrica final diferente, após o assentamento do conjunto no leito do mar, propiciando o assentamento adequado do equipamento (2) e dos dutos (3) sobre o solo marinho.

Página de 1

Documento

Relatório Descritivo da Patente de Invenção: "SISTEMA DE POSICIONAMENTO PARA ORIENTAR UM EQUIPAMENTO ACOPLADO A DUTOS"

A invenção refere-se a um sistema de posicionamento 5 para equipamentos acoplados a dutos submersos, tais como, por exemplo, válvulas.

Dutos submersos são instalados sobre o leito do mar para conduzir fluidos, tais como líquidos e/ou gases. Estes ^•• dutos são providos de um número de equipamentos instalados 10    em posições diversas que são empregados para controlar,

ifhterromper, monitorar ou interferir de alguma forma no fluxo dos fluidos conduzidos.

Os referidos equipamentos são tipicamente válvulas para controle e/ou interrupção do fluxo dos fluidos, não se 15    restringindo, entretanto, a apenas este tipo de

equipamento.

Os referidos dutos e equipamentos são fabricados e posteriormente transportados através do mar, tipicamente por meio de embarcações e/ou dispositivos flutuantes 20    apropriados, até o local geográfico pretendido da

^nstalação.

•. Estando então os dutos e equipamentos em posição apropriada, os mesmos são lançados ou liberados, afundando progressivamente até o assentamento sobre o ponto 25 pretendido no leito do mar.

Um conjunto de dutos e equipamentos pode ser considerado uma composição de unidades de dutos e equipamentos, e, assim, adota-se na presente descrição o caso simples de um.duto singelo provido de um equipamento, 30 não se restringindo, entretanto, a abrangência da invenção para o caso de dutos simples, estendendo-se também aos casos de dutos e equipamentos múltiplos.

No caso simples, o equipamento é tipicamente lançado

já acoplado fisicamente ao duto, de forma a que ambos sejam assentados sobre o leito do mar na posição pretendida, evitando-se uma intervenção posterior, para realizar a ligação entre ambos, que seria necessária na hipótese de 5 lançarem-se o duto e o equipamento em separado. Esta modalidade de lançamento, com o duto e o equipamento já acoplados, é preferida, especialmente quando a profundidade de instalação é significativa e dificulta ou impede operações de mergulhadores.

10    Tipicamente, os dutos submarinos, quando instalados

sobre o leito do mar, são apoiados sobre o solo marinho, obrigando assim que a altura entre o ponto de ligação do duto no equipamento e a base de apoio deste último no solo seja limitada a valores próximos das dimensões transversais 15    do duto. Se assim    não fosse,    o equipamento impediria o

assentamento adequado do duto submarino sobre o solo, mantendo-o a uma determinada altura sem o apoio adequado.

0 equipamento    então deve ser preferencialmente

projetado com altura reduzida entre o ponto de ligação ao 20    duto e a base de    apoio no solo. Esta exigência    implica

tipicamente numa condição de projeto na qual o centro de gravidade do equipamento é localizado a uma altura acima do eixo longitudinal    do duto,    ou    muito próxima.

Conseqüentemente, o momento proporcionado pelo peso na água 25    do equipamento em    relação ao    eixo longitudinal    do duto

submarino não auxiliaria a orientação vertical da posição adequada de assentamento do equipamento; nos casos em que o centro de gravidade encontra-se acima do eixo longitudinal do duto, este momento proporcionaria uma tendência de que o 30    equipamento fosse    assentado    sobre o solo em    posição

invertida, com a base voltada para cima.

Adicionalmente, o centro de gravidade do duto é tipicamente coincidente com o eixo longitudinal do mesmo,

•• •• •• •••••


ou    muito próximo, e, conseqüentemente,    o momento

proporcionado pelo peso do duto na água também não contribui significativamente para o assentamento adequado do equipamento.

5    Assim sendo, na operação de instalação    do duto e do

equipamento, técnicas complementares são necessárias para garantir o correto assentamento no leito do mar, como a base do equipamento voltada para baixo e apoiada sobre o solo.

10    De acordo com a presente invenção, um    mecanismo de

posicionamento é incorporado ao equipamento, com o objetivo de proporcionar o assentamento do mesmo no leito do mar, em posição adequadamente orientada, com a base do mencionado equipamento apoiada sobre o solo marinho.

15    O    referido    mecanismo    de    posicionamento,

preferencialmente, assume a forma de uma estrutura que é acrescentada ao equipamento, em adição e/ou substituição da estrutura e base tradicionais do equipamento. Desta maneira, além da função de orientar verticalmente o 20 posicionamento adequado do equipamento no leito do mar, o mecanismo de posicionamento pode assumir tipicamente as funções de proteção externa e de base de apoio/suporte, entre outras.

O mecanismo de posicionamento é móvel em relação ao 25 equipamento propriamente dito e a referida mobilidade permite que o conjunto assuma pelo menos duas configurações geométricas.

A configuração geométrica inicial é assumida durante a descida do equipamento até o momento em que o mesmo toca o 30 solo marinho, transformando-se a configuração geométrica na configuração final, enquanto o equipamento é assentado no leito do mar. Após o completo assentamento do equipamento sobre o leito do mar, e término da operação, a configuração

> • • • • • •


• •


• • • • •

final é assumida definitivamente.

Na configuração geométrica inicial, uma parte do mecanismo de posicionamento, tipicamente associado à base do mesmo, encontra-se deslocada para baixo em relação ao 5 eixo longitudinal do duto. 0 deslocamento desta parte do mecanismo e o peso próprio da mesma na água são suficientes para deslocar o centro de gravidade global do conjunto completo para baixo, de forma a que o momento proporcionado pelo peso do conjunto aplicado a este centro de gravidade, 10 em relação ao eixo longitudinal do duto, possibilite restaurar e garantir a orientação vertical adequada do equipamento durante a fase de descida.

Ao tocar o solo marinho, o peso próprio do equipamento e do duto    proporcionam    o    movimento    de aproximação dos

15 mesmos à referida parte do mecanismo, reduzindo a altura do eixo longitudinal do duto em relação à base de assentamento, até que a configuração geométrica final seja obtida. Na configuração final, portanto, o centro de gravidade global do conjunto encontra-se mais próximo do 20 eixo longitudinal do duto, situação, entretanto, em que o momento restaurador da orientação do equipamento já não é necessário,    visto que o    mesmo já se    encontra assentado

sobre o leito do mar. A configuração geométrica final, por outro lado, propicia que o equipamento esteja assentado 25    sobre a base, mantendo    o    duto submarino a uma altura

adequada em relação ao solo marinho.

Preferivelmente, o mecanismo de posicionamento é fixado ao equipamento propriamente dito através de uma articulação que propicia a mobilidade entre ambos e que 30    proporciona    ao conjunto    assumir    as configurações

geométricas inicial e final.

Preferivelmente, o eixo da articulação é aproximadamente paralelo ao eixo longitudinal do duto

submerso, de forma a proporcionar uma rotação limitada entre o duto que se encontra acoplado ao equipamento e a base de assentamento no solo marinho, após o assentamento, para possibilitar adicionalmente a compensação de uma eventual torção residual no duto.

A invenção é particularmente vantajosa quando os dutos submersos são flexíveis e o lançamento do equipamento acoplado aos dutos submersos é realizado em uma operação contínua e progressiva.

Um exemplo de mecanismo de posicionamento de acordo com a presente invenção é descrito a seguir, fazendo-se referência às figuras de ilustração:

A fig. 1 é uma vista frontal do conjunto: equipamento, duto e mecanismo de posicionamento.

A fig. 2 é uma vista lateral do conjunto mostrado na fig. 1.

A fig. 3 é um diagrama das configurações geométricas do conjunto.

A    fig.    4    é    um diagrama    de    configuração    geométrica

inicial do conjunto.

A    fig.    5    é    um diagrama    da    configuração    geométrica

final do conjunto.

A fig. 1 e a fig. 2 mostram um mecanismo de posicionamento 1 montado em um equipamento 2 que por sua vez é acoplado aos dutos submersos 3.

Na forma de realização ilustrada, o equipamento 2 é uma válvula submarina de controle de fluxo, remotamente acionada e os dutos 3 são dutos submersos flexíveis.

0 mecanismo de posicionamento 1 consiste em uma estrutura presa ao equipamento 2 através da articulação 4, e é dotado de uma base 5.

0    centro    de    gravidade 6    do    equipamento    2 isolado,

localiza-se    ligeiramente acima    do    eixo longitudinal 7 dos

•    •    • • • •    ••    *    •    •

•    •    «•••••    ••    •    •    *

•    •    I ••    • •    •    •    •

«• •• • • • • • ••

dutos 3.

0 centro de gravidade 8 do mecanismo de posicionamento 1 isolado localiza-se abaixo do eixo longitudinal 7 dos dutos 3, próximo à base 5.

5    0 eixo da articulação 4 (figura 3) é aproximadamente

paralelo ao eixo longitudinal 7 dos dutos 3 e proporciona um ângulo 9 de liberdade de rotação entre o mecanismo de posicionamento 1 e o equipamento 2.

A fig. 3    representa o mecanismo de    posicionamento 1

10    articulado em    relação ao equipamento 2,    de um    ângulo 9,

caracterizando as configurações geométricas inicial e final.

A fig. 4 apresenta o conjunto na configuração inicial, a qual é empregada na fase de descida, em que o eixo 15    longitudinal 7 dos dutos 3 aproxima-se da    orientação

horizontal. 0 centro de gravidade global 10 do conjunto, encontra-se localizado abaixo do eixo longitudinal 7 dos dutos 3.

Na configuração inicial, a base 5 do mecanismo de 20    posicionamento    1 encontra-se deslocada    para    baixo do

equipamento 2, de forma a que o centro de gravidade global 10 do conjunto se encontre abaixo do eixo longitudinal 7 dos dutos 3. Um vetor 12 é representado na direção vertical, aplicado no centro de gravidade global 10 do 25 conjunto, para indicar que a atuação do peso na água do conjunto proporciona um momento restaurador que propicia a correta orientação vertical do equipamento 2 durante a descida.

Quando o conjunto aproxima-se do leito do mar, a base 3 0    5 é a primeira parte a tocar o solo marinho. À medida em

que o equipamento 2 acoplado aos dutos 3 desce, a configuração inicial transforma-se na configuração final, mostrada na fig. 5, propiciando o assentamento adequado do

••• •• • •• •• •• ••••••


conjunto sobre o solo marinho.

A transformação da configuração inicial na configuração final é naturalmente provocada pelo peso do equipamento 2 e dos dutos 3 que fazem girar a articulação 5    4, rotacionando assim a base 5 até o completo apoio sobre o

solo marinho.

A base 5 do mecanismo de posicionamento 1 apresenta um desenho conveniente que propicia a sua rotação ao tocar o solo marinho, sem provocar efeitos indesejáveis, tais como

10 a escavação do solo.

A fig. 5 apresenta o conjunto na configuração geométrica final que é preferível após o término da instalação e propicia o assentamento adequado da base 5, do equipamento 2 e dos dutos 3.

15    O centro de gravidade global 11 do conjunto, na

configuração final, aproxima-se mais do eixo longitudinal 7 dos dutos 3, mas nesta situação o efeito de orientação vertical já não é necessário, uma vez que o conjunto já se encontra apoiado no solo marinho.

20    A altura dos dutos 3, entretanto, em relação à base 5

e, consequentemente, em relação ao solo marinho é reduzida, permitindo o apoio adequado dos dutos 3.

Modificações e aperfeiçoamentos podem ser incorporados sem fugir do escopo da invenção.


» • • • • » • •


REIVINDICAÇÕES

1.    Sistema de posicionamento para orientar um equipamento acoplado a dutos, durante a instalação dos mesmos sobre o leito do mar, caracterizado pelo fato de um

5 mecanismo de posicionamento    (1) ser incorporado ao

equipamento (2) , com liberdade de movimento entre os mesmos, tal que o mecanismo (1) possa assumir posições geométricas variáveis em relação ao equipamento, entre uma configuração geométrica inicial, durante a descida, na qual 10 o centro de gravidade global (10) , do conjunto constituído pelo equipamento (2) e mecanismo (1) , é deslocado para baixo do eixo longitudinal (7) do duto (3), propiciando a orientação vertical do equipamento (2), e uma configuração geométrica final diferente, após o assentamento do conjunto 15 no leito do mar, propiciando o assentamento adequado do equipamento (2) e dos dutos (3) sobre o solo marinho.

2.    Sistema de posicionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o mecanismo assumir a forma de uma estrutura acoplada ao equipamento.

20    3. Sistema de posicionamento de acordo com a

reivindicação 2, caracterizado pelo fato da estrutura ser acoplada ao equipamento através de uma articulação (4).

4. Sistema

de

posicionamento

de acordo

com a

reivindicação

3,

caracterizado pelo

fato do

eixo da

25 articulação

(4)

ser

aproximadamente

paralelo

ao eixo

longitudinal (7) dos dutos (3) e proporcionar um ângulo de rotação (9) entre o equipamento (2) e o mecanismo de posicionamento (1).

5.    Sistema    de posicionamento    de    acordo com    a

30    reivindicação 4,    caracterizado pelo    fato    do ângulo    de

rotação (9) compensar eventuais torções residuais nos dutos (3) após o assentamento sobre o leito do mar.

6.    Sistema    de posicionamento    de    acordo com    a

• • •• ••••••

reivindicação 2 ou reivindicação 3 ou reivindicação 4 ou reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a estrutura é provida com uma base (5) para assentamento no solo marinho que proporciona apoio adequado para o equipamento 5    (2) .

7. Sistema de posicionamento de acordo com qualquer das reivindicações acima caracterizado pelo fato de que o equipamento (2) e os dutos (3) são lançados a partir de embarcações na superfície do mar.

10    8. Sistema de posicionamento de acordo com a

reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os dutos (3) são dutos flexíveis.

9. Sistema de posicionamento de acordo com a reivindicação 7, ou reivindicação 8, caracterizado pelo 15 fato de que o equipamento (2) é uma válvula.

Fig. 1

• • • • • •

•    •    •    • • •

•    •    •    • •    • •

• • ••••••

• • • • • •


•• •••••••



Fig. 2


3/5


* •• • •• •• •• ••

• • • • •• • • •• ••

* •••• « • •• • ••••

• •••••• •• •• • • «

• • • • •• •• •• • • •    ••    •    ••    •• M ••••«••


Fig. 3


• • • • • • • •• • • • ••••

•• • • ••••«« •• •• • • # • • • • • • • • • •• « « • •• •• • •• •• •• •••••••


Fig


5


Patente de Invenção:    "SISTEMA DE POSICIONAMENTO PARA

ORIENTAR UM EQUIPAMENTO ACOPLADO A DUTOS"

É revelado um sistema de posicionamento para orientar 5 um equipamento acoplado a dutos, durante a instalação dos mesmos sobre o leito do mar, no qual um mecanismo de posicionamento (1) é incorporado ao equipamento (2) , com liberdade de movimento entre os mesmos, tal que o mecanismo (1) possa assumir posições geométricas variáveis em relação 10 ao equipamento, entre uma configuração geométrica inicial, durante a descida, na qual o centro de gravidade global (10), do conjunto constituído pelo equipamento (2) e mecanismo (1), é deslocado para baixo do eixo longitudinal (7) do duto (3), propiciando a orientação vertical do 15 equipamento (2), e uma configuração geométrica final diferente, após o assentamento do conjunto no leito do mar, propiciando o assentamento adequado do equipamento (2) e dos dutos (3) sobre o solo marinho.