Projeto estrutural de um conector bipartido utilizado na indústria de óleo & gás através do método dos elementos finitos

Abstract

O conector bipartido, por sua simplicidade construtiva quando comparado ao conector tipo “collet” se torna um componente mecânico bastante atrativo para unir equipamentos em situações na qual não há carga externa de momento fletor. A proposta desse trabalho foi mostrar em detalhes o projeto de um conector bipartido para operar com 68,9 MPa de pressão interna e travado por quatro parafusos UN 1,25” - 8 FPP submetido ao torque de 762,3 N.m (gerando pré-carga de 221,4 kN em cada um dos quatro parafusos) que foi suficiente para energizar o selo metálico e garantir que as faces dos “hubs” se encostassem durante a montagem. A análise foi considerada em duas situações, mínimo coeficiente de atrito (0,08) e máximo coeficiente de atrito (0,15) nas faces de contato entre os Hubs e Bipartidos. Para a condição de mínimo atrito foi verificado que o nível de tensão gerado nas peças do conector não ultrapassa o limite de aceitação da API 6A e API 17D. Para a condição de máximo atrito, foi comprovado que na pior situação tem-se pressão de contato na região de vedação superior a três vezes o valor da pressão hidrostática referente à lâmina d’água de 3000 metros, garantindo que não haverá entrada de água do mar no sistema, mesmo em uma situação extrema na qual a pressão interna seja nula. Para as análises de elementos finitos, foi utilizado o software Abaqus CAE.

The clamp connector, due to your built simplicity in comparison to the collet connector is an attractive part to connect equipment where there is no external bending moment. The purpose of this job was show in details the clamp connector design for 68.9 MPa internal working pressure locked by four screws UN 1.25”-8 TPI under torque 762.3 N.m (that created bolt load 221.4 kN at each one of the four screws) that was enough to set the seal and ensure hub face to face during assembly. The analysis was considered in two situations, minimum friction (0.08) and maximum friction (0.15) at the contact faces between the Hubs and Clamps. At the minimum friction condition, was verified the stress level at the parts is acceptable by API 6A and API 17D. At the maximum friction condition, was verified at the worst condition the contact press at sealing area is higher than 3 times the hydrostatic pressure at 3000 meters water depth, and therefore enough to ensure no sea water entering in the system at the extreme situation where there is no internal pressure. For the finite element analysis was used the software Abaqus CAE.