BRPI0608194B1 - “Válvula de controle de vazão de fluidos com fechamento bidirecional e vedação de alta temperatura” - Google Patents

Abstract

válvula, elemento de válvula e método de operar uma válvula. é apresentada uma válvula de controle do tipo de esfera com faculdades de fechamento bidirecional. a válvula (30) compreendendo uma entrada (31) e uma saída (32), um elemento de esfera (80) e um conjunto de vedação. ao fechar a válvula, o elemento de esfera que é excentricamente montado sobre uma haste (90, 91), gira para confmar com o conjunto de vedação (50). enquanto fechada, o conjunto de vedação incluindo um alojamento de vedação (52), uma vedação principal (64) e um membro resiliente, contata o elemento de esfera na vedação principal, enquanto o membro resiliente (70) compele a vedação principal no sentido do elemento de esfera. o conjunto de vedação adicionalmente inclui um trajeto de fluxo secundário (72) entre a vedação principal e o alojamento de vedação, que é restrito por uma vedação de alta temperatura.

Description

“VÁLVULA DE CONTROLE DE VAZÃO DE FLUIDOS COM FECHAMENTO BIDIRECIONAL E VEDAÇÃO DE ALTA TEMPERATURA” Referencias Remissivas a Pedidos Correlatos O presente pedido é uma ‘continuação em parte’ (CIP) do pedido n~ 10/ 101 139, depositado em 19 de março de 2002, intitulado “Fluid Control Valve with Bidirectional Shuttoff” e é aqui incorporado a título de referência na sua totalidade para todos os fins.

Campo da Invenção A invenção trata de válvulas para fluidos e, mais especificamente, refere-se a válvulas para fluidos, do tipo de esfera tendo uma vedação para alta temperatura;.

Fundamentos da Invenção As válvulas são usadas em um largo número de aplicações de sistema de controle de método para controlar alguns parâmetros de um fluido de método (este pode ser um líquido, gás, pasta semifluida, etc.). Embora o sistema de controle de método possa usar uma válvula de controle para em última análise controlar a pressão, nível, pH ou outro parâmetro desejado de um fluido, a válvula de controle basicamente controla a taxa de vazão de fluido.

Tipicamente, uma válvula de esfera pode incluir uma entrada de fluido e uma saída de fluido separada por um elemento de esfera, o qual girando em torno de um eixo geométrico fixo e se recostando a um conjunto de vedação, controla a quantidade de fluxo de fluido através da mesma. Durante a operação, o sistema de controle de método ou um operador controlando a válvula de controle manualmente, gira o elemento de esfera contra uma superfície do conjunto de vedação, desse modo expondo uma passagem de fluxo, para proporcionar uma vazão de fluido desejada através da entrada e saída e, por conseguinte, através da válvula de esfera Os componentes da válvula de esfera, inclusive o elemento de esfera e conjunto, são tipicamente constmídos de metal, isto se aplica especialmente quando usados em aplicações de alta pressão e/ou alta temperatura. Durante operações da válvula, muitos componentes sofrem desgaste devido à operação cíclica repetida e extensiva da válvula, especificamente o elemento de esfera e conjunto de vedação, devido ao contínuo contato friccional durante o abrir e fechar da válvula. Os problemas resultantes do desgaste incluem, porém sem estarem limitados a, duração de vida útil decrescida dos componentes de válvula, forças friccionais aumentadas entre o elemento de esfera e o conjunto de vedação, e vazamento indesejável entre o elemento de esfera e o conjunto de vedação. De maneira similar, quando as forças friccionais relativamente aumentam com o grau de desgaste que os componentes experimentam, o desempenho dinâmico e características de controle no interior da válvula se agravam, resultando em ineficiências e inexatidões na válvula.

No passado, foram feitas tentativas para incorporar uma vedação principal compelida ao interior do conjunto de vedação para corrigir os problemas acima mencionados. Isto, todavia, resultou em limitar as aplicações da válvula, inclusive coagindo a válvula a capacidades de vedação bidirecional limitada. Outrossim, com força e pressão adicionais criadas pela vedação principal compelida contra o elemento de esfera, desgaste adicional entre o elemento de esfera e o conjunto de vedação, e especificamente a vedação principal, é criado. Tentativas adicionais foram feitas para corrigir os problemas acima, montando o elemento de esfera sobre um carne, de tal maneira que o elemento de esfera durante os estágios iniciais de abertura e fechamento da válvula, se retrai da relação de engate com a vedação principal com a rotação. Isto, todavia, resultou em outras complicações, tal como no encarceramento de resíduos entre o elemento de esfera e a vedação principal. Por exemplo, quando o meio conduzido se propagando através da válvula contém material fibroso tal como pasta de papel ou partículas, o material fibroso pode ser encarcerado entre o elemento de esfera e a vedação principal durante o fechamento da válvula, efetivamente gerando um trajeto de vazamento através da válvula. O pedido norte-americano US2003/0178595 se refere a uma válvula de controle do tipo de esfera com capacidades de desligamento bidirecional. A abertura e fechamento da válvula são realizados girando excentricamente um elemento de esfera em torno de um eixo para se recostar ao elemento de vedação. O documento europeu EP 0 483 611 se refere a uma disposição de vedação para uma válvula de esfera compreendendo um elemento de vedação de esfera que engata com a esfera de uma maneira vedante e é vedado contra o alojamento da válvula de esfera por meio de um elemento de vedação secundário. Já a patente norte-americana US 5.611.516 se refere a uma construção de válvula de esfera na qual um corpo de válvula tem orifícios de entrada e saída espaçados em um eixo de fluxo que é controlado por uma esfera interposta e a esfera é girável em torno de um eixo fixo ao corpo que intercepta o eixo de fluxo no centro geométrico da esfera.

Por conseguinte, permanece a necessidade por uma válvula de esfera aperfeiçoada tendo um conjunto de vedação e um elemento de esfera, que é suscetível de vedação bidirecional do fluido, que seja capaz de reduzir o desgaste entre a vedação principal e o elemento de esfera, que preserve as características de desempenho dinâmico positivo e características de controle, e que previna material fibroso e partículas de serem encarceradas entre o elemento de esfera e a vedação principal.

Descrição Sucinta dos Desenhos A fig. 1 é uma vista superior de uma válvula de esfera construída de acordo com s ensinamento da invenção; A fig. 2 é uma vista em seção transversal da válvula de esfera da figura 1, tomada ao longo da linha 2-2 da fig. 1; A fig. 3 é uma vista em seção transversal da válvula de esfera da figura 1, tomada ao longo da linha -3 da fig. 1, e com a locação do elemento de esfera quando a válvula está na posição aberta sendo mostrada em traçado descontínuo; A fig. 4 é uma vista seccional parcial ampliada de uma parte da fig. 3, representando a válvula de esfera na posição fechada, incluindo uma vedação principal, um conjunto de dois anéis vedantes, um membro de mola e um alojamento de vedação; A fig. 4A é uma vista seccional detalhada da fig. 4, mostrando um anel vedante; A fig. 5 é uma vista similar à fig. 4, porém mostrando a abertura da válvula de esfera, inclusive a vedação principal, os dois anéis vedantes, o membro de mola e o alojamento de vedação; A fig. 5A é uma vista seccional rota, mostrando a válvula de esfera na posição fechada, incluindo uma vedação principal, um único anel vedante e um alojamento de vedação; A fig. 6 é uma vista seccional rota parcial, ampliada, de uma modalidade alternativa de um conjunto de vedação, representando a válvula na posição fechada, incluindo uma vedação principal, um anel vedante capaz de suportar alta temperatura, um membro de mola e um alojamento de vedação; A fig. 6A é uma vista seccional rota ampliada de outra modalidade alternativa de um conjunto de vedação, representando a válvula de esfera na posição fechada, incluindo uma vedação principal, anel vedante capaz de suportar alta temperatura, um membro de mola e um alojamento de vedação; A fig. 7 é uma vista superior do alojamento de vedação; A fig. 8 é uma vista em seção transversal do alojamento de vedação da fig. 5a, tomada ao longo da linha 8-8 da fig. 7; A fig. 9 é uma vista em seção transversal da vedação principal; A fig. 10 é uma vista seccional rota ampliada da vedação principal da fig. 9; A fig. 11 é uma vista superior de uma mola de pressão; A fig. 12 é uma vista lateral da mola de pressão da fig. 11.

Embora a invenção seja suscetível de várias modificações e construções alternativas, determinadas modalidades ilustrativas da mesma foram ilustradas nos desenhos e serão descritas abaixo em detalhe. Deve ser entendido, todavia, que inexiste qualquer intenção em limitar a exposição às formas específicas expostas, porém pelo contrário a intenção é abranger todas as modificações, construções alternativas, e equivalentes que se enquadrem dentro do espírito e âmbito da invenção conforme definida pelas reivindicações apensas.

Descrição Detalhada Reportando-se a seguir aos desenhos, e com referência específica às figs. 1-3, uma válvula de esfera construída de acordo com os ensinamentos da invenção é genericamente designada pelo numeral de referência 20. Como ali mostrada, a válvula de esfera 20 inclui um alojamento 30 tendo um trajeto de fluxo primário 33 entre uma entrada 31 e uma saída 32, um conjunto de vedação 50 e um elemento de esfera 80 montado sobre eixos girantes 90 e 91. O alojamento 30, de modo genérico tendo uma forma cilíndrica, define o trajeto de fluxo primário 33 para um fluido se propagando através do mesmo. No fundo do alojamento 30, como orientado na fig. 2 é a saída 32, do trajeto de fluxo primário 33, a saída 32 sendo circundada por um flange de saída 38. Na parte central do alojamento 30, um orifício atravessante 40 penetra na parede direita do alojamento 30, e um furo cego 41 se abre para o interior do alojamento 30, ambos os orifícios 40 e 41 sendo concêntricos entre si e apropriados para receber os eixos 90 e 91, respectivamente. Disposto entre o eixo girante 90 e a superfície de parede direita externa ou “extremidade acionadora” do alojamento 30, encontra-se um seguidor de engaxetamento 42, um conjunto de anéis de engaxetamento 44, e um mancai 43a. Disposto entre o eixo seguidor 91 e a superfície de parede esquerda interna ou “extremidade seguidora” do alojamento 30, existe um mancai 43b. Localizado sobre a extremidade acionadora do alojamento 30, e adaptado para se engatar com os elementos de fixação 35, existe um flange de eixo 34. Reportando-se a seguir ao topo do alojamento 30, ainda conforme orientado na fig. 2, existe um alargamento 39, criando a entrada 32 do trajeto de vazão primário 33 e, sendo adaptado para receber o conjunto de vedação 50. Circundando a entrada 31 existe um flange de admissão 36, o flange de admissão 36 sendo adaptado para ser fixado a um tubo de entrada (não mostrado). Deve ser observado neste ponto, que o flange de admissão 36 e o flange de saída 38 podem ser totalmente ou parcialmente removidos, e que as conexões entre a entrada 31 e a saída 32 podem ser estabelecidas de várias maneiras. O conjunto de vedação 50, como mais bem mostrado nas figs. 4-5a inclui um primeiro corpo vedante, de preferência uma vedação principal 64, e um segundo corpo vedante, de preferência um alojamento de vedação 52. Como acima mencionado, o conjunto de vedação 50 é disposto no interior do alargamento 39 do alojamento 30, e mais especificamente, uma superfície exterior 54 do alojamento de vedação 52 é fixamente pesa no interior do alargamento 39. Sobre uma superfície interior 53 do alojamento de vedação 52 (figs. 7 e 8), existe um par de ranhuras anulares 55a e 55b, apropriadas para receber um primeiro anel de vedação 60a e um segundo anel de vedação 60b, respectivamente. Como mais bem mostrado nas figs. 4 e 5, o conjunto de vedação 50 ainda inclui um membro resiliente 70, tal como uma mola de pressão, e a vedação principal 64. O par de anéis de vedação 60a e 60b e o membro resiliente 70 conectam operativamente a vedação principal 54 com o alojamento de vedação 52. O membro resiliente 70 é disposto entre o elemento vedante 64 (figs. 9 e 10) e o alojamento de vedação 52, criando uma propensão sobre a vedação principal 64 no sentido do elemento de esfera 80, pela adição do qual um trajeto de fluxo secundário inadvertente 72 entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52 é criado. O par de anéis de vedação 60a e 6b também podem ser dispostos entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52, criando uma restrição de fluxo do fluido através do trajeto de vazão 72.

Se recostando à vedação principal 64, quando a válvula 20 está na posição fechada, existe o elemento de esfera 80 (fig. 4). O elemento de esfera 80 inclui uma superfície esférica 83 e de preferência uma parte de entalhe em ‘V’ 83 (figura 1), habilitando a válvula 20 a ser gradualmente aberta e fechada. Afixado ao elemento de esfera 80 através de orifícios atravessantes existe o eixo seguidor 91 e o eixo girante 90, respectivamente.

Como mencionado previamente, prestando assistência aos eixos 90 e 91 em alinhamento e rotação, existem mancais 43a e 43b, dispostos entre o alojamento 39 e os eixos 90 e 91, respectivamente. Mais uma vez, conforme orientado na fig. 2, o eixo seguidor 91 é disposto no furo cego 41 na extremidade seguidora do alojamento 30. Se engatando com o eixo seguidor 91 e disposto entre a extremidade ativadora do alojamento 30 e o elemento de esfera 80 existe o mancai 43a. O eixo acionador 90 então penetra através da extremidade acionadora 30 através do orifício atravessante 40, e se engata com o anéis de engaxetamento 44 e o seguidor de engaxetamento 42 antes de sobressair no exterior do alojamento 30. Em uma extremidade externa 92 do eixo 90, o eixo 90 pode ser adaptado para se engatar com um mecanismo de abertura e fechamento.

Em um exemplo, como pode ser mais bem visto na fig. 3, o elemento de esfera 80 é montado no eixo 90 de tal maneira que o elemento de esfera 80 gira excentricamente. Por exemplo, o elemento de esfera 80 tem um ponto pivô natural, que é o ponto no qual o elemento de esfera 80 gira de modo que todos os pontos sobre a superfície esférica 82 do elemento de esfera 80 são eqüidistantes do ponto pivô natural. Quando o elemento de esfera é girado excentricamente, todavia, os pontos sobre a superfície esférica 82 do elemento de esfera 80 não são eqüidistantes do ponto pivô natural e, por conseguinte são excêntricos.

Deve ser observado neste ponto, conforme é do conhecimento daqueles versados na técnica, que a excentricidade do elemento de esfera 80 pode ser criada de várias maneiras, inclusive, porém não limitada a, deslocar o centro dos eixos 90 e 91 em relação ao ponto pivô natural do elemento de esfera 80. De modo similar, o movimento excêntrico do elemento de esfera 80, pode ser realizado com uma combinação de componentes excentricamente montados, que podem assegurar benefícios adicionais. Por exemplo, o movimento excêntrico criado deslocando o centro dos eixos 90 e 91 em relação ao ponto pivô natural do elemento de esfera 80, em combinação com o deslocamento do eixo 90 e 91 em relação ao alojamento de válvula 30, pode eliminar a necessidade de alterar o conjunto de vedação 50, tal como criando um orifício atravessante não concêntrico no alojamento vedante 52, para compensar a outra colocação do elemento de esfera 80 criado por um único movimento excêntrico no interior da válvula 20.

Na fig. 4, o elemento de esfera 80 é excentricamente girado para se recostar à vedação principal 64, desse modo criando uma restrição de fluxo do trajeto de fluxo primário 33 em um ponto de contato 66. De preferência, como mostrado nas figs. 4 e 5, quando o elemento de esfera 80 pressiona contra a vedação principal 64, a vedação principal 64 pode ser deslocada para o interior do alojamento vedante 52 pela compressão do elemento resiliente 20. Para assegurar o correto deslocamento e operação da vedação principal 64 em relação ao elemento de esfera 80 e ao alojamento vedante 52, um vão predeterminado ou calculado 71 criado entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52 pode ser cuidadosamente estabelecido. O vão 71 pode ser cuidadosamente estabelecido para assegurar que a vedação principal 64 contate o elemento de esfera 80, quando a válvula 20 está na posição fechada. Trabalhando em combinação com o vão 71 para assegurar correto deslocamento e operação da válvula 20, existe um vão 73 criado entre a vedação principal 64 e o alojamento 30. O vão 73 assegura a vedação principal 64 entre em contato direto com o alojamento 30, na ocasião correta, quando a válvula 20 está se abrindo ou fechando. Por exemplo, se o vão 73 for demasiadamente grande, a vedação principal 64 pode permanecer em contato com o elemento de esfera por um período de tempo demasiado durante o abrir e fechar da válvula 20, desse modo resultando em um grau indesejado e evitável de fricção e desgaste entre a vedação principal 64 e o elemento de esfera 80. De modo similar, se o vão 73 for por demais pequeno, a vedação principal 64 pode contatar o alojamento durante o abrir e fechar da válvula 20 com demasiada antecipação, efetivamente prevenindo que a vedação principal 64 entre em contato com o elemento de esfera 80, desse modo criando um vazamento na válvula 20.

Para estabelecer o vão 71, os eixos 90 e 91 e assim o elemento de esfera 80 pode ser girado utilizando um atuador ou articulação de atuador (não mostrada). Por exemplo, quando o elemento de esfera 80 excentricamente montado gira no sentido da posição fechada, o elemento de esfera 80 pode contatar a vedação principal 64, desse modo causando o vão 71 a se tornar menor, tanto mais o elemento de esfera 80 gira para a posição completamente fechada. Quando o elemento de esfera 80 é girado, e a medida que o vão 71 se torna menor, o vão 71 pode ser medido e pode então ser definido proporcionando um batente limitador no atuador ou articulação de atuador (não mostrada), Por exemplo, quando o elemento de esfera 80 excentricamente montado gira no sentido da posição fechada, o elemento de esfera 80 pode contatar a vedação principal 4, desse modo causando o vão 71 a se tornar menor, tanto mais o elemento de esfera 80 gira para a posição completamente fechada. Quando o elemento de esfera 80 é girado, e a medida que o vão se torna menor, o vão 71 pode ser medido e pode então ser estabelecido proporcionando um batente limitador no atuador ou articulação de atuador.

Em outro exemplo, o vão 71 pode ser utilizado para assegurar correta dimensão entre os componentes da válvula 20 e verificar a dimensão do vão 73. Mais especificamente, cada componente, e características dentro daqueles componentes da válvula 20, têm dimensões e tolerâncias para assegurar um correto ajuste entre os componentes da válvula 20. Não obstante, muito embora todas as dimensões e tolerâncias possam ser respeitadas durante os métodos de manufatura dos diferentes componentes, a soma ou totalização das tolerâncias, pode criar uma ausência de alinhamento ou situação, pela qual correto funcionamento da válvula 20 pode ser impedido. Por conseguinte, medindo e ajustando o vão 71 para enquadrar-se dentro de uma faixa e posição aceitável, que pode ser tão simples como aplicar um conjunto de calibres de metal no vão 71, um sendo a extremidade alta de uma faixa aceitável, e o outro situado na extremidade baixa da faixa aceitável, a válvula 20 pode ser facilmente montada, enquanto assegurando correto alinhamento e movimento entre os componentes da válvula 20. Além disso, o vão calculado 71 e assim o vão 73, pode ser repetidamente medido, alinhado, e definido. Isto é devido à acessibilidade do vão 71a partir de uma superfície externa ou exterior da válvula 20. A válvula 20, por conseguinte, não necessita ser desmontada de maneira a calibrar corretamente o vão 71.

Também mostrado nas figs. 4 e 5 é o trajeto de fluxo secundário 72, inadvertidamente criado entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52 para acomodação do membro resiliente 70. Para prevenir infiltração através do trajeto de fluxo secundário 72, de preferência dois anéis de vedação unidirecionais 60a e 60b são dispostos entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52, e mais especificamente são dispostos dentro das ranhuras anulares 55a e 55b sobre a superfície interna 53 do alojamento de vedação 52, respectivamente. Os anéis vedantes 60a e 60b (fig. 4A) de preferência cada um tem uma primeira perna 61a e uma segunda perna 61b, as pernas definindo uma área receptora de fluido 63 intermediária e adaptada para receber fluido e desse modo compelir as pernas 61a e 61b a se espaçarem mutuamente para vedar o trajeto de fluxo secundário 72. Os anéis vedantes 61a e 61b podem ser manufaturados de borracha, plástico ou de material metálico, ou de qualquer outro material suscetível de funcionar corretamente. Os anéis vedantes 60a e 60b também podem ser posicionados em série para prevenir o fluxo de fluido através do trajeto de fluxo secundário 72 quando a válvula 20 é pressurizada quer a partir da entrada quer da saída. Deve ser realizado, todavia, que os anéis vedantes 60a e 60b unidirecionais dispostos em série, é uma das muitas maneiras para restringí o fluxo de fluido através do trajeto de fluxo bidirecionalmente. Dentre outras soluções, por exemplo, os anéis vedantes poderíam ser dispostos em paralelo ou o par de anéis vedantes podería ser trocado por um único anel vedante bidirecional 6, como mostrado na fig. 5A, de preferência disposto em uma única ranhura anular 56. Outrossim, devido aos anéis vedantes 60a e 60b_serem dispostos entre o alojamento de vedação 52 e a vedação principal 64, a vedação principal 64 é habilitada para se alinhar corretamente com o elemento de esfera 80.

Em uma modalidade alternativa do conjunto de vedação 50, como visto nas figs. 6 e 6A, o trajeto de fluxo secundário 72 pode ser restrito pelo uso de um fole 75. O fole 75 inclui uma pluralidade de ondulações, dobras, pregas, ou deformações que permitem deslocamento recíproco substancialmente irrestrito das extremidades superior e inferior 77, 79 dos foles 75, como orientado nas figs. 6 e 6A, O fole 75 pode ser construído de uma liga metálica anticorrosiva. Entre as ligas apropriadas se incluem lias de níquel/cromo tal como INCONEL, (marca de comércio registrada pela Inco Alloys International) e HASTELLOY (marca de comércio registrada pela Haynes International, Inc.) entre outras.

Como ilustrado nas figs. 6 e 6A, o alojamento de vedação 52 pode incluir uma parte do alojamento de vedação superior 52, nestas modalidades, pode ser construído de mais de uma peça. Por exemplo, como ilustrado na fig. 6, o alojamento de vedação 52 pode incluir pode incluir uma parte de alojamento de vedação superior 52a e uma parte de alojamento de vedação inferior 52b, que pode ser conectada ou afixada através de uma soldagem, por exemplo. Um friso ou estria 85 é disposto próximo à uma extremidade inferior do alojamento de vedação 52, e se estende para dentro no sentido do trajeto de fluxo 33 da válvula 20. A estria 85 se engata com um ressalto 87 que se estende para o exterior no sentido do alojamento de vedação 52 da vedação principal 64, quando a válvula 20 está em uma posição aberta, e proporciona um batente limitador para a vedação principal 64, compelida contra o alojamento de vedação 52 pelo membro resiliente 70. Adicionalmente, a parte do alojamento de vedação inferior 52b pode incluir uma segunda estria 89 que se estende para dentro da mesma para proporcionar um batente limitador para a vedação principal 64, quando a válvula 20 está em uma posição fechada. A extremidade superior 77 do fole 75 é afixada ou conectada com a vedação principal 64, desse modo restringindo o segundo trajeto de fluxo 72. Devido às propriedades intrínsecas do material e à natureza da construção, o fole 75 acomoda o deslocamento da vedação principal 64 em relação ao alojamento de vedação 52 sem vazamento através do segundo trajeto de fluxo 72, e pode compensar as pressões de fluido experimentadas a partir de um ou de outro lado do fole 75. Por exemplo, se a pressão de fluido é recebida através do vão 71 então o fole 75 pode ser forçado no sentido do alojamento de vedação 52 até partes do fole se recostarem ao alojamento de vedação 52, essencialmente assentando os foles 75 contra o alojamento de vedação 52. De maneira similar, se a pressão de fluido é recebida através do vão 73, então o fole 75 pode ser forçado no sentido da vedação principal 64 até partes de fole se recostarem à vedação principal 64, essencialmente assentando fole 75 contra a vedação principal 64.

Na construção do conjunto de vedação 50, como descrito acima, o fole 75, a parte de alojamento de vedação superior 52a, e uma parte de alojamento de vedação inferior 52b podem ser afixadas ou conectadas com seus respectivos objetos de junção através de uma soldagem. As conexões podem ocorrer em etapas específicas para assegurar a correta afixação ou uma conexão de boa qualidade. Por exemplo, a extremidade superior 77 do fole 75 pode primeiramente ser afixada ao alojamento de vedação 64, de tal modo que exista fácil acesso à extremidade superior 77 do fole 75. A seguir, a extremidade inferior 64 do fole 75 pode ser afixada ao alojamento de vedação 64, em que a soldagem é prevista através de uma área posteriormente ocupada pelo membro resiliente 70. O membro resiliente 70 pode agora ser inserido, e a parte de alojamento de vedação superior e inferior 52a e 52b podem ser conectadas.

Em outro exemplo, conforme ilustrado na fig. 6A, o membro resiliente 70é localizado no lado oposto do fole 75, em relação ao trajeto de fluxo 72, desse modo permitindo que a vedação principal 74 assuma uma aparência mais tubular e reduzindo o vazamento entre o elemento de esfera 80 e a vedação principal 64. Neste exemplo, o alojamento de vedação 52 pode incluir uma parte de alojamento de vedação superior 52a, uma parte de alojamento de vedação central 52c, que pode ser conectada ou afixada através de uma soldagem, por exemplo. Um aro se estendendo para baixo 93 pode ser disposto próximo à uma extremidade inferior da parte de alojamento de vedação central 52c que se estende no sentido do fole 75. O aro 93 assegura um ponto de afixação para a extremidade superior 77 do fole 75. Um anel de retenção 95 é disposto adjacente ao membro resiliente 70, para proporcionar uma força propensora do membro resiliente 70 contra a vedação principal 64.

Mais especificamente, o anel de retenção 95 pode ser disposto em uma ranhura 97 localizada em uma parte superior da vedação principal 64, desse modo fixando o anel de retenção 95 em relação à vedação principal 64. O membro resiliente 70 é disposto entre o anel de retenção 95 e a parte de alojamento de vedação superior 52a, dessa maneira proporcionando uma propensão para baixo contra a vedação principal 64.

Na construção do conjunto de vedação 50, conforme descrito acima, as conexões podem ocorrer em etapas específicas para assegurar a correta afixação ou uma conexão de boa qualidade. Por exemplo, as extremidades superior e inferior 77 e 79 do fole 75 podem se afixadas ou conectadas antes das partes de alojamento de vedação superior, central e inferior 52a, 52c, 52b.

Em outro exemplo, como mostrado nas figs. 7 e 8, o alojamento de vedação 52, tem uma superfície interior decalada 53. Conforme anteriormente exposto, a vedação principal 64 é amovivelmente conectada com o alojamento de vedação 52. De preferência, a vedação principal 64 se desloca deslizantemente no interior do alojamento de vedação 52, permitindo que a vedação principal contate o elemento de esfera 80. A condição excêntrica acima mencionada, criada pela não concentricidade da superfície interior 53 do alojamento de vedação 52, e a superfície exterior 54 do alojamento de vedação 52, contribui na vedação e fechamento da válvula 20, com isto a superfície interior 53 é situada, de tal maneira que quando o elemento de esfera 80 se recosta à vedação principal 64, o elemento de esfera 80 e a superfície interior 53 são alinhados. Como mencionado anteriormente, todavia, o uso de uma combinação de movimentos excêntricos, pode alinhar o elemento de esfera 80 com a vedação principal 64, sem exigir a disposição excêntrica ou não concêntrica da superfície interior com a superfície exterior 54.

Em operação, a válvula de esfera 20 pode ser utilizada em muitas situações com fluidos variáveis, porém será aqui descrita como regulando fluidos de alta pressão contendo partículas, inclusive, porém se estar limitada a fibras de madeira e pastas semifluidas aquosas usadas nas indústrias de pasta de celulose e indústrias de papel. Anteriormente ao uso da válvula 20, tal com durantes inspeções ou manutenção de rotina, o vão 71 pode ser medido e ajustado pelo pessoal de montagem ou por pessoal de manutenção. O vão 71 pode ser estabelecido para assegurar corretas tolerâncias dos diferentes componentes de válvula, desse modo assegurando um correto ajuste entre os componentes de válvula, porém o vão 71 também pode ser medido e estabelecido após a válvula 20 ter sido posta em funcionamento, desse modo assegurando correta operação continuada da válvula 20.

Quando a válvula 20 está na posição aberta, existe um número limitado de restrições para o fluido quando este passa através do trajeto de fluxo primário 33. Uma estria 58, localizada sobre o alojamento de vedação 52, limita a oposição ao fluido pela vedação principal 64. Mais especificamente, quando o fluido flui através da válvula 20, especialmente quando o fluido passa da entrada 31 para a saída 32, a estria 58 confere abrigo ao trajeto de fluxo secundário 72 e à vedação principal 64, desviando o fluxo de fluido do trajeto de fluxo secundário 72 para o interior do trajeto de fluxo primário 33. Quando o fluido passa através da válvula 20, por exemplo, o fluido sem a existência da estria 58, pode ser diretamente forçado para o interior do trajeto de fluxo secundário 72, ao passo que com a estria 58, o fluido é disposto para ultrapassar o trajeto de fluxo secundário 72 e prosseguir através da válvula 20. Um dos muitos benefícios derivados da estria 58 é a redução da “compactação de sólidos” no interior do trajeto de fluxo secundário 72. A compactação de sólidos, conforme o nome sugere, ocorre quando materiais fibrosos, tal como pasta de celulose e/ou partículas se acumulam no interior do trajeto de fluxo secundário 72, dessa maneira criando um numero de problemas, inclusive, porém sem estar limitado, a reduzir o alcance de deslocamento da vedação principal 64 e criando fricção e forças indesejadas no interior do conjunto de vedação 5. A compactação de sólidos, todavia, não está limitada ao trajeto de fluxo secundário 7 localizado próximo ao vão 71 da válvula 20, porém também pode ocorrer no trajeto de fluxo secundário 72 localizado próximo ao vão 73. A prevenção do acúmulo dos materiais fibrosos ou partículas no vão 73 e trajeto de fluxo secundário 72 próximo ao vão 73, é a eliminação substancial do vão 73. Mais especificamente, enquanto a válvula 20 está na posição aberta, o membro resiliente 70 forçará a vedação principal 64 no sentido de um ressalto 81, desse modo eliminando substancialmente o vão 73 e prevenindo o ingresso de fluido no vão 73 e no trajeto de fluxo secundário 72.

Quando a válvula 20 se fecha, todavia, o elemento de esfera 80 lentamente principia a limitar o fluxo através do trajeto de fluxo primeiro 33, girando em tomo do eixo 90 e progressivamente dispondo a superfície esférica 82 do elemento de esfera no trajeto de fluxo primário 33. O entalhe em V 83 no elemento de esfera 80 permite que o fluido se propagando através do trajeto de fluxo primário 33 seja corretamente regulado criando uma restrição de fluxo que lentamente se afila fechada, até o trajeto de fluxo 33 ser plenamente impedido.

Quando o elemento de esfera 80 gira para a posição fechada, todavia, a superfície esférica 82 somente contata o conjunto de vedação 50 no ponto de contato 66, ao término do método de fechamento. O elemento de esfera 80 gira para a posição fechada a uma distância do conjunto de vedação 50. A superfície esférica 82, pode somente contatar o conjunto de vedação 50 por uma distância calculada antes do elemento de esfera restringir por completo o trajeto de fluxo primário 33. A partir do tempo de contato, entre o elemento de esfera 80 e a vedação principal 64, até a válvula 20 estar na posição fechada, o elemento de esfera 80 e assim a superfície esférica 82 permanecerão em contato com a vedação principal 64. A rotação do elemento de esfera 80, sem contatar o conjunto de vedação 50, é efetuada, no exemplo acima, montando excentricamente o elemento de esfera 80 nos eixos 90 e 91. Especificamente, o ponto pivô natural do elemento de esfera 80, através das aberturas 84a e 84b, é decalado em relação aos eixos 90 e 91, respectivamente, de tal maneira que os eixos 90 e 91 são montados sobre o elemento de esfera próximo ao ponto pivô natural do elemento de esfera 80, porém afastado do conjunto de vedação 50 e afastado do lado em que o elemento de esfera 80 pivota. Além disso, os eixos 90 e 91 também podem ser excentricamente montados em relação ao alojamento 30, com o que a excentricidade indesejada do elemento de esfera 80 criada pela primeira ação excêntrica, é anulada pela segunda ação excêntrica.

Ao assim proceder, será apreciado que o elemento de esfera 80, pode ser suscetível de girar em relação à vedação principal 64, enquanto ao mesmo tempo se deslocando em uma direção perpendicular à vedação 64. Por conseguinte, ao se deslocar para uma posição fechada, quaisquer partículas ou fibras contidas no fluido sendo processado, são cisalhadas entre o elemento de esfera 80 e a vedação principal 64, desse modo assegurando uma correta vedação. Mais especificamente, quando o elemento de esfera 80 contata a vedação principal 64, partículas e/ou fibras podem se tornar alojadas entre a vedação principal 64 e o elemento de esfera 80. Quando o elemento de esfera 80 continua a se fechar, quaisquer partículas e/ou fibras podem ser cortadas pelo continuado contato entre o elemento de esfera 80 e a vedação principal 64,de tal modo que a aresta em forma de faca, do entalhe em V 83, pode prestar assistência adicional no cisalhamento.

Para assegurar o correto fechamento entre o conjunto de vedação 50 e o elemento de esfera 80, a vedação principal 64 é deslizantemente afixada ao alojamento de vedação 52, e localizada em relação ao elemento de esfera 80, de tal modo que quando o elemento de esfera 80 contata a vedação principal 64, a vedação principal 64 é deslocada para o interior do alojamento de vedação 52 comprimindo o membro resiliente 70.

Durante a abertura e fechamento da válvula 20, a vedação principal deslocável 64, o alojamento 30, e o vão 73, em conjunção com o elemento de esfera excentricamente montado 80, pode se combinar para controlar o ângulo correto de engate entre o elemento de esfera 80 e a vedação principal 64. O ângulo de engate como exposto aqui, é constituído pelo graus de rotação do elemento de esfera 80, durante a qual a superfície esférica 82 do elemento de esfera 80 está em contato com a vedação principal 64. Por exemplo, quando o elemento de esfera 80 gira no sentido da posição fechada, a superfície esférica 82 eventualmente contata a vedação principal 64. O número de graus de rotação que o elemento de esfera sofre, a partir da ocasião em que a superfície esférica 82 entra em contato com a vedação principal 64, até o elemento de esfera 80 vir a estacionar, desse modo fechando a válvula 20, constitui o ângulo de engate. De modo similar, quando o elemento de esfera 80 gira da posição fechada para a posição aberta, a superfície esférica 82 eventualmente interrompe o contato com a vedação principal 64. O número de graus de rotação que o elemento de esfera sofre, a partir da ocasião em que o elemento de esfera, a partir do tempo que o elemento de esfera 80 principia a girar, até a superfície esférica 82 interromper o contato com a vedação principal 64 é mais uma vez, o ângulo de engate. A vedação principal 64, o alojamento 30, o vão 73, e o elemento de esfera 80, podem se combinar para controlar o ângulo correto de engate, proporcionando um vão corretamente dimensionado 71 entre o alojamento de vedação 52 e a vedação principal 64. O vão 71 localizado no exterior da válvula 20, quando medido e estabelecido, pode indicar a dimensão do vão 73, localizado na válvula 20. A dimensão do vão 73 pode determinar o valor do ângulo de engate, com isto um vão maior pode produzir um maior ângulo de engate e um vão menor ode produzir um menor ângulo de engate. Por exemplo, quando o elemento de esfera 80 está na posição fechada, a vedação principal 64 pode ser deslocada para o interior do alojamento de vedação 52, de tal maneira que o membro resiliente 70 é comprimido e a vedação principal 64 é compelida contra o elemento de esfera 80. Nesta posição fechada, o vão 73 pode ter dimensão igual à extensão da distância em que o elemento de esfera desloca a vedação principal 64. Quando a válvula 20 abre e o elemento de esfera 80 principia a girar, o movimento excêntrico ao qual o elemento de esfera 80 pode ser submetido, pode causar o elemento de esfera 80 a recuar do conjunto de vedação 64.

Durante este deslocamento, a vedação principal 64 pode permanecer em contato com o elemento de esfera 80, devido ao membro resiliente 70 compelir a vedação principal 64 no sentido do elemento de esfera 80. Mais especificamente, quando o elemento de esfera 80 recua do conjunto de vedação 64, o membro resiliente 70 pode descomprimir, desse modo habilitando a vedação principal 64 a permanecer em contato com o elemento de esfera 80. A vedação principal 64 pode permanecer em contato com o elemento de esfera 80 até a vedação principal 64 ser impedida de deslocamento adicional no sentido do elemento de esfera 80. Uma maneira pela qual a vedação principal 64 pode ser impedida de se deslocar adicionalmente no sentido do elemento de esfera 80 é proporcionar um batente limitador para a vedação principal 64, de tal forma que o elemento de esfera 80 é permitido a recuar adicionalmente do conjunto de vedação enquanto a vedação principal 64 é reprimida. O alojamento 30, compreendendo um lado do vão 73, pode assegurar a parada. Mais especificamente, como representado na figura 4, o alojamento 30 inclui um batente limitador na forma de um friso 91 de tal modo que a vedação principal 64 contata e se assenta contra o friso 81, desse modo prevenindo que o membro resiliente 70 sofra descompressão adicional e impedindo que a vedação principal 64 se desloque adicionalmente e entre em contato com o elemento de esfera 80. Por conseguinte, proporcionando o friso 81 e mais especificamente, proporcionando uma vedação principal 64 que é ajustável em relação friso 81, o engate e desengate recíproco, e assim o ângulo de engate, da vedação principal 64 com o elemento de esfera 80 pode ser controlado e ajustado.

Com a adição do membro resiliente 70, um trajeto de fluxo secundário 72 é criado entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52. Interpostos no trajeto de fluxo secundário 72, entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52, existem anéis vedantes 60a e 60b. Os anéis vedantes 60a e 60b são elásticos e suscetíveis de se expandir e contrair em ambas as direções radial e axial.

Os anéis vedantes 60a e 60b também auxiliam no alinhamento do elemento de esfera 80 com a vedação principal 64. Isto é realizado durante o fechamento da válvula 20, quando o elemento de esfera 80 contata a vedação principal 64 no ponto de contato 66. O elemento de esfera 80, naquela ocasião, aplica forças sobre a vedação principal 64 e tenta deslocar a vedação principal 64 em relação à superfície interna 53 do alojamento de vedação 52. Os anéis de vedação 60aa e 60b permitem que a vedação principal seja deslocada axialmente e radialmente, todo o tempo mantendo alinhados o elemento de esfera 80 e a vedação principal desse modo criando uma restrição de vazão do trajeto de fluxo primário 33.

Para utilizar corretamente o pleno potencial da ação excêntrica do elemento de esfera 80, todavia, tem de ser realizado, como mencionado previamente, que devido às propriedades da excentricidade, a vedação principal 64 pode não ser alinhada com o elemento de esfera 80 na posição fechada da válvula 20, conforme o seria se o elemento de esfera 80 fosse girado em torno do ponto pivô natural do elemento de esfera. Por conseguinte, para permitir que o elemento de esfera 80 seja excentricamente girado para a posição fechada, a superfície interna 53 do alojamento de vedação 52 é decalada em relação à superfície exterior 54 do alojamento de vedação 52, tornando a superfície interna 53 e a superfície externa 54 do alojamento de vedação 52 não concêntricas.

Para assegurar o correto alinhamento do elemento de esfera 80 com a superfície intra 53, um dispositivo de alinhamento 57, tal como um pino conforme mostrado na fig. 3, pode ser usado. O pino de alinhamento 57, pode ser fixamente afixado ao alojamento 30, e mais especificamente pode ser pressionado para o interior de um alargamento que está localizado em torno do perímetro da entrada 31, de forma que o alojamento de vedação 52 pode ser girado para se engatar com um alargamento localizado no alojamento de vedação 52 com o pino de alinhamento 57. Reciprocamente, se a válvula 20 contivesse um mecanismo excêntrico duplo, pelo qual dois mecanismos excêntricos independentes se combinam para gerar um movimento, a superfície interna 53 pode não necessitar de ter de ser não-concêntrica com a superfície externa do alojamento de vedação 52.

Quando a válvula de esfera 20 está na posição fechada, forças de alta pressão são criadas na entrada 31.0 aumento de pressão pode forçar o fluido de método a ultrapassa a restrição de fluxo primário e ser forçada através do trajeto de fluxo secundário 72. Impedindo que o fluido penetre através do trajeto de fluxo secundário existe o anel de vedação 60a, posicionado de tal maneira que as pernas do anel de vedação 61a e 61b confrontem o fluido entrante. De maneira similar, o aumento de pressão pode principiar a deformar ou flexionar os eixos 90 e 91 no sentido da direção do fluxo. Quando os eixos 90 e 91 se flexionam, o elemento de esfera 80 pode principiar a ser deslocado em uma direção perpendicular em relação ao conjunto de vedação 50. Prevenindo um vazamento entre o elemento de esfera deslocado 80 e a vedação principal 64, encontra-se o membro resiliente 70, compelindo a vedação principal 64 no sentido do elemento de esfera 80 quando o elemento de esfera 80 é deslocado. Quando a pressão aumenta, os eixos 90 e 91 podem se flexionar adicionalmente, desse modo aumentando adicionalmente o deslocamento do elemento de esfera 80. A vedação principal 64 continuará a ser compelida contra o elemento de esfera 80, até a vedação principal 64 ser detida, ou o membro resiliente 70 ser plenamente descomprimido. O membro resiliente 70 durante situações de alta pressão, todavia, pode não ser plenamente descomprimido antes do desengate com a vedação principal 64. O membro resiliente 70 pode não se descomprimir por completo devido às forças de pressão contra a vedação principal 64 criada pelo fluido. O vão 73 pode, por conseguinte, ser bastante grande, para assegurar que a vedação principal 64 não seja detida pelo friso 81, na parte inferior do vão 73, desse modo assegurando continuado contato entre a vedação principal 64 e o elemento de esfera 80, mesmo durante cenários de alta pressão.

Conforme anteriormente indicado, todavia, a alta pressão pode ser criada na saída 32, dependendo da direção do fluxo de fluido através do trajeto de fluxo primário 33. Se o trajeto de fluxo primário 33 fosse invertido, o fluido penetraria pelo lado oposto do trajeto de fluxo secundário 72, em torno do membro resiliente 70, e ser impedido de penetração adicional pelo anel de vedação 60b, também posicionado de tal modo que as pernas do anel de vedação 61a e 61b estão voltadas no sentido do fluido entrante. De modo similar, o fluido de alta pressão pode deformar ou flexionar os eixos 90 e 91, dessa maneira deslocando o elemento de esfera 80 no sentido do conjunto de vedação e da vedação principal 64. Prevenindo o vazamento de fluido entre o elemento de esfera 80 e a vedação principal 64, mais uma vez, pode situar-se o membro resiliente 80 contra a vedação principal 64. Quando a pressão aumentar, desse modo flexionando adicionalmente o elemento de esfera 80 no sentido do conjunto de vedação 50, a vedação principal 64 pode eventualmente assentar-se sobre o alojamento de vedação 52, dessa maneira substancialmente eliminando o vão 71. A descrição detalhada precedente foi fornecida meramente para clareza de compreensão e não devem ser tiradas limitações desnecessárias da mesma, pois modificações serão óbvias aqueles versados na técnica.

REIVINDICAÇÕES

Claims (15)

1. Válvula caracterizada pelo fato de que compreende: um alojamento (30) tendo uma entrada (31) e uma saída (32) em comunicação de fluido com um diâmetro interno atravessante, o diâmetro interno definindo um trajeto de fluxo primário (33); um elemento de esfera (80) pivotavelmente montado no alojamento de válvula (30), em que todos pontos na superfície exterior do elemento de esfera (80) não são equidistantes de um ponto pivô natural do elemento de esfera, o elemento de esfera (80) adaptado para se deslocar em um movimento continuamente rotativo entre uma posição fechada, fluidicamente desconectando a entrada (31) da saída (32), para uma posição aberta, conectando fluidicamente a entrada (31) com a saída (32); e um conjunto de vedação (50) disposto no interior do alojamento, o conjunto de vedação compreendendo um alojamento de vedação (52), uma vedação principal compelida (64) e uma vedação secundária, de tal maneira que um trajeto de fluxo secundário (72) é definido entre o alojamento de vedação (52) e a vedação principal compelida em que a vedação principal compelida (64) é disposta no interior do trajeto de fluxo primário (33) e adaptada para se engatar com o elemento de esfera (80) durante o abrir e fechar da válvula, e a vedação secundária se engata hermeticamente e é fixamente afixada à vedação principal (64) e ao alojamento de vedação (52) em que a vedação secundária impede todo fluxo através do trajeto de fluxo secundário (72), em que a vedação secundária inclui um fole (75) e o fole se recosta à vedação principal (64) ao receber pressão através de um primeiro vão (73).

2. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o fole (75) se recosta ao alojamento de vedação (52) ao receber pressão através de um segundo vão (71).

3. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o conjunto de vedação (50) é adaptado para vedar a válvula contra fluxo ingressando proveniente de pelo menos uma da entrada (31) e da saída (32).

4. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o alojamento de vedação (52) inclui uma estria (85) engatável com e adaptada para deter o deslocamento da vedação principal (64).

5. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o fole é construído de uma liga metálica anticorrosiva.

6. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a vedação secundária é adaptada para alinhar a vedação principal (64) com o elemento de esfera (80).

7. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a vedação principal (64) ser deslocada por um membro resiliente propensor (70) em engate com o elemento de esfera (80) quando na posição fechada.

8. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o conjunto de válvula inclui uma estria (58) dessa maneira desviando um fluxo de fluido sobre a vedação principal (64).

9. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a vedação principal (64) é limitada em deslocamento na direção e em direção oposta do elemento de esfera (80) pelo alojamento de vedação (52).

10. Método de operar uma válvula, caracterizado pelo fato de que compreende: proporcionar um corpo de válvula (30) tendo uma entrada (31), uma saída (32) e um conjunto de vedação, em que o conjunto de vedação (50) compreende uma vedação principal (64), um alojamento de vedação (52) e um fole (75), em que o fole se recosta à vedação principal ao receber pressão através de um primeiro vão; compelir a vedação principal em direção a um elemento de esfera (80) pivotavelmente montado no corpo de válvula, em que todos pontos na superfície exterior do elemento de esfera (80) não são equidistantes de um ponto pivô natural do elemento de esfera; controlar um primeiro fluxo através da válvula girando um elemento de esfera (80) montado no corpo de válvula (30) para entrar e sair de engate com a vedação principal (64); e impedir um segundo fluxo de fluido através do conjunto de vedação (50) afixando uma vedação resiliente (70) à vedação principal (64) e ao alojamento de vedação (52).

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a afixação da vedação resiliente (70) à vedação principal (64) e ao alojamento de vedação (52) compreende a afixação de uma primeira extremidade do fole (75) ao alojamento de vedação (52) e uma segunda extremidade do fole à vedação principal (64).

12. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a limitação do deslocamento da vedação principal (64) com o alojamento de vedação (52).

13. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a vedação principal é movida em oposição ao elemento de esfera exclusivamente através de contato direto com o elemento de esfera.

14. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a vedação principal é compelida em direção ao elemento de esfera por um membro resiliente.

15. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a vedação principal é limitada em deslocamento na direção e em direção oposta do elemento de esfera pelo alojamento de vedação.