BRPI0620164A2

BRPI0620164A2 - vedação para uso com uma válvula borboleta e material multicamadas para uso como uma vedação

Info

Publication number: BRPI0620164A2
Application number: BRPI0620164-4A
Authority: BR
Inventors: Larry Joseph Weber; David John Koester; Ted Dennis Grabau; Wade Jonathan Helfer; Wilbur Dean Hutchens; Jason Gene Olberding; Harry Chester Champlin
Original assignee: Fisher Controls Int
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2012-07-03
Also published as: WO2007078426A3; JP5128490B2; CA2634680A1; EP1969262A2; JP2009521652A; WO2007078426A2; US20070138429A1; JP2012072905A; CN101365902A; JP5498464B2; CN101365902B

Abstract

VEDAçãO PARA USO COM UMA VáLVULA BORBOLETA E MATERIAL MULTICAMADAS PARA USO COMO UMA VEDAçãO. São descritas vedações flexíveis para válvulas de controle de processo. Uma vedação revelada de exemplo inclui um suporte em forma de anel substancialmente flexível configurado para ser fixado dentro da válvula borboleta e para envolver uma abertura de controle de fluxo nela. A vedação também inclui um anel de vedação substancialmente rígido que tem uma superficie circunferencial externa fixada no suporte substancialmente flexível e uma superfície circunferencial interna configurada para encaixar de forma selara um elemento de controle que interage operativamente com a abertura de controle de fluxo.

Description

"VEDAÇÃO PARA USO COM UMA VÁLVULA BORBOLETA E MATERIAL MULTICAMADAS PARA USO COMO UMA VEDAÇÃO"

CAMPO DA REVELAÇÃO

Esta revelação diz respeito no geral a vedações e, mais particularmente, a vedações flexíveis para uso com válvulas de controle de processo.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Tipicamente, é necessário controlar fluidos de processo em processos industriais, tais como sistemas de distribuição de tubulações de óleo e gás e usinas de processamento de produtos químicos. Em alguns processos industriais, válvulas borboletas são usadas para controlar o fluxo de fluido de processo. Em geral, as condições de processos industriais, tais como condições de pressão, temperaturas operacionais e os fluidos de processo ditam o tipo de componentes de válvulas, incluindo os tipos de vedações de válvula borboleta que podem ser usados.

Uma parte de uma válvula borboleta 50 conhecida está mostrada na figura 1. A válvula borboleta 50, que pode ser, por exemplo, a válvula 8510 fabricada pela Fisher®, uma divisão da Emerson Process Management of St. Louis, Missouri, usa uma vedação de politetrafluoretileno (PTFE). Em uma vedação de PTFE típica, um anel de vedação de PTFE 52 é preso em um corpo da válvula 54. O anel de vedação de PTFE 52 faz contato com um disco 56 quando a válvula 50 está fechada para formar uma vedação entre eles. Vedações de PTFE, tal como a representada na figura 1, fornece excelente desempenho de vedação, comparada com as vedações de metal e apresentam uma vida útil relativamente grande. Vedações de PTFE também proporcionam uma redução no valor do torque necessário para des-assentar um disco (isto é, o disco 56) da vedação (por exemplo, o anel de vedação 52), mas são limitadas a aplicações de processo que expõem a vedação a temperaturas abaixo de 450 graus Fahrenheit (233,2 0C). Vedações laminadas de grafita, tal como uma vedação 62 usada em uma válvula borboleta 60 da figura 2, são também conhecidas. A vedação laminada de grafita 62 da figura 2 é geralmente usada em válvulas borboletas conhecidas como válvulas deslocadas tríplice. Comparadas com válvulas deslocadas duplas convencionais, válvulas deslocadas tríplice tipicamente têm um maior deslocamento entre o centro de rotação do eixo da válvula (não mostrado) e o centro de rotação de um disco 64. O deslocamento faz com que o disco 64 e a vedação 62 desloquem ao longo de um caminho excêntrico à medida que o disco 64 move-se a favor e contra a vedação 66, dessa forma reduzindo substancialmente a região de contato da vedação de laminado de grafita 62 e a sede 66 durante o fechamento. Ainda mais distinta de uma válvula de deslocamento duplo, a seção transversal do disco 64 da válvula de deslocamento tríplice 60 é tipicamente elíptica, em vez de circular, para reduzir ainda mais a área de contato entre a vedação 62 e a sede 66 próxima do fechamento. Como é de conhecimento, a válvula de deslocamento tríplice 60 é configurada para reduzir desgaste em qualquer aplicação (por exemplo, estrangulamento ou liga-desliga), reduzindo a área de contato ou de encaixe entre a vedação 62 e a sede 66 quando o disco 64 e a vedação 62 não estão assentados (isto é, operando próxima da sede 66 durante a abertura ou fechamento).

Em geral, a vedação 62 é rigidamente anexada no disco 64 e a sede 66 é integral com o corpo da válvula 68. Desenhos deslocados tríplice tal como o mostrado na figura 2 podem ser desvantajosos por causa do alto torque necessário para acionar o disco 64 e a vedação 62 a favor e contra a sede 66 para garantir fechamento hermético. Adicionalmente, este tipo de vedação é difícil de manter. Por exemplo, se houver qualquer dano na sede 66, que é integral com o corpo 68, o corpo da válvula 68 também exige reparo ou substituição.

Vedações de metal também têm sido tradicionalmente usadas em válvulas borboletas. Uma vedação de metal como essa, que está mostrada na parte de uma válvula 70 mostrada na figura 3, é a vedação de metal usada na válvula 8510B, também fabricada pela Fisher®, uma divisão da Emerson Process Management of St. Louis, Missouri. Na vedação mostrada na figura 3, um anel de vedação de metal em balancim 72 faz contato com um disco 74 para formar uma vedação entre eles. Vedações de metal são bem adequadas para uso com aplicações de processo a alta temperatura e alta pressão, mas geralmente são mais suscetíveis ao desgaste e, assim, exigem maior manutenção e incorrem em maiores custos.

Têm havido inúmeras tentativas de combinar as características de pelo menos dois dos tipos de vedação conhecidos previamente descritos. Uma tal tentativa está mostrada na figura 4, que ilustra uma parte de uma válvula 80 com a vedação à prova de fogo da Xomox® de Cincinnati, Ohio.

A vedação a prova de fogo ilustrada na figura 4 combina elementos de uma vedação PTFE e uma vedação de metal. Conforme representado na figura 4, uma vedação PTFE primária 82 fica retida dentro de um canal de recebimento 84 de uma vedação de metal secundária 86. A vedação a prova de fogo fica retida dentro de um corpo da válvula 88 por meio de um retentor de anel de vedação 90 e é configurada de forma que, mediante retenção dentro do corpo da válvula 88, uma pré-carga da vedação a prova de fogo resulta em uma dobra ou flexão 92 na vedação de metal 86 similar à de uma arruela belleville. Esta pré-carga cria uma força de mola de forma que, quando um disco 94 faz contato com a vedação, a força de mola aciona a vedação à prova de fogo para contato com o disco 94 e uma vedação de fluido é formada entre o componente da vedação de PTFE 82 e o disco 94. Em operação, o componente da vedação de PTFE primária 82 é de sacrifício. Por exemplo, no caso de um incêndio onde temperaturas em torno do componente da vedação de PTFE 82 excedem 450 graus Fahrenheit (232,2 °C), os componentes de PTFE 82 podem ser consumidos (isto é, sublimados ou queimados), as a força da mola provida por meio da flexão 92 faz com que a vedação de metal 86 faça contato com o disco 94 de forma a manter a vedação de fluido entre eles. Entretanto, o tipo de vedação à prova de fogo representado na figura 4 é suscetível a falhas por fadiga na flexão 92.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com um exemplo, uma vedação para uso com uma válvula borboleta inclui um suporte em forma de anel substancialmente flexível configurado para ser fixo dentro da válvula borboleta e para envolver uma abertura de controle de fluxo localizada nela. A vedação também inclui um anel de vedação substancialmente rígido que tem uma superfície circunferencial externa fixa no suporte substancialmente flexível e em uma superfície circunferencial interna configurada para encaixar de forma selada um elemento de controle que interage operativamente com a abertura de controle de fluxo.

De acordo com um outro exemplo, uma vedação para uso com uma válvula borboleta inclui um suporte em forma de anel substancialmente flexível configurado para ser fixo dentro da válvula borboleta e para envolver uma abertura de controle de fluxo nela. A vedação também inclui um cartucho acoplado no suporte e um anel de vedação substancialmente rígido fixo dentro do cartucho e tendo uma superfície circunferencial interna configurada para encaixar de forma selada um elemento de controle que interage operativamente com a abertura de controle de fluxo.

De acordo ainda com um outro exemplo, uma vedação para uso com uma válvula borboleta inclui um componente de vedação em forma de anel substancialmente flexível configurado para ser fixo a uma parte do corpo da válvula borboleta e para envolver uma abertura de controle de fluxo nela. A vedação de exemplo também inclui um anel de vedação configurado para ser fixo em um elemento de controle de fluxo que controla um fluxo de fluido através da abertura de controle de fluxo. O anel de vedação é uma estrutura laminada que tem uma superfície circunferencial externa configurada para encaixar de forma selada o componente de vedação em forma de anel flexível.

De acordo ainda com um outro exemplo, um material multicamadas que pode ser usado como uma vedação inclui uma primeira camada de metal, uma primeira camada de grafita expandido fixa na primeira camada de metal, e uma camada de polímero fixa na primeira camada de grafita expandido.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista seccional transversal de uma parte de uma vedação de válvula borboleta de PTFE conhecida.

A figura 2 é uma vista seccional transversal de uma parte de uma vedação laminada de grafita conhecida para uso em uma válvula borboleta deslocada tríplice.

A figura 3 é uma vista seccional transversal de uma parte de uma vedação de metal para uso em válvulas borboletas.

A figura 4 é uma vista seccional transversal de uma parte de uma vedação de válvula borboleta conhecida que combina as características de uma vedação de metal e uma vedação de PTFE.

A figura 5 é uma vista seccional transversal de uma parte de uma válvula borboleta que inclui uma vedação de exemplo que tem um anel de vedação rígido fixo em um suporte de vedação flexível.

A figura 6 é uma vista seccional transversal ampliada do anel de vedação de exemplo e do suporte de vedação da figura 5.

A figura 7 é uma vista seccional transversal ampliada de uma configuração de vedação alternativa que pode ser usada para implementar a vedação de exemplo da figura 5.

A figura 8 é uma vista seccional transversal ampliada de uma outra configuração de vedação alternativa que pode ser usada para implementar a vedação de exemplo da figura 5.

A figura 9 é uma vista seccional transversal de uma parte de uma válvula borboleta incluindo um cartucho para acoplar um anel de vedação em um suporte de vedação flexível.

A figura 10 é uma vista seccional transversal de uma parte da válvula borboleta da figura 9 representando um cartucho alternativo para acoplar um anel de vedação em um suporte de vedação flexível.

A figura 11 é uma vista seccional transversal de uma parte de uma válvula borboleta incluindo um anel de vedação laminado de grafita de exemplo em um disco.

A figura 12 é uma vista ampliada do anel de vedação de exemplo da figura 11.

A figura 13 é uma vista seccional transversal de uma parte da válvula borboleta de exemplo da figura 11 incluindo adicionalmente um reforço da vedação de exemplo.

A figura 14 é uma vista plana do reforço do anel de exemplo na figura 13.

A figura 15 é uma vista seccional transversal de uma outra configuração de cartucho de anel de vedação e suporte flexível alternativa que pode ser usada dentro de uma válvula borboleta.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A figura 5 é uma vista seccional transversal de uma parte de uma válvula borboleta de exemplo 100. A válvula borboleta 100 mostrada na figura 5 pode, por exemplo, ser usada para controlar fluidos de processo, tais como gás natural, óleo, água, etc. em uma ampla faixa de temperaturas. Conforme mostrado na figura 5, a válvula borboleta 100 inclui um disco 102 (por exemplo, um elemento de controle de fluxo móvel) no qual pode estar presente um fluido com pressão relativamente alta. A válvula borboleta 100 também inclui um corpo da válvula 104 e um retentor ou anel protetor 106 acoplado no corpo da válvula 104. O anel protetor 106 retém uma vedação 110 para formar uma vedação de fluido entre o disco 102 e a vedação 110.

O disco 102 é montado dentro da válvula 100 por meio de um eixo da válvula (não mostrado). Para controlar o fluxo de fluido de processo através da válvula 100, um instrumento de válvula de controle (não mostrado) é acoplado operativamente na válvula 100 e em geral fornece um sinal pneumático ao atuador da válvula (não mostrado) em resposta a um sinal de controle de um controlador de processo, que pode ser parte de um sistema de controle distribuído (nenhum dos quais está mostrado). O atuador da válvula é acoplado no eixo da válvula e à medida que o sinal pneumático ativa o atuador da válvula, o eixo da válvula e o disco 102 anexado nela gira de forma que uma borda com contorno 111 do disco 102 fique posicionada em relação à vedação 110 (por exemplo, em uma posição aberta) em um ângulo proporcional ao sinal de controle. O disco 102 pode também ser girado para uma posição fechada (por exemplo, a borda contornada 111 do disco 102 pode entrar em contato com a vedação 110) para formar uma vedação de fluido. Em outras palavras, uma vedação de fluido é formada entre o disco 102 e a vedação 110 quando o disco 102 gira para uma posição fechada e faz contato com a vedação 110. A vedação 110 pode ser configurada para ter um diâmetro interno para formar um encaixe de interferência com o diâmetro médio do disco 102.

Adicionalmente, o anel protetor 106 é configurado para fornecer acesso de manutenção simplificado à vedação 110 para substituição e impede exposição direta de fluido de processo à vedação 110. O desenho preso de exemplo representado na figura 5 vantajosamente fornece uma vedação entre o anel protetor 106, o corpo da válvula 104 e a vedação 110, criando um contato imediato entre eles para impedir substancialmente o fluxo de fluido de processo entre o anel protetor 106 e o corpo da válvula 104 (isto é, vazamento além do disco 102). Adicionalmente, gaxetas (não mostradas) podem ser providas adjacentes a cada elemento, o anel protetor 106, o corpo da válvula 104 e a vedação 110 para melhorar o desempenho da vedação.

A figura 6 é uma vista ampliada de uma parte da vedação de exemplo 110 da figura 5. A vedação de exemplo 110 inclui um suporte substancialmente flexível 112, que tem, por exemplo, um perfil curvo, ou qualquer outro perfil que possa conferir flexibilidade ao suporte flexível 112.

A vedação de exemplo 110 também inclui um anel de vedação substancialmente rígido 114 que tem uma superfície circunferencial externa 113 que faz contato com o suporte flexível 112 e uma superfície circunferencial interna 115 configurada para fazer contato e encaixar de forma

selada o disco 102 (figura 5). O suporte flexível 112 permite que o anel de vedação substancialmente rígido 114 siga substancialmente o movimento do disco 102 perto do fechamento da válvula 100. Assim, quando o disco 102 é sujeito a grandes quedas de pressão e ocorre qualquer deflexão ou movimento do disco 102, a vedação 110 pode mover-se com o disco 102 de forma a manter contato de vedação. O suporte flexível 112 também fornece uma vedação estática entre o anel protetor 106 e o corpo da válvula 104 para impedir vazamento em torno da vedação 110. Ao contrário de alguns desenhos flutuantes conhecidos, a vedação de exemplo 110 é um desenho preso no qual a flexibilidade do suporte 112 e a rigidez do anel 114 podem ser controladas independentemente.

Conforme mostrado na figura 6, o anel de vedação de exemplo 114 é uma estrutura em camadas. No exemplo da figura 6, as camadas externas 116 compreendem um material substancialmente ou relativamente rígido, tal como metal. Em um exemplo particular, as camadas externas 116 são feitas de aço inoxidável. Entretanto, outros materiais, e/ou materiais adicionais, poderiam ser usados em substituição. As camadas externas 116 fornecem rigidez ao anel de vedação 114 para permitir a geração de forças de vedação necessárias para realizar uma vedação no disco 102 quando o disco (por exemplo, o disco 102) está em um encaixe de vedação com o anel de vedação 114. A seção transversal (por exemplo, a espessura ou área seccional transversal) das camadas externas 116 pode variar de forma a ajustar a rigidez do anel de vedação 114.

Adjacente a cada uma das camadas externas 116 fica uma camada relativamente fina de grafita expandido 118, que pode ser implementada usando um material de fibra de carbono reforçado. O grafita expandido 118 é basicamente usado para ligar ou afixar uma camada central 120 disposta entre as camadas de grafita expandido 118 na vedação 110. A camada central 120 dá a vedação primária, e pode ser feita de um polímero tal como, por exemplo, PTFE.

No exemplo ilustrado da figura 6, uma ligação segura é formada entre as camadas externas 116 e as camadas de grafita expandido usando, por exemplo, um adesivo tal como um adesivo fenólico. A camada central 120 é ligada nas camadas de grafita expandido 118 usando um processo de termocompressão no qual temperaturas elevadas permitem que a camada central 120 escoe para os interstícios na(s) superfície(s) vizinha(s) (isto é, as camadas de grafita 118) com altas cargas compressivas, formando uma ligação mecânica. Depois que as camadas 116, 118 e 120 são ligadas, uma carga adicional é aplicada no anel de vedação 114 para comprimir as camadas de grafita expandido 118. Em um exemplo, as camadas de grafita expandido 118 são comprimidas, por exemplo, a cerca de 47 % de sua espessura original. A compressão das camadas de grafita expandido 118 fornece uma carga de assentamento da gaxeta inicial para impedir vazamento ou fuga através das camadas de grafita expandido 118 em operação. Em um exemplo, uma carga de cerca de 5.000 libras por polegada quadrada pode ser usada para comprimir as camadas de grafita expandido 118.

Depois que as camadas 116, 118 e 120 são ligadas e a carga é aplicada para comprimir as camadas de grafita expandido 118, a superfície circunferencial externa 113 do anel de vedação 114 é acoplada a um lado nivelado 122 do suporte da vedação 112. O anel de vedação 114 pode ser acoplado no lado nivelado 122, por exemplo, por uma solda laser em cada uma das camadas externas 116. Entretanto, qualquer outra técnica de fixação mecânica, metalúrgica e/ou química pode ser usada em substituição ou em adição às soldas.

A figura 7 mostra uma vedação de grafita expandido laminado de exemplo alternativo 150 que pode ser usada como a vedação 110 (figura 6). Muitos dos recursos da vedação 150 são similares à vedação 110, com umas poucas distinções. Similar à vedação 110, a vedação 150 também compreende um suporte flexível 152, que tem, por exemplo, um perfil curvo e lado nivelado 154. A vedação de exemplo 150 inclui um anel de vedação rígido 156 que tem uma superfície circunferencial externa 155 que faz contato com o suporte flexível 152 e uma superfície circunferencial interna 157 configurada para fazer contato com um disco (por exemplo, o disco 102 da figura 5). O anel de vedação 156 também inclui múltiplas camadas. As camadas externas 158 podem ser feitas de um metal tal como, por exemplo, aço inoxidável. Como com a vedação de exemplo 110 (figura 6), as camadas externas 158 fornecem rigidez ao anel de vedação 156 para permitir o desenvolvimento das forças de vedação necessárias quando encaixada de forma selada com um disco. A espessura das camadas externas 158 pode variar para controlar a rigidez do anel de vedação 156.

Entre as camadas externas 158 estão três camadas de grafita expandido 160, que podem ser implementadas usando fibra de carbono reforçada, em relação alternada com duas camadas 162 tanto de um metal quanto de um polímero, tais como, por exemplo, aço inoxidável e PTFE. As camadas de metal ou polímero 162 podem impedir adesão e/ou transferência do material de grafita nas camadas de grafita expandido 160 para um disco (por exemplo, o disco 102) ou qualquer outro elemento de controle de fluxo. Quando as camadas 162 são feitas de polímeros, as camadas 162 podem prover lubrificação para impedir transferência de material das camadas de grafita expandido 160 para o disco 102. Quando as camadas 162 são feitas de metal, as camadas 162 podem prover uma ação de rejeição para reduzir substancialmente a adesão de material das camadas de grafita expandido 160 em um disco ou outro elemento de controle de fluxo.

O método de anexação para as camadas 158, 160 e 162 depende das camadas 162. Quando as camadas 162 da vedação 150 são camadas de polímero, elas são ligadas de uma maneira similar às camadas 116, 118 e 120 da vedação 110, descritas anteriormente. Quando as camadas 162 da vedação 150 são camadas metálicas, tal como aço inoxidável, todas as camadas são ligadas usando um adesivo, tal como adesivo fenólico. Além do mais, o anel de vedação 156 é acoplado no suporte flexível 152 de uma maneira similar à maneira na qual o anel 114 é acoplado no suporte 112, tal como previamente descrito com relação à figura 6.

A figura 8 é uma vedação de metal expandido 180 que pode ser usada na válvula de exemplo 100 da figura 5 de uma maneira similar à vedação de exemplo 110. A vedação de exemplo 180 inclui um suporte de vedação flexível 182, que tem, por exemplo, um perfil curvo, ou qualquer outro perfil adequado para fornecer uma flexão, e um anel de vedação rígido 184 que tem uma superfície circunferencial interna 186 e uma superfície circunferencial externa 188. A superfície circunferencial externa 188 é acoplada em um lado nivelado 190 do suporte da vedação 182. O anel de vedação de exemplo 184 é feito de um metal tal como, por exemplo, aço inoxidável. A rigidez do anel de vedação 184 é função da área seccional transversal do anel de vedação 184. Especificamente, quanto maior a área seccional transversal do anel de vedação 184, tanto mais rígido torna-se o anel de vedação 184. A vedação de metal de exemplo 180 permite o uso de uma variedade de materiais para o anel de vedação 184 e o suporte 182, tais como, por exemplo, ligas níquel-cromo ou outros materiais resistentes a corrosão. Adicionalmente, o uso de metais diferentes para o anel de vedação 184 e o suporte 182 permite o uso de material resistente a fadiga, tal como a liga 6, para o anel de vedação 184. Similar às vedações de exemplo 110 e 150, a vedação de metal de exemplo 180 é de desenho preso no qual a flexibilidade do suporte 182 e a rigidez do anel 184 podem ser controladas independentemente.

Nas vedações de exemplo 110, 150 e 180 das figuras 6-8, tensões circunferenciais, apresentadas pelo encaixe disco-vedação, podem induzir as vedações de exemplo 110, 150 e 180 a se ajustarem à forma do disco 102 para manter a vedação dinâmica durante o movimento perto do fechamento. O disco 102 e/ou anéis de vedação 114, 156 e 184 podem ter uma forma circular e/ou elíptica. Com um disco ou anéis de vedação de forma elíptica, a interferência entre o disco 102 e as vedações 110, 150 e 180 pode ser substancialmente zero em uma área sobre o eixo da válvula, ou adjacente a ele.

Embora tenha sido discutida uma forma elíptica, a forma pode ser modificada ligeiramente de uma verdadeira elipse para limitar o contato entre o disco 102 e as vedações 11, 150 e 180 nos últimos graus de rotação. Além do mais, outras formas podem ser utilizadas tanto para o disco 102 e/ou as vedações 110, 150 e 180 para otimizar a geometria do disco 102 para se adequar às necessidades de uma aplicação particular.

O perímetro do disco 102 pode ser projetado para não ter interferência com a vedação 110, 150e 180 perto do eixo de rotação do disco 102 e uma quantidade desejada de interferência com a vedação 110, 150 e 180 no eixo 90° com o eixo e todos os pontos incluídos. O perfil do disco 102 pode também ser projetado para que a interferência seja substancialmente a mesma em ambos os lados do perímetro do disco 102 à medida que o disco 102 é fechado. Essas opções de desenho podem permitir que a interferência entre o disco 102 e a vedação 110, 150 e 180 ocorra somente nos últimos graus de fechamento, eliminando-se ou minimizando-se assim o desgaste na área próxima ao eixo de rotação do disco 102. A tensão circunferencial que se desenvolve nos últimos graus de rotação fornece o carregamento necessário para obter uma vedação na área próxima do eixo de rotação.

A figura 9 mostra uma vista seccional transversal de uma parte de uma válvula borboleta 200 que tem um anel de vedação 202 acoplado por meio de um cartucho 204 em um suporte de vedação flexível 210. A válvula 200 opera de uma maneira substancialmente similar à válvula 100 supradescrita. O cartucho de exemplo 204 é feito de uma parte superior 206 e uma parte inferior 208. O anel de vedação 202 é inserido entre a parte superior 206 e a parte inferior 208, que são encaixadas por pressão até que o conjunto fique sólido. O cartucho 204 é acoplado no suporte 210, por exemplo, por meio de uma solda laser. Entretanto, qualquer outro dispositivo de fixação mecânica, metalúrgica e/ou química pode ser usado em substituição ou em adição a uma solda. No exemplo da figura 9, somente uma solda laser é usada para acoplar os componentes 206, 208 e 210. O perfil em balancim do suporte 210 neste exemplo aumenta a flexibilidade do suporte 210. Embora o suporte de exemplo 210 esteja acoplado no cartucho 204 perto do topo do cartucho 204 sob um flange 212, o suporte 210 pode ser acoplado no cartucho 204 em um ponto diferente. Se o suporte 210 e o cartucho 204 forem acoplados em um ponto diferente (isto é, diferente do que está representado na figura 9), a forma das partes superior 206 e inferior 208 pode ser alterada de maneira que os componentes 206, 208 e 210 possam ser acoplados usando uma solda.

As partes superior 206 e inferior 208 do cartucho 204 podem ser feitas de um metal tal como, por exemplo, aço inoxidável. O anel de vedação 202 é uma estrutura em camadas similar a qualquer das estruturas em camadas supradescritas. Além do mais, o anel de vedação 202 pode também ser uma estrutura sólida tal como, por exemplo, uma peça sólida de grafita expandido.

O uso do cartucho 206 para acoplar o anel de vedação 202 no suporte 210 reforça significativamente o suporte do anel de vedação 202. Em particular, a maior massa de metal provida pelo cartucho 206 ajuda manter as camadas do anel de vedação 202 juntas. O suporte provido pelo cartucho 204 aumenta a carga que a vedação pode suportar sem vazamento.

A figura 10 ilustra uma vista seccional transversal da válvula de exemplo 200 da figura 9 com um cartucho 252 e suporte 254 alternativos. O cartucho 252 neste exemplo também tem uma parte superior 256 e uma inferior 258, mas a partes superior 256 e a inferior têm formas diferentes da parte superior 206 e a inferior 208 do cartucho de exemplo 204 da figura 9. As partes superior 256 e inferior 258 são modeladas diferentemente daquelas representadas na figura 9, em virtude de o suporte 254 ser substancialmente plano e ser acoplado no cartucho 252 inferior no cartucho 252. Conseqüentemente, não existe necessidade de um flange na parte superior 256. Também, o perfil plano do suporte 254 reduz os custos de ferramental associados com sua fabricação, em comparação com o suporte 210, que tem um perfil curvo e, assim, exige uma matriz. A forma dos componentes da válvula 200 mostrados em qualquer dos exemplos das figuras 9 e 10 pode ser projetada e fabricada de maneira substancialmente similar à da válvula 100, da maneira supradescrita.

A figura 11 é uma vista seccional transversal de uma parte da válvula borboleta de exemplo 300, que pode ser similar às válvulas 100 e 200 supradescritas. Conforme mostrado na figura 3, a válvula borboleta 300 inclui um disco 302 (por exemplo, um elemento de contato fixo móvel) no qual um fluido com pressão relativamente alta pode estar presente. A válvula borboleta 300 também inclui um corpo da válvula 304 e um anel protetor 306 acoplado no corpo da válvula 304. O anel protetor 306 retém uma vedação flexível 310 para formar uma vedação de fluido entre o disco 302 a vedação flexível 310.

A vedação flexível 310 pode ser um componente de metal estampado similar aos suportes 112, 152, 182 e 210 supradescritos. Entretanto, a vedação flexível 310 não suporta um anel de vedação neste exemplo, mas, em vez disso, é usada para formar uma vedação contra o disco 302.

O disco 302 inclui uma parte superior 312 e uma parte inferior 314. As partes superior 312 e inferior 315 são acopladas ou presas por meio de um dispositivo de fixação mecânico 316, tal como, por exemplo, um parafuso, ou qualquer outro dispositivo de fixação mecânico. Quando presas, as partes superior 312 e inferior 314 se encaixam uma na outra e formam uma borda contornada 318. Um anel de vedação 320 fica disposto ao longo da borda contornada 318 e entre as partes superior 312 e inferior 314 do disco 302.

O anel de vedação 320 está mostrado ampliado na figura 12, Conforme mostrado na figura 12, o anel de vedação 320 é uma estrutura em camadas similar a qualquer das estruturas em camadas supradescritas. Por exemplo, as camadas externas 322 podem incluir um material substancialmente ou relativamente rígido, tal como um metal. Em um exemplo particular, as camadas externas 322 são feitas de aço inoxidável.

Entretanto, outros materiais, e/ou materiais adicionais, poderiam ser usados em substituição.

Adjacente a cada uma das camadas externas 322 fica uma camada relativamente fina de grafita expandido 324, que pode ser implementada usando um material de fibra de carbono reforçada. Uma camada central 326 fica disposta entre as camadas de grafita 324. A camada central 326 pode ser feita de um polímero tal como, por exemplo, PTFE, para fornecer lubrificação para impedir a transferência de material de grafita das camadas de grafita expandido 324 para a vedação flexível 310 ou similares. Embora duas camadas de metal 322, duas camadas de grafita expandido 324 e uma camada de polímero 326 estejam mostradas no anel de exemplo das figuras 11 e 12, qualquer quantidade e/ou combinação de camadas 322, 324 e 326 pode ser usada em substituição.

As camadas 322, 324 e 326 do anel de vedação 320 são ligadas de uma maneira similar às estruturas em camadas supradescritas. Depois que as camadas 322, 324 e 326 são ligadas e a carga é aplicada para comprimir as camadas de grafita expandido 324, o anel de vedação 320 é colocado entre as partes superior 312 e inferior 314 do disco 302. As partes 312e314do disco 302 são então presas uma na outra com dispositivo(s) de fixação 316 para prender ou fixar o anel de vedação 320 no disco 302. As partes superior 312 e inferior 314 suportam o anel 320 de uma maneira similar à maneira na qual os cartuchos 204 e 252 das figuras 9 e 10 suportam suas respectivas vedações. O disco 302 e a vedação flexível 310 operam e criam uma vedação de uma maneira similar ao disco 102 e a vedação 110 supradescritas.

A figura 13 ilustra uma vista seccional transversal de uma parte da válvula borboleta 300 com maior rigidez em uma direção de fluxo reverso B. Conforme mostrado na figura 13, uma estrutura de vedação 305 inclui um anel protetor 306 da válvula borboleta 300 e um elemento de reforço 350 adjacente à vedação flexível 310. Embora substancialmente flexível, o elemento de reforço 350 é configurado para aumentar a rigidez da vedação flexível 310 (isto é, funciona com um reforço da vedação) na direção de fluxo inversa B e é adicionalmente configurado para não interferir no movimento da vedação flexível 310 em uma direção de fluxo direta A (por exemplo, a rigidez da vedação flexível 310 não é afetada pelo elemento de reforço 350 na direção de fluxo direta A). Conforme mostrado na figura 13, o elemento de reforço de exemplo ou reforço da vedação 350 fica disposto entre o anel protetor 306 e a vedação flexível 310. Em alguns exemplos, o reforço da vedação 350 pode não ser preso no anel protetor 306 e/ou vedação flexível 310. Por exemplo, o reforço da vedação 350 pode ser capturado ou preso, mas não fixo permanentemente, entre a vedação flexível 310 e o anel protetor 306. Em decorrência disto, o elemento de reforço 350 é configurado para ter uma rigidez na direção de fluxo direta A e uma outra rigidez diferente na direção de fluxo inversa B.

Versados na técnica percebem que uma variedade de diferentes materiais pode ser usada para implementar o reforço de vedação 350. Por exemplo, o reforço de vedação 350 pode ser composto de um material similar ao material usado para formar a vedação flexível 310 e/ou pode ser feito de um material que tem resistência ao desgaste e/ou a corrosão relativamente maior do que a vedação flexível 310, em virtude de o reforço da vedação 350 não manter contato deslizante com o anel de vedação 320, tal como a vedação flexível 310.

Conforme mostrado na figura 14, o reforço da vedação 350 pode ter uma forma tipo arruela, com um diâmetro interno 352 substancialmente igual ao diâmetro interno da vedação flexível 310. O reforço da vedação 350 pode ter um diâmetro externo 354 que é grande o bastante para que o reforço da vedação 350 seja capturado firmemente entre a parte de fixação (por exemplo, o anel projetor 306) e a vedação flexível 310. O reforço da vedação 350 pode ser substancialmente plano, ou pode ter um perfil contornado. O perfil contornado pode ser formado por curvas 356 e 358. Adicionalmente, o reforço da vedação 350 pode ser configurado para interferir no meio adesivo que faz contato com a vedação flexível 310, funcionando assim como uma blindagem para proteger a vedação flexível 310 do meio adesivo.

Alternativamente, o reforço da vedação 350 pode ter uma pluralidade de elementos em balancim flexíveis, cada um dos quais pode ter uma extremidade capturada entre a vedação flexível 310 e o anel protetor 306, e uma outra extremidade estendendo-se até pelo menos a parte da ponta 360 da vedação flexível 310. A pluralidade de elementos em balancim pode ser uniformemente espaçada em torno da circunferência da vedação flexível 310 e/ou pode ser espaçada em torno da circunferência da vedação flexível 310 em qualquer configuração desejada, de forma que a pluralidade de elementos em balancim aumente de forma substancialmente uniforme a rigidez de toda a vedação flexível 310 na direção de fluxo inversa B.

De volta à figura 13, à medida que pressão de fluido na direção de fluxo inversa B é aplicada no disco 302 na posição fechada, a vedação flexível 310 é flexionada na direção de fluxo reversa B até que a parte de ponta 360 apóie ou faça contato com o reforço da vedação 350. Desta maneira, o reforço da vedação 350 age como um suporte flexível para a parte da ponta 360 da vedação flexível 310. Em decorrência disto, o reforço da vedação 350 aumenta a rigidez da vedação flexível 310 na direção de fluxo inversa B para impedir que a vedação flexível 310 flexione muito a ponto de que a vedação flexível entre a borda contornada 318 do disco 302 e a vedação flexível 310 não seja comprometida ou quebrada. Um componente similar ao reforço da vedação 350 pode também ser adicionado a qualquer dos outros exemplos aqui descritos.

A válvula de exemplo 300 das figuras 11 e 13, a vedação dinâmica entre a vedação flexível 310 e o anel de vedação 320 podem utilizar tensões circunferenciais induzidas na vedação flexível 310 pela forma do anel de vedação 320 e o disco 302 e/ou vedação flexível 310 supradescritos com relação à figura 5. Adicionalmente, o anel de vedação 320 pode ser desenhado e fabricado de uma maneira substancialmente similar à supradescrita com relação aos anéis 114, 156 e 184 das figuras 6-8.

A figura 15 é uma vista seccional transversal de uma outra configuração de cartucho de anel de vedação e suporte flexível alternativa 400 que pode ser usada dentro de uma válvula borboleta. Em geral, a configuração 400 da figura 15 é similar à mostrada na figura 9. Conforme representado na figura 15, um cartucho 402 com uma parte superior 404 e uma parte inferior 406 é fixo em um suporte flexível 408 por meio de soldas (por exemplo, soldas laser) 410. Um anel de vedação 412 é capturado entre as partes superior e inferior 404 e 406. O anel de vedação 412 pode ser implementado usando qualquer das diversas estruturas de vedação aqui descritas. Ao contrário da configuração de vedação/suporte mostrada na figura 9, o cartucho 402 é anexado a um lado nivelado 414 do flexível 408 similar à maneira na qual os anéis de vedação 114, 156 e 184 são fixos nos seus respectivos suportes 112, 152 e 182.

Embora certos métodos, aparelhos e artigos de exemplo de fabricação tenham sido aqui descritos, o escopo de cobertura desta patente não está limitados e estes. Pelo contrário, esta patente cobre todos métodos, aparelhos e artigos de fabricação que claramente se enquadram no escopo das reivindicações anexas, tanto literalmente como sob a doutrina de equivalentes.

Claims

1. Vedação para uso com uma válvula borboleta, caracterizada pelo fato de que a vedação compreende: um suporte em forma de anel substancialmente flexível configurado para ser fixado dentro da válvula borboleta e para envolver uma abertura nela; e um anel de vedação substancialmente rígido que tem uma superfície circunferencial externa fixa no suporte substancialmente flexível e uma superfície circunferencial interna configurada para encaixar de forma selada um elemento de controle que interage operativamente com a abertura de controle de fluxo.

2. Vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação substancialmente rígido compreende uma primeira camada de metal.

3. Vedação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a primeira camada de metal compreende aço inoxidável.

4. Vedação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação substancialmente rígido compreende uma primeira camada de grafita expandido acoplada na primeira camada de metal.

5. Vedação, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação substancialmente rígido compreende uma camada de polímero acoplada na primeira camada de grafita expandido.

6. Vedação, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação substancialmente rígido compreende uma segunda camada de metal e uma segunda camada de grafita expandido arranjada de forma que a camada de polímero fique disposta entre a primeira e segunda camadas de grafita expandido e a primeira e segunda camadas de grafita expandido fiquem adjacentes à primeira e segunda camadas de metal, respectivamente.

7. Vedação, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação substancialmente rígido compreende uma segunda camada de grafita expandido e uma segunda camada de metal, em que tanto a primeira quanto a segunda camada de grafita expandido ficam dispostas entre a primeira e segunda camadas de metal.

8. Vedação, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação substancialmente rígido compreende camadas de metal adicionais entre a primeira e segunda camadas de grafita expandido.

9. Vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação substancialmente rígido é fixo no suporte substancialmente flexível por meio de uma solda.

10. Vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a superfície circunferencial interna tem uma forma elíptica.

11. Vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o suporte substancialmente flexível tem uma forma elíptica.

12. Vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o suporte substancialmente flexível é feito de um metal e o anel de vedação substancialmente rígido é feito de um metal diferente.

13. Vedação para uso com uma válvula borboleta, caracterizada pelo fato de que a vedação compreende: um suporte em forma de anel substancialmente flexível configurado para ser fixo dentro da válvula borboleta e para envolver uma abertura de controle de fluxo nela; um cartucho acoplado no suporte; e um anel de vedação substancialmente rígido fixo no cartucho e tendo uma superfície circunferencial interna configurada para encaixar de forma selada um elemento de controle que interage operativamente com a abertura de controle de fluxo.

14. Vedação, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o cartucho tem pelo menos duas porções.

15. Vedação, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação é preso entre as duas porções do cartucho.

16. Vedação, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o suporte tem um perfil seccional transversal curvo.

17. Vedação, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o suporte tem um perfil seccional transversal plano.

18. Vedação, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o cartucho é acoplado no suporte por meio de uma solda.

19. Vedação, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação é uma estrutura em camadas.

20. Vedação, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo fato de que a estrutura em camadas inclui pelo menos uma camada de um metal, um polímero, ou grafita expandido.

21. Vedação, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o cartucho mantém a forma do anel de vedação.

22. Vedação para uso com uma válvula borboleta, caracterizada pelo fato de que a vedação compreende: um componente de vedação em forma de anel substancialmente flexível configurado para ser fixo em uma parte do corpo da válvula borboleta e para envolver uma abertura de controle de fluxo nela; e um anel de vedação configurado para ser fixo em um elemento de controle de fluxo que controla o fluxo de fluido através da abertura de controle de fluxo, em que o anel de vedação é uma estrutura laminada que tem uma superfície circunferencial externa configurada para encaixar de forma selada o componente de vedação em forma de anel substancialmente flexível.

23. Vedação, de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação substancialmente rígido compreende uma primeira camada de metal.

24. Vedação, de acordo com a reivindicação 23, caracterizada pelo fato de que a camada de metal compreende aço inoxidável.

25. Vedação, de acordo com a reivindicação 23, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação substancialmente rígido compreende uma primeira camada de grafita expandido acoplada na primeira camada de metal.

26. Vedação, de acordo com a reivindicação 25, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação substancialmente rígido compreende uma segunda camada de grafita expandido e uma segunda camada de metal, em que tanto a primeira quanto a segunda camada de grafita ficam dispostas entre a primeira e segunda camadas de metal.

27. Vedação, de acordo com a reivindicação 26, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação substancialmente rígido compreende camadas de metal adicionais entre a primeira e segunda camadas de grafita expandido.

28. Vedação, de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação é preso no elemento de controle de fluxo.

29. Vedação, de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de que o suporte em forma de anel flexível é feito de metal.

30. Vedação, de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um elemento substancialmente flexível adjacente ao componente de vedação em forma de anel substancialmente flexível e configurado para aumentar a rigidez do componente da vedação em forma de anel substancialmente flexível em uma de uma pluralidade de direções de fluxo.

31. Vedação, de acordo com a reivindicação 30, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de direções de fluxo é uma direção de fluxo reversa.

32. Vedação, de acordo com a reivindicação 30, caracterizada pelo fato de que o elemento substancialmente flexível é configurado para proteger o componente da vedação de meio abrasivo.

33. Vedação, de acordo com a reivindicação 30, caracterizada pelo fato de que o elemento substancialmente flexível é configurado para fazer contato com o componente da vedação em resposta a uma pressão em uma da pluralidade de direções de fluxo.

34. Material multicamadas para uso como uma vedação, caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira camada de metal; uma primeira camada de grafita expandido fixa na primeira camada de metal; e uma camada de polímero fixa na primeira camada de grafita expandido.

35. Material multicamadas, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que a primeira camada de metal compreende aço inoxidável.

36. Material multicamadas, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que a camada de polímero compreende PTFE.

37. Material multicamadas, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma segunda camada de grafita expandido fixa na camada de polímero e uma segunda camada de metal fixa na segunda camada de grafita expandido.

38. Material multicamadas, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um terceira camada de metal entre a primeira e segunda camadas de grafita expandido.

39. Material multicamadas, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que a segunda camada de metal compreende aço inoxidável.