"ATUADOR PARA VÁLVULA ROTATIVA, E, MÉTODO PARA APLICAR TORQUE MÁXIMO PRÓXIMO A UMA POSIÇÃO COMPLETAMENTE ABERTA OU COMPLETAMENTE FECHADA DE UMA VÁLVULA DE UM ATUADOR PARA VÁLVULA ROTATIVA"
CAMPO DA DESCRIÇÃO
Esta descrição se refere, genericamente, a um método e atuador para válvula rotativa para aplicar torque aumentado próximo à posição aberta ou fechada de uma válvula e, mais particularmente, a um método e atuador para válvula rotativa que tem uma alavanca colocada em 10 uma posição de rotação para aplicar torque máximo próximo à posição completamente aberta ou completamente fechada da válvula.
FUNDAMENTOS
Instalações ou sistemas de controle de processo empregam, muitas vezes, válvulas rotativas tais como válvulas de esfera, válvulas borboleta, válvulas de disco excêntrico, válvulas de tampão excêntrico, etc., para controlar o escoamento de fluidos de processo. Em geral, válvulas rotativa incluem, tipicamente, um elemento válvula de escoamento de fluido colocada no trajeto do fluido e acoplada de maneira rotativa ao corpo da válvula rotativa por meio de um eixo. Tipicamente, uma porção do eixo que se estende desde a válvula rotativa funciona como uma haste de válvula, e uma extremidade do eixo ou haste de válvula pode ser acoplada operacionalmente a um atuador, por exemplo, um atuador pneumático ou um atuador elétrico ou um atuador etc., para a válvula rotativa. O atuador pode incluir uma alavanca acoplada ao eixo, e a alavanca pode ser deslocável por um elemento atuador tal como, por exemplo, uma haste atuadora, pelo que, um deslocamento linear da haste atuadora é convertido em um deslocamento de rotação da alavanca do eixo ao redor elemento válvula.
Em operação, um controlador pode fazer com que o atuador gire a alavanca e eixo e assim o elemento válvula, até uma posição angular desejada para variar uma quantidade de líquido que escoa através da válvula rotativa. Quando o elemento válvula é fechado, o elemento válvula é tipicamente configurado para engatar uma vedação anelar ou circunferencial que circunda o trajeto de escoamento através da válvula rotativa para impedir o escoamento de fluido (por exemplo, em uma ou ambas as direções).
Tipicamente, atuadores de válvula rotativa, em particular atuadores de válvula rotativa de um quarto de volta, que têm um deslocamento de rotação de aproximadamente noventa graus, aplicam a quantidade máxima de torque ao elemento válvula aproximadamente no ponto médio da rotação do elemento válvula (isto é, a cerca de quarenta e cinco graus da posição completamente aberta ou completamente fechada). Contudo, os requisitos de torque os mais elevados para válvulas rotativa ocorrem usualmente quando o elemento válvula está próximo da posição completamente fechada ou completamente aberta do elemento válvula. Assim, quando o elemento válvula de uma válvula rotativa típica está próximo ou da posição completamente fechada ou completamente aberta, a quantidade máxima de torque não é aplicada ao elemento válvula.
SUMÁRIO
De acordo com um exemplo, um atuador para válvula rotativa compreende um elemento atuador alongado, configurado para mover em resposta a um sinal de controle de uma alavanca configurada para acomodar um eixo associado com a válvula. O atuador para válvula rotativa também pode incluir um braço de alavanca acoplado de maneira rotativa a uma extremidade do elemento atuador, de modo que quando a alavanca é acoplada ao eixo da válvula o elemento atuador alongado aplica um torque máximo ao eixo quando a válvula está próxima de uma posição completamente fechada ou completamente aberta.
De acordo com um outro exemplo, um método para aplicar torque máximo próximo a uma posição completamente aberta ou Completamente fechada de uma válvula de um atuador de válvula rotativa, no qual o atuador para válvula rotativa tem um elemento atuador alongado acoplado de maneira rotativa a uma alavanca configurada para acomodar um eixo de uma válvula, compreende posicionar a alavanca de modo que a válvula esteja em uma posição completamente aberta ou completamente fechada quando um eixo longitudinal da alavanca está em uma primeira posição de rotação que é substancialmente menor do que, ou substancialmente maior do que quarenta e cinco graus a partir de uma segunda posição de rotação na qual o elemento atuador é substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal da alavanca e deslocar o elemento atuador de modo que quando a alavanca gira para a posição de rotação na qual o elemento atuador está substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal da alavanca, o torque máximo é aplicado à válvula próximo à posição completamente aberta ou completamente fechada da válvula.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A figura 1 é uma vista em seção transversal de um exemplo de
atuador para válvula rotativa.
A figura 2 é uma vista em seção transversal do exemplo de
atuador para válvula rotativa na figura 1 que ilustra a válvula rotativa e o
elemento válvula.
A figura 3 é uma vista em seção transversal ampliada de uma
porção do exemplo de atuador para válvula rotativa da figura 1.
A figura 3A é um delineamento de acoplamentos alternativos do elemento atuador com a alavanca e da alavanca com o eixo atuador do
atuador da válvula rotativa.
A figura 4 é um fluxograma de um exemplo de processo para
aplicar torque máximo próximo à (posição) completamente aberta ou
completamente fechada de uma válvula de um atuador para válvula rotativa.
DESCRIÇÃO DETALHADA O exemplo de método e de atuador para a válvula rotativa divulgados aqui aplicam torque aumentado próximo às posições aberta ou fechada de uma válvula. Em contraste com atuadores típicos para válvula rotativa, que aplicam a quantidade máxima de torque próximo ao ponto médio da faixa de rotação do elemento válvula (isto é, aproximadamente a meio caminho entre a posição completamente aberta e a posição completamente fechada), o exemplo de método e de atuador para válvula rotativa aplica a quantidade máxima de torque próximo à posição completamente aberta ou completamente fechada do elemento válvula.
A figura 1 é uma vista em seção transversal de um exemplo de atuador para válvula rotativa 100. O atuador para válvula rotativa 100 inclui um corpo de atuador 101 que tem uma carcaça de diafragma 102 que contém uma entrada 103 e um diafragma 104 localizado adjacente a uma placa diafragma 106 acoplada a uma haste de diafragma 108. A placa diafragma .106 engata três molas atuadoras 110, 112 e 114 colocadas entre a placa diafragma 106 e ombros de corpo 116, 118 e 120, respectivamente. A haste de diafragma 108 é acoplada a uma haste atuadora ou elemento atuador alongado .122acoplado (por exemplo, por meio de roscas) a uma extremidade de haste .123que tem um mancai de extremidade de haste 126. O mancai de extremidade de haste 126 é acoplado a uma alavanca atuadora 130 em um braço de alavanca 131 e a alavanca 130 é rotativa ao redor de um eixo 137. A alavanca atuadora 130 é acoplada a um eixo atuador 136 que é acoplado a um elemento válvula 138 da válvula rotativa 139 (ver figura 2). Embora o atuador para válvula rotativa 100 esteja ilustrado na figura 1 como um atuador para válvula rotativa pneumático, o atuador para válvula rotativa 100 pode, alternativamente, ser qualquer um dentre diversos tipos de atuador, tais como, por exemplo, um atuador elétrico ou um atuador hidráulico. Da mesma maneira, o elemento válvula 138 pode ser qualquer válvula tal como, por exemplo, uma válvula borboleta, uma válvula de disco excêntrico, uma válvula de tampão excêntrico que pode ser girada por um atuador para válvula rotativa tal como, por exemplo, o atuador para válvula rotativa 100.
Em operação o atuador para válvula rotativa 100 recebe um sinal de controle tal como, por exemplo, ar comprimido na entrada 103 para deslocar o diafragma 104 e a placa diafragma 1066 contra as molas 110, 112 e .114. Na figura 1, deslocamento da placa diafragma 106 na direção da seta 200 resulta em um deslocamento correspondente do elemento atuador 122 para girar a alavanca atuadora 130 e o eixo atuador 136 ao redor do eixo 137 e girar o elemento válvula 138 para variar ou controlar o escoamento de fluido através da válvula rotativa 139.
Fazendo referência à figura 3, uma porção ampliada do exemplo de atuador para a válvula rotativa 100 mostrado nas figuras 1 e 2 está ilustrada. O elemento atuador 122 é deslocado na direção da seta 300 para girar a alavanca atuadora 130. A força exercida pelo elemento atuador 122 está delineada na figura 3 como um vetor de força A. O momento de uma força tal como, por exemplo, a força A na figura 3, pode ser definido como um efeito de giro produzido por uma força A a uma distância de um eixo de rotação. Alternativamente, o momento de uma força pode ser definido como uma medida da tendência da força em fazer com que um corpo gire ao redor de um ponto ou eixo específico (isto é, o centro de momentos). Assim, nas figuras 1 e 3, o momento da força A aplicada pelo elemento atuador 122 à alavanca atuadora 130 é determinado de acordo com a Equação 1 descrita abaixo:
M = Fxd Onde
M é momento F é a força
d é a distância do braço de momento Equação 1: Nas figuras 1 e 3, o momento da força A aplicado por meio do elemento atuador 122 à alavanca atuadora 130 é o produto da força vezes o comprimento do braço de momento B a partir do eixo 137 (isto é, o centro de momentos) até o ponto C na alavanca 130 quando a força A é perpendicular 5 ao braço de momento B. Uma medida similar da operação do atuador para válvula rotativa 100 é o torque aplicado pela alavanca 130 ao eixo rotativo 136 e ao elemento válvula 138. Torque pode ser definido como uma medida de quanto uma força que atua sobre um objeto faz com que aquele objeto gire. Torque é determinado de acordo com a Equação 2 descrita abaixo:
T = r x F x sen(Ө)
Onde
T é torque
r é o braço de momento
F é a força
θ é o ângulo de F em relação a r
Equação 2:
Como pode ser visto facilmente da Equação 2, o torque máximo T é produzido quando a força F é perpendicular ao braço de momento r (por exemplo, sen 90 ° = 1) de modo que T = r x F.
Na figura 3 a alavanca atuadora 130 é deslocada ou girada pelo elemento atuador 122 através de um arco de aproximadamente noventa graus como mostrado pelo arco D. Tipicamente, em um atuador rotativo conhecido de quarto de volta, a alavanca 130 poderia ser posicionada inicialmente de modo que seu eixo longitudinal ou posição de linha de centro E está a quarenta e cinco graus de uma posição em um eixo longitudinal ou posição de linha de centro F onde o elemento atuador 122 está colocado perpendicular à alavanca 130. Em um atuador para válvula rotativa a posição de linha de centro F pode ser referida como a posição do braço de momento F da alavanca 130. Para o atuador para válvula rotativa conhecido, o elemento válvula acoplado operacionalmente 138 poderia estar em qualquer de uma posição completamente fechada ou completamente aberta quando a alavanca .130 está posicionada ao longo da posição de linha de centro E, pelo que, a rotação da alavanca 130 através de aproximadamente noventa graus 90 para um eixo longitudinal ou posição de linha de centro E', poderia aplicar a quantidade máxima de torque ao elemento válvula 138 aproximadamente no ponto médio da rotação (isto é, a quarenta e cinco graus de rotação quando o elemento atuador 122 está perpendicular à alavanca 130 na posição de linha de centro F). Contudo, os requisitos de torque máximo para um atuador para válvula rotativa tal como, por exemplo, um exemplo de atuador para válvula rotativa 100 estão nas posições completamente aberta ou completamente fechada do elemento válvula associado 138. Assim, um atuador para válvula rotativa conhecido que alcança a posição de braço de momento F aproximadamente no ponto médio entre a posição completamente aberta ou completamente fechada do elemento válvula, não é capaz de aplicar a quantidade máxima de torque ao elemento válvula próximo às posições completamente aberta ou completamente fechada do elemento válvula.
O exemplo de método e de atuador para válvula rotativa 100 divulgado aqui, aplica torque máximo ao elemento válvula 138 próximo às posições completamente aberta ou completamente fechada do elemento válvula 138. Fazendo referência à figura 3, o exemplo de atuador para válvula rotativa 100 pode incluir a alavanca atuadora 130 posicionada em uma posição inicial angular ou de rotação para aplicar o torque máximo o mais próximo de ou próximo de qualquer da posição completamente aberta ou da completamente fechada do elemento válvula 138. A figura 3 ilustra a alavanca .130 em uma posição de rotação inicial ao longo de uma posição de linha de centro H, pelo que, a alavanca 130 está colocada a menos que quarenta e cinco graus da posição do braço de momento F da alavanca 130. O elemento válvula 138 está em uma posição fechada (por exemplo, posição completamente fechada) quando a alavanca 130 está colocada na posição de linha de centro H. Quando o elemento atuador 122 é deslocado na direção da seta 300 na figura 3, a alavanca 130 é girada ao redor de aproximadamente noventa graus até uma posição de linha de centro H'. A posição de rotação inicial da alavanca 130 na posição de linha de centro H é deslocada angularmente por uma quantidade predeterminada de graus a partir da posição de linha de centro E, como representado por um arco G, e o deslocamento angular é preferivelmente, porém não necessariamente, dentro da faixa de dez a vinte graus. Uma quantidade correspondente de deslocamento angular ao final da rotação da alavanca 130 está ilustrado por um arco G' que tem uma faixa correspondente de dez a vinte graus. Assim, quando a alavanca 130 é girada desde a posição de linha de centro H até a posição de linha de centro H', a alavanca 130 alcança a posição de braço de momento F próximo à posição completamente fechada do elemento válvula 138 quando a alavanca . 130 gira o elemento válvula 138 desde a posição completamente fechada. O posicionamento da alavanca 130 na posição de rotação inicial da posição de linha de centro H possibilita ao atuador 100 aplicar a quantidade máxima de torque ao elemento válvula 138 próximo à posição completamente aberta do elemento válvula 138. Fazendo novamente referência à figura 3, a alavanca 130 pode ser colocada em uma posição de rotação inicial ao longo de seu eixo longitudinal ou posição de linha de centro J, pelo que, a alavanca 130 é colocada a mais do que quarenta e cinco graus a partir da posição de braço de momento F da alavanca 130. O elemento válvula 138 pode estar em uma posição completamente fechada quando a alavanca 130 é colocada na posição de linha de centro J. Quando o elemento atuador 122 é deslocado na direção da seta 300 na figura 3, a alavanca 130 é girada através de aproximadamente .90 0 com o eixo longitudinal ou posição de linha de centro J'. A posição de rotação inicial da alavanca 130 na posição de linha de centro J é deslocada angularmente de uma quantidade predeterminada de graus a partir da posição de linha de centro E como representado por um arco I, e o deslocamento angular é preferivelmente, porém não necessariamente, dentro da faixa de dez até vinte graus. Uma quantidade correspondente de deslocamento angular ao final da rotação da alavanca 130 está ilustrada por um arco Γ que tem uma faixa de dez até 20 graus. Assim, quando a alavanca 130 gira desde a posição de linha de centro J até a posição de linha de centro J', a alavanca 130 alcança a posição do braço de momento F próximo à posição completamente aberta do elemento válvula 138 na posição de linha de centro J'. O posicionamento da alavanca 130 na posição de rotação inicial da posição da linha de centro J possibilita ao atuador 100 aplicar a quantidade máxima de torque ao elemento válvula 138 o próximo à posição completamente aberta do elemento válvula 138.
A alavanca atuadora 130 pode ser colocada nas posições de rotação inicial das linhas de centro H ou J ou, por exemplo, em outras posições de rotação inicial dentro da faixa de deslocamento angular preferida de dez até vinte graus utilizando diferentes acoplamentos do elemento atuador 122 à alavanca 130 ou à alavanca 130 ao eixo atuador 136. Fazendo referência à figura 3A, acoplamentos alternativos do elemento atuador 122 (mostrado em invisível) com a alavanca 130, e a alavanca 130 com o eixo atuador 136 do atuador rotativo 100 estão mostrados. No braço de alavanca 131 a alavanca atuadora 130 pode incluir uma pluralidade de aberturas 132, 133 e 134 para acoplar o elemento atuador 122 à alavanca 130 por meio de um fixador (não mostrado). As aberturas 132, 133 e 134 são espaçadas separadas angularmente uma em relação à outra e ao eixo 137. As aberturas 132, 133 e 134 estão localizadas de tal modo que quando o elemento atuador 122 é acoplado à alavanca 130 pelo fixador, a alavanca 130 pode ser posicionada em posições de rotação inicial diferentes menores do que ou maiores do que uma posição de quarenta e cinco graus (por exemplo, a linha de centro Ε) a partir da posição do braço de momento F e dentro da faixa de dez até vinte graus a partir da posição a quarenta e cinco graus.
Alternativamente, a extremidade da haste 123 (mostrada em invisível) é acoplada de maneira rosqueada ao elemento atuador 122 e inclui mancai de extremidade de haste 326 acoplado à alavanca 130. A extremidade de haste 123 pode ser girada em relação ao elemento atuador 122 para variar a distância que a extremidade de haste 123 se estende desde o elemento atuador .122. O atuador para a válvula rotativa 100 irá manter o elemento atuador 122 em uma posição inicial ou em repouso do elemento atuador 1 22 como ilustrado na figura 1. Contudo, variando a distância que a extremidade de haste 123 se estende a partir do elemento atuador 122, a alavanca 130 pode ser colocada em posições de rotação inicial diferentes menores do que ou maiores do que a posição da linha de centro E a quarenta e cinco graus do braço de momento F.
A figura 3 A também ilustra uma outra alternativa do conjunto de acoplamento para posicionar a alavanca 130 em diferentes posições de rotação inicial. O eixo atuador 136 pode incluir nele aberturas 140, 141 e 142 (mostradas em invisível) para possibilitar à alavanca 130 ser acoplada por um elemento de fixação 143 em diferentes posições angulares em relação ao eixo atuador 136. Na figura 3 A o elemento de fixação 143 (por exemplo, um pino) está ilustrado como estando localizado na abertura 141. Selecionando uma das aberturas 140, 141 e 142 para acomodar o elemento de fixação 143 para acoplar a alavanca 130 ao eixo atuador 136, a alavanca 130 pode ser colocada em diferentes posições de rotação inicial menores do que ou maiores do que a posição de linha de centro a quarenta e cinco graus do braço de momento F. Alternativamente, a alavanca 130 pode ser acoplada ao eixo 130 por meio de outros conjuntos de acoplamento conhecidos tais como, por exemplo, entre a alavanca 130 e o eixo 136 uma chaveta pode ser acomodada em um de diversos rasgos. A figura 4 é um fluxograma representativo de um exemplo de processo ou método 400 para aplicar torque máximo próximo às posições completamente aberta ou completamente fechada de uma válvula operada por um atuador para válvula rotativa. Inicialmente, no bloco 402 o exemplo de método 400 inclui fornecer um atuador para válvula rotativa (por exemplo, o atuador para válvula rotativa 100 nas figuras 1-3 A) que tem um elemento atuador (por exemplo, o elemento atuador 122) que gira uma alavanca (por exemplo, a alavanca atuadora 130) pelo menos cerca de noventa graus e a alavanca acoplada operacionalmente a uma válvula (por exemplo, a válvula 138 na figura 2). Em seguida, no bloco 404 a alavanca é posicionada de modo que a válvula é colocada em uma posição completamente aberta ou completamente fechada (por exemplo, ver a ver a válvula completamente fechada 138 na figura 2) e a alavanca em uma posição de rotação inicial (por exemplo, a alavanca 130 posicionada em uma posição de rotação inicial tal como, por exemplo, a linha de centro H na figura 3) que é menor do que (por exemplo, a linha de centro H) ou maior do que (por exemplo, a linha de centro J) uma posição a quarenta e cinco graus (por exemplo, a linha de centro E) a partir de uma posição do elemento atuador perpendicular à alavanca (por exemplo, a linha de centro ou posição do braço de momento F quando o elemento atuador 122 é perpendicular à alavanca 130). A alavanca é posicionada de modo que a posição de rotação inicial (por exemplo, a alavanca 130 posicionada ou na linha de centro H ou na linha de centro J na figura 3) é dez a vinte graus menor do que ou maior do que a posição a quarenta e cinco graus (por exemplo, a linha de centro E), bloco 406. Então, no bloco 408 o elemento atuador (por exemplo, o elemento atuador 122 na figura 3) é deslocado para girar a alavanca (por exemplo, a alavanca atuadora 130) para a posição do elemento atuador perpendicular à alavanca (por exemplo, a linha de centro ou posição do braço de momento F na figura 3) para aplicar torque máximo próximo à posição completamente aberta ou completamente fechada da válvula (por exemplo, a posição completamente fechada do elemento válvula 138 na figura 2). Assim, o posicionamento da alavanca na posição de rotação inicial angularmente deslocada da posição de rotação inicial típica da alavanca em um atuador para válvula rotativa conhecido possibilita ao atuador para válvula rotativa aplicar a quantidade máxima de torque à válvula próximo à posição completamente aberta ou
completamente fechada da válvula.
Um exemplo de aparelho e método para aplicar torque próximo à abertura ou fechamento de uma válvula está descrito com referência ao fluxograma ilustrado na figura 4. Contudo, pessoas de talento ordinário irão facilmente apreciar que outros métodos de implementar o exemplo de método podem ser usados de maneira alternativa. Por exemplo, a ordem de execução dos blocos pode ser trocada e/ou alguns dos blocos descritos podem ser trocados, eliminados ou combinados.
Embora um certo exemplo de método e de aparelho tenha sido descrito aqui, o escopo de cobertura desta Patente não está limitado a eles. Ao contrário, esta Patente cobre todos os métodos, aparelhos e artigos de fabricação que caibam de forma correta no escopo das reivindicações anexas, seja literalmente ou sob a doutrina de equivalentes.