BRPI0712916A2 - dispositivo para regular pressão - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PARA REGULAR PRESSãO. A presente invenção refere-se a um regulador de pressão. Em uma modalidade, o regulador de pressão inclui um corpo que tem uma cavidade interna para receber um meio pressurizado e orificios de entrada e de saída que permitem que um meio pressurizado entre a cavidade interna a uma primeira pressão e saia a uma segunda pressão. O regulador de pressão exemplar também inclui um pistão de controle disposto dentro da cavidade interna que está configurado para mover em resposta a uma mudança na pressão dentro da cavidade interna. O regulador de pressão desta modalidade também inclui uma característica de amortecimento dentro da cavidade interna que está configurada para opor ao movimento do pistão de controle. Outras modalidades de reguladores de pressão e sistemas estão também providas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA REGULAR PRESSÃO". CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se geralmente à regulação de pres- são dentro de um sistema. Mais especificamente, A presente invenção refe- re-se a um novo dispositivo de regulação de pressão para tais sistemas. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Esta seção pretende introduzir o leitor a vários aspectos da téc- nica que podem estar relacionados com vários aspectos da presente inven- ção, os quais estão abaixo descritos e/ou reivindicados. Acredita-se que esta discussão seja útil em prover o leitor com informações fundamentais para facilitar uma melhor compreensão dos vários aspectos da presente inven- ção. Consequentemente, deve ser compreendido que estas declarações de- vem ser lidas a esta Iuz1 e não como admissões de técnica anterior. Como será apreciado, os suprimentos de óleo e de gás natural tem um profundo efeito sobre as economias e as civilizações modernas. Os dispositivos e os sistemas que dependem de óleo e de gás natural são oni- presentes. Por exemplo, o óleo e o gás natural são utilizados como combus- tível em uma ampla variedade de veículos, tais como os carros, os aviões, os barcos, e similares. Ainda, o óleo e o gás natural são freqüentemente uti- lizados para aquecer as residências durante o inverno, para gerar eletricida- de, e para fabricar uma gama impressionante de produtos do dia a dia.

De modo a atender a demanda para estes recursos, as compa- nhias freqüentemente despendem uma quantidade significativa de tempo e dinheiro em pesquisas para extrair o óleo, o gás natural, e outros recursos subterrâneos da terra. Especificamente, uma vez que um recurso é desco- berto abaixo da superfície da terra, um sistema de perfuração é freqüente- mente empregado para acessar e extrair o recurso. Estes sistemas de perfu- ração podem estar localizados onshore ou offshore, dependendo da Iocali- zação de um recurso desejado. Ainda, tais sistemas incluem uma ampla gama de componentes, tais como válvulas, que controlam as operações de perfuração ou de extração. Freqüentemente, alguns destes componentes são controlados através de variação de pressão, tal como aquela provida por um sistema de controle hidráulico.

Em alguns de tais sistemas, um regulador de pressão hidráulico é utilizado para prover um fluido a uma pressão regulada para os componen- tes a jusante, tal como as válvulas solenóide. Um tipo comum de regulador de pressão hidráulico tem um pistão de controle que move para trás e para frente para abrir e fechar tanto os orifícios de suprimento quanto os orifícios de ventilação do regulador em resposta à magnitude de pressão dentro do regulador. Como a funcionalidade de um sistema de perfuração inteiro pode depender da operação apropriada do regulador de pressão hidráulico, é ge- ralmente desejável empregar um regulador de pressão que seja tanto durá- vel quanto sensível a mudanças de pressão. Ainda, quando tal regulador é empregado em uma operação submarina, a interrupção de produção do sis- tema para substituir um regulador de pressão submarino pode ser especifi- camente indesejável.

Existe uma necessidade, portanto de um regulador de pressão que provenha uma sensibilidade aumentada a mudanças em pressão dentro do regulador e uma confiabilidade aumentada. SUMÁRIO DA INVENÇÃO Certos aspectos correspondentes em escopo com a invenção originalmente reivindicada estão abaixo apresentados. Deve ser compreen- dido que estes aspectos são apresentados meramente para prover o leitor com um breve sumário de certas formas que a invenção pode tomar e que estes aspectos não pretendem limitar o escopo da invenção. Realmente, a invenção pode abranger uma variedade de aspectos que podem não ser abaixo apresentados.

As modalidades da presente invenção genericamente referem- se a um novo regulador de pressão. Em certas modalidades, o regulador de pressão é um regulador de pressão hidráulico configurado para uso em con- trolar os componentes de um sistema de perfuração. Em uma modalidade, o regulador de pressão exemplar tem uma pluralidade de pistões internos, que inclui dois pistões que operam independentemente um do outro para abrir e fechar os respectivos orifícios do regulador. Em outra modalidade, o regula- dor de pressão inclui uma característica de amortecimento interno para me- lhorar a estabilidade do regulador de pressão. Em uma modalidade adicio- nal, o regulador de pressão inclui uma placa de vedação que tem uma aber- tura que é parcialmente formada de acordo com a geometria de uma respec- tiva porção de um anel de vedação correspondente. Em ainda outra modali- dade, o regulador de pressão pode incluir um mecanismo de ajuste de redu- ção de torque que permite o ajuste na quantidade de força de tensionamento aplicada a um pistão dentro do regulador de pressão por uma mola de carga sem aplicar uma força rotacional substancial na mola de carga. Em uma mo- dalidade adicional, o regulador de pressão inclui um aparelho para ventilar um fluido de controle para fora de um corpo principal do regulador de pres- são, através de um conduto, e para dentro de uma câmara separada dentro do regulador de pressão para lavar os contaminantes, os líquidos, ou os ma- teriais de outro modo indesejáveis da câmara separada. As modalidades adicionais da presente invenção podem também incluir várias combinações das características acima notadas.

Vários refinamentos das características acima notadas podem existir em relação a vários aspectos da presente invenção. As características adicionais podem também ser incorporadas em vários destes aspectos tam- bém. Estes refinamentos e características adicionais podem existir individu- almente ou em combinação. Por exemplo, várias características abaixo dis- cutidas em relação a uma ou mais das modalidades ilustradas podem ser incorporadas em qualquer um dos aspectos acima descritos da presente invenção sozinhas ou em combinação. Novamente, o breve sumário acima apresentado pretende somente familiarizar o leitor com certos aspectos e contextos da presente invenção sem limitação para o assunto reivindicado. BREVE DESCRIÇÃO DQS DESENHOS

Estas e outras características, aspectos, e vantagens da presen- te invenção se tornarão melhor compreendidas quando a descrição detalha- da seguinte for lida com referência aos desenhos acompanhantes nos quais os caracteres iguais representam partes iguais através de todos os dese- nhos, em que:

Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema de extração de recursos exemplar que tem um regulador de pressão de acordo com uma modalidade da presente invenção;

Figura 2 é uma vista em perspectiva de um regulador de pressão exemplar de acordo com uma modalidade da presente invenção;

Figura 3 é uma vista em corte transversal do regulador de pres- são da figura 2, que ilustra os componentes internos exemplares do regula- dor de pressão de acordo com uma modalidade da presente invenção;

Figura 4 é uma vista em corte transversal axial do regulador de pressão da figura 3;

Figura 5 é uma vista em corte detalhada do regulador de pres- são da figura 3 que inclui dois pistões internos de acordo com uma modali- dade da presente invenção;

Figura 6 é outra vista em corte detalhada do regulador de pres- são da figura 3, que ilustra o fechamento de orifícios de suprimento do regu- lador de pressão de acordo com uma modalidade da presente invenção;

Figura 7 é vista em corte detalhada adicional do regulador de pressão da figura 3, que ilustra a abertura de orifícios de ventilação do regu- Iador de pressão de acordo com uma modalidade da presente invenção;

Figura 8 é uma vista em perspectiva de uma placa de vedação exemplar do regulador de pressão da figura 3 de acordo com uma modalida- de da presente invenção;

Figura 9 é uma vista em corte da placa de vedação exemplar da figura 8;

Figura 10 é uma vista em corte detalhada do regulador de pres- são da figura 3, que ilustra uma característica de amortecimento disposta dentro do regulador de pressão de acordo com uma modalidade da presente invenção;

Figura 11 é uma vista em corte detalhada do regulador de pres- são da figura 3, que ilustra um mecanismo de ajuste de mola de carga de acordo com uma modalidade da presente invenção; e Figura 12 é uma vista em corte transversal de um regulador de pressão exemplar que tem um aparelho para lavar uma câmara de mola dentro do regulador de pressão de acordo com uma modalidade da presente invenção.

5 DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES ESPECÍFICAS

Uma ou mais modalidades específicas da presente invenção serão abaixo descritas. Em um esforço para prover uma descrição concisa destas modalidades, todas as características de uma implementação real podem não ser descritas no relatório descritivo. Deve ser apreciado que no desenvolvimento de qualquer tal implementação real, como em qualquer projeto de engenharia ou design, numerosas decisões específicas de imple- mentação devem ser tomadas para alcançar os objetivos específicos dos desenvolvedores, tais como uma conformidade com as restrições relativas ao sistema e relativas ao negócio, as quais podem variar de uma implemen- tação para outra. Mais ainda, deve ser apreciado que tal esforço de desen- volvimento pode ser complexo e demorado, mas seria apesar de tudo uma execução de rotina de projeto, fabricação, e fabricação para aqueles versa- dos na técnica tendo o benefício desta descrição.

Quando introduzindo os elementos de várias modalidades da presente invenção, os artigos "um", "uma", "o", e "dito" pretendem significar que existem um ou mais dos elementos. Os termos "compreendendo", "in- cluindo", e "tendo" pretendem ser inclusivos e significam que podem existir elementos adicionais outros que os elementos listados. Mais ainda, a utiliza- ção de "topo", "fundo", "acima", "abaixo", e variações destes termos é feita por conveniência, mas não requer nenhuma orientação específica dos com- ponentes.

Observando agora as presentes figuras, um sistema de perfura- ção exemplar 10 está ilustrado na figura 1 de acordo com uma modalidade da presente invenção. Notadamente, o sistema exemplar 10 facilita a extra- ção de um recurso, tal como o óleo ou o gás natural, de um poço 12. O sis- tema exemplar 10 inclui uma variedade de equipamentos, que incluem um equipamento de superfície 14, um equipamento de coluna ascendente 16, e um equipamento de chaminé 18, para extrair o recurso do poço 12 através de uma cabeça de poço 20. O sistema exemplar 10 pode ser empregado em uma variedade de aplicações de perfuração ou de extração, incluindo as a - plicações de perfuração onshore e offshore, isto é, submarinas. Em uma a- plicação de extração de recurso submarino, o equipamento de superfície 14 está montado a uma plataforma de perfuração acima da superfície da água, o equipamento de chaminé 18 está acoplado na cabeça de poço 20 próximo do fundo do mar, e os vários equipamentos 14 e 18 estão acoplados um no outro através do equipamento de coluna ascendente 16. Como será apreciado, o equipamento de superfície 14 pode in- cluir uma variedade de dispositivos e sistemas, tais como bombas, fontes de alimentação, bobinas de cabo e de mangueira, unidades de controle, um desviador, um balanceiro, uma aranha, e similares. Similarmente o equipa- mento de coluna ascendente 16 pode também incluir uma variedade de componentes, tais como as juntas de coluna, as válvulas de enchimento, as unidades de controle, e um transdutor de pressão - temperatura, para apre- sentar uns poucos. O equipamento de coluna ascendente 16 facilita a transmissão do recurso extraído para o equipamento de superfície 14 do equipamento de chaminé 18 e do poço 12. O equipamento de chaminé 18 também inclui um número de componentes, tais como os controladores preventivos de erupção e/ou as árvores de produção ou de "Natal", para extrair o recurso desejado da cabe- ça de poço 20 e transmiti-lo para o equipamento de superfície 14 e o equi- pamento de coluna ascendente 16. Na modalidade presentemente ilustrada, a operação do equipamento de chaminé 18 é controlada por um sistema de controle exemplar 22. O sistema de controle exemplar 22 inclui um regulador de pressão 24 e uma pluralidade de válvulas 26 que controlam o fluxo atra- vés do sistema 10. Em algumas modalidades, uma ou mais da pluralidade de válvulas compõem uma porção do controlador preventivo de erupção ou de uma árvore de Natal.

Ainda, em uma modalidade exemplar, o regulador de pressão 24 é um regulador de pressão hidráulico e a pluralidade de válvulas 26 inclui válvulas solenóide. Como será apreciado, as válvulas 26 podem ser configu- radas com uma pressão nominal específica, tal como 20700 kPa (3000 psi). Freqüentemente, nos sistemas hidráulicos, uma pressão de suprimento ini- cial é provida para o sistema de controle 22, tal como de um banco de tan- ques acumuladores, que é mais alta do que a pressão nominal de vários componentes de sistema, tais como as válvulas 26, para facilitar a manuten- ção de uma pressão adequada para os componentes de sistema mesmo durante os períodos de alta utilização. No sistema exemplar 10, o regulador de pressão 24 permite o gerenciamento da pressão de suprimento para for- necer uma pressão regulada para os componentes a jusante, tais como as válvulas 26. Apesar do regulador de pressão 24 da modalidade presente- mente ilustrada ser um componente do equipamento de chaminé 18, será apreciado que, em outras modalidades, o regulador de pressão 24 pode es- tar disposto em outras porções do sistema 10, tal como um componente do equipamento de superfície 14, em total concordância com as técnicas pre- sentes. Além disso, certas modalidades podem incluir múltiplos reguladores de pressão 24, os quais podem ser configurados para receber e transmitir um fluido de controle nos mesmos respectivos níveis de pressão que os ou- tros ou, alternativamente, de modo que dois reguladores de pressão 24 cada uma recebe e/ou transmita os fluidos a níveis de pressão que são diferentes entre os dois reguladores 24.

Um regulador de pressão exemplar 24 está ilustrado na figura 2. O regulador de pressão 24 inclui um alojamento alongado ou corpo 30 que tem um alojamento superior 32 e um alojamento inferior 34 para receber vá- rios componentes internos, como abaixo discutido em maiores detalhes. Tampas de extremidade superior e inferior 36 e 38 estão presas no aloja- mento inferior 34, e uma tampa de extremidade 40 está presa no alojamento superior 32, para fechar os componentes internos acima mencionados den- tro do corpo 30. Na modalidade presentemente ilustrada, as tampas de ex- tremidade 36 e 38 estão presas no alojamento inferior 34 através de uma pluralidade de fixadores 42. Apesar dos fixadores 42 da modalidade presen- temente ilustrada serem parafusos que passam através das tampas de ex- tremidade 36 e 38 e para dentro do alojamento inferior 34, deve ser notado que as tampas de extremidade 36 e 38 podem ser presas no alojamento in- ferior 34 em uma variedade de outros modos, que inclui a utilização de enga- tes, outros fixadores mecânicos, ímãs, adesivos, soldagem, ou qualquer ou- tra técnica adequada.

O regulador de pressão 24 também inclui um par de conjuntos de suprimento 44 dispostos em lados opostos do alojamento inferior 34, e um par de conjuntos de ventilação 46, os quais estão também dispostos em lados opostos do alojamento inferior 34 um ao outro. Os conjuntos de supri- mento e ventilação 44 e 46 podem ser presos no alojamento inferior 34 em qualquer modo adequado, tal como por fixadores 42. Apesar do regulador de pressão exemplar 24 incluir um par tanto de conjuntos de pressão de supri- mento 44 quanto de conjuntos de pressão de ventilação 46, deve ser notado que um número diferente de tais conjuntos pode ao contrário ser empregado em total concordância com as presentes técnicas.

Durante a operação, um meio de controle a uma primeira pres- são, tal como 34500 kPa (5000 psi), pode entrar no regulador de pressão 24 através dos orifícios de suprimento 48 dos conjuntos de suprimento 44, e o meio de controle pode ser expelido a uma segunda pressão regulada, tal como 20700 kPa (3000 psi), através de um orifício de saída de pressão re- gulada 50 disposto em um lado do alojamento inferior 34. Além disso, se a pressão dentro do regulador 24 exceder um certo limite, o meio de controle pode ser ventilado do regulador 24 através dos orifícios de ventilação 52 dos conjuntos de ventilação 46. Na modalidade presentemente ilustrada, o regu- Iador de pressão 24 é um regulador de pressão hidráulico e o meio de con- trole inclui um fluido hidráulico. Em outras modalidades, no entanto, o meio de controle pode ser algum outro material, tal como um gás pressurizado. Consequentemente, apesar da descrição presente das modalidades ilustra- das poder referir a um fluido de controle, será apreciado que tal descrição pode aplicar-se a um líquido de controle em um regulador de pressão hidráu- lico de acordo com uma modalidade da presente invenção, e não necessari- amente impede a utilização de um meio de controle gasoso em uma modali- dade alternativa.

A operação interna do regulador exemplar 24 pode ser melhor compreendida com referência às figuras 3 e 4, as quais são vistas em corte do regulador exemplar 24 ilustrado na figura 2. Notadamente, como ilustrado na figura 3, o alojamento inferior 34 geralmente define duas câmaras inter- nas: uma câmara de suprimento 60 e uma câmara de ventilação 62. Um pis- tão de suprimento 64 está disposto dentro da câmara de suprimento 60, es- tende-se através da tampa de extremidade superior 36, e é tensionado por uma mola de carga de suprimento 66 disposta dentro do alojamento superior .32. Similarmente, um pistão de ventilação 68 está disposto dentro da câmara de ventilação 62, estende-se através do pistão de suprimento 64 e da tampa de extremidade superior 36, e é tensionado por uma mola de carga de venti- lação 70. Na modalidade presentemente ilustrada, o pistão de ventilação 68 estende-se através do pistão de suprimento 64 e as molas de carga 66 e 70 estão dispostas concêntricas uma à outra na mesma porção do alojamento superior 32. No entanto, em outras modalidades, as molas 66 e 70 podem estar localizadas afastadas uma da outra, e o pistão de ventilação 68 pode ter uma configuração na qual este não estenda-se através do pistão de su- primento 64 ou da tampa de extremidade superior 36 em total concordância com as presente técnicas.

Como abaixo discutido em maiores detalhes, a pressão dentro das câmaras de suprimento e ventilação 60 e 62 pode aplicar uma força de empuxo no pistão de suprimento 64 e/ou no pistão de ventilação 68 que atua contra a força de tensionamento provida pelas molas 66 e 70, respectiva- mente, de modo que os orifícios de suprimento 48 e os orifícios de ventila- ção 52 possam ser abertos e fechados. A força de tensionamento suprida pelas molas 66 e 70 pode ser modificada através de um mecanismo de ajus- te de carga de mola 72 disposto em uma extremidade do alojamento superi- or 32 e abaixo discutido em maiores detalhes. Como pode ser apreciado, o regulador exemplar 24 inclui várias vedações ou O-rings 74, dispostos entre os componentes para manter a pressão dentro do regulador 24 e reduzir ou impedir o vazamento de materiais, tal como um fluido de controle, do ou para o interior do regulador 24.

Uma vista em corte axial do regulador exemplar 24 está provida na figura 4. Durante a operação, quando os orifícios de suprimento 48 estão abertos, o meio ou fluido de controle entra nos orifícios de suprimento 48, como genericamente indicado pelas setas 76. Este fluido de controle é rote- ado para dentro da câmara de suprimento 60 e ao redor do pistão de supri- mento 64, como genericamente indicado pelas setas 78. O fluido de controle pode então ser expelido a uma pressão regulada para os componentes a jusante através do orifício de saída 50, como genericamente indicado pela seta 80.

A abertura e o fechamento dos orifícios de suprimento 48 e dos orifícios de ventilação 52 podem ser melhor compreendidos com referência às vistas em corte detalhadas das figuras 5-7. Na modalidade presentemen- te ilustrada, o fluxo de fluido ou meio de controle para dentro do regulador 24 através dos orifícios de suprimento 48 é geralmente controlado pelo movi- mento do pistão de suprimento 64. Mais especificamente, em uma modali- dade, anéis de vedação de cisalhamento de suprimento 84 estão dispostos dentro de rebaixos 86 do pistão de suprimento 64. As molas 88 estão tam- bém dispostas dentro dos rebaixos 86 para tensionar os anéis de vedação de cisalhamento de suprimento 84 contra as placas de vedação de supri- mento 90 do conjunto de suprimento 44. As placas de vedação de suprimen- to exemplares 90 incluem uma primeira passagem de fluido 92 e uma se- gunda passagem de fluido 94 que facilitam o fluxo de um fluido de controle através dos orifícios de suprimento 48 para a câmara de suprimento 60. Um fluido de controle que entra na câmara de suprimento 60

pode passar para a câmara de ventilação 62 através de um ressalto de se- paração 104 através de uma pluralidade de orifícios de transferência de pressão 106. Na presente modalidade, anéis de vedação de cisalhamento de ventilação 108 estão dispostos dentro de um rebaixo 110 do pistão de ventilação 68. Os anéis de vedação de cisalhamento de ventilação 108 são similarmente tensionados por uma mola 112 contra um par de placas de ve- dação de ventilação 114. As placas de vedação de ventilação 114 também incluem uma primeira e uma segunda passagens de fluido 116 e 118, res- pectivamente, as quais permitem que o fluido seja ventilado da câmara de ventilação 62 através dos orifícios de ventilação 52. Na modalidade presen- temente ilustrada, os anéis de vedação de ventilação 108 são de um tama- nho diferente do que os anéis de vedação de suprimento 84. Ainda, as se- gundas passagens exemplares 94 e 118 das placas de vedação 90 e 114, respectivamente, são também de diferentes tamanhos uma da outra e estão baseadas em tamanhos e geometrias específicos dos anéis de vedação 84 e .108, como abaixo discutido em maiores detalhes. Um estado de operação inicial está apresentado na figura 5, na qual os orifícios de suprimento 48 estão abertos e os orifícios de ventilação .52 estão fechados em relação ao interior do regulador de pressão 24. Esta configuração permite que o meio de controle entre no regulador de pressão .24 através dos orifícios de suprimento 48 e saia através do orifício de saída de pressão regulada 50, como acima discutido. Como será apreciado, uma pressão hidráulica ou pneumática dentro da câmara de suprimento 60 resul- ta em uma força de empuxo aplicada no pistão de suprimento 64 na direção genericamente indicada pela seta 96. No entanto, a força de tensionamento da mola de carga de suprimento 66, o atrito entre os anéis de vedação de cisalhamento 84 e as placas de vedação 90, e o atrito atribuível à vedação .74 entre o pistão de suprimento 64 e a tampa de extremidade superior 36 cada um opõe o movimento do pistão na direção indicada pela seta 96. Se o empuxo gerado pela pressão dentro da câmara de suprimento 60 for abaixo do primeiro limite de pressão (o qual é geralmente ditado pelas forças de atrito e de tensionamento acima notadas), os orifícios de suprimento 48 permanecem abertos para permitir que um fluido de controle adicional entre no regulador de pressão 24 e saia através do orifício de saída 50. Em uma modalidade exemplar, o primeiro limite de pressão pode ser substancialmen- te igual a uma pressão de operação desejada de componentes a jusante, tal como 20700 kPa (3000 psi).

Conforme a pressão a jusante e dentro do regulador 24 aumenta e aproxima-se do primeiro limite de pressão, a força hidráulica sobre o pistão de suprimento 64 torna-se suficiente para mover o pistão de suprimento 64 na direção indicada pela seta 96 e na direção da posição fechada generica- mente ilustrada na figura 6. Especificamente, na modalidade presentemente ilustrada, a mola de carga de suprimento 66, os anéis de vedação 84, e o 5 pistão de suprimento 64 estão configurados de modo que os anéis de veda- ção 84 são movidos para uma posição totalmente fechada, na qual os anéis de vedação 84 ficam dispostos sobre a totalidade da segunda passagem de fluido 94, quando a pressão dentro da câmara de suprimento 60 atinge e/ou excede o primeiro limite de pressão. Neste ponto durante a operação, o re- gulador de pressão pode ser considerado estar em um estado de equilíbrio, no qual ambos os orifícios de suprimento e ventilação 48 e 52 estão fecha- dos e nenhum meio de controle flui através do regulador 24. Em outras pala- vras, neste ponto operacional, a pressão dentro das câmaras de suprimento e ventilação 60 e 62 está acima do primeiro limite de pressão, fazendo com que o pistão de suprimento 64 mova para uma posição fechada, mas não é suficiente para transmitir um empuxo para o pistão de ventilação 68 que re- sulte na abertura dos orifícios de ventilação 52.

Como pode ser apreciado, conforme a pressão dentro do regu- lador de pressão 24 continua a aumentar além do primeiro limite de pressão, o empuxo aplicado no pistão de ventilação 68 pela pressão interna também aumenta, fazendo com que o pistão de ventilação 68 mova na direção indi- cada pela seta 96. Conforme a pressão interna alcança um segundo limite de pressão, o pistão de ventilação 68 e os anéis de vedação de ventilação 108 são movidos para uma posição aberta, como genericamente ilustrado na figura 7, o que permite que o fluido de controle dentro da câmara de ventila- ção 62 seja ventilado para fora do regulador de pressão 24 através dos orifí- cios de ventilação 52.

Será notado que, na modalidade presentemente ilustrada, o pis- tão de suprimento 64 e o pistão de ventilação 68 podem operar independen- tes um do outro. Isto é, o movimento do pistão de suprimento 64 e dos anéis de vedação de suprimento 84 para controlar o fluxo através dos orifícios de suprimento 48 é independente do movimento do pistão de ventilação 68 e dos anéis de vedação de ventilação 108 que geralmente controlam o fluxo através dos orifícios de ventilação 52. A operação independente do pistão de suprimento e ventilação 64 e 68 permite a utilização de duas molas de carga .66 e 70 separadas que podem ser especificamente configuradas para uma faixa desejada de pressões regulada e de ventilação, respectivamente. Ain- da, a independência mecânica do pistão de suprimento 64 e do pistão de ventilação 68 reduz as forças de atrito que atuam contra a força de empuxo aplicada a cada pistão pela pressão interna do regulador de pressão 24, e por meio disto melhora a sensibilidade do regulador de pressão 24. Em outras palavras, apesar de que um único pistão que carrega tanto os anéis de vedação.84 quanto os anéis de vedação 108 experimenta- ria forças de atrito atribuíveis a ambos os conjuntos dos anéis de vedação 84 e 108, os pistões de suprimento e ventilação 64 e 68 na modalidade presen- temente ilustrada estão sujeitos a somente a força de atrito atribuída aos seus próprios respectivos anéis de vedação 84 e 108 (além de qualquer atri- to criado por outros componentes, tais como as vedações 74). Consequen- temente, o pistão de suprimento 64 e o pistão de vedação 68 cada um res- ponde mais a um súbito aumento ou diminuição na pressão dentro da câma- ra de suprimento 60 e da câmara de ventilação 62. Por exemplo, no estado geral de equilíbrio ilustrado na figura 6, um súbito aumento na pressão den- tro do corpo de regulador 30, tal como aquele causado por um súbito fecha- mento de uma válvula a jusante, faz com que somente o pistão de ventilação .68 e os seus anéis de vedação 108 associados sejam movidos para a posi- ção aberta genericamente ilustrada na figura 7, para aliviar o aumento de pressão dentro do regulador de pressão 24. Similarmente, o regulador de pressão 24 pode abrir mais rapidamente os orifícios de suprimento 48, tal como movendo somente o pistão de suprimento 64 e os anéis de vedação .84, para permitir que um fluido de controle adicional entre na câmara de su- primento 60 para compensar por uma queda súbita na pressão interna. Em certas modalidades, as placas de vedação de suprimento 90 podem ser especificamente configuradas com base nas geometrias de seus respectivos anéis de vedação 84. Por exemplo, na modalidade ilustrada nas figuras 8 e 9, uma placa de vedação de suprimento exemplar 90 inclui uma abertura ou passagem arqueada 128 definida pela saída da segunda passa- gem 94 em uma superfície 130 do anel de vedação de suprimento 90. Como será apreciado, um anel de vedação de suprimento de cisalhamento 84 (fi- gura 5) pode operar para cobrir e descobrir seletivamente a abertura arque- ada 128 para controlar o fluxo através das passagens de fluido 92 e 94, co- mo acima discutido. Notadamente, a abertura arqueada exemplar 128 inclui bordas interna e externa curvas 132 e 134, respectivamente. Em certas mo- dalidades, a forma da abertura 128 está relacionada com a forma de um respectivo anel de vedação 84. Por exemplo, em uma modalidade, a borda externa curva 134 da abertura 128 tem uma taxa de curvatura que é subs- tancialmente idêntica àquela de uma circunferência interna ou perímetro de um lábio do anel de vedação 84 de modo que uma porção da borda interna ou perímetro do anel de vedação 84 fique substancialmente coincidente com a borda externa curva 134 quando a pressão dentro regulador de pressão 24 é substancialmente igual ao primeiro limite de pressão. Em algumas modali- dades, a borda interna curva 132 pode ter uma taxa de curvatura que é substancialmente idêntica à circunferência externa do anel de vedação 84. Outras configurações nas quais as bordas interna e externa curvas 132 ou .134 estão configuradas com base em outras superfícies do anel de vedação .84 são também previstas.

Similarmente, uma placa de vedação de ventilação 114 (figura 5) pode também incluir uma abertura que inclui uma borda coincidente com uma borda de um anel de vedação de ventilação 108 quando a pressão den- tro do regulador 24 é substancialmente igual ao segundo limite de pressão. Apesar das placas de vedação 90 e 114 poderem ser substancialmente i- dênticas uma à outra em algumas modalidades, as aberturas das placas de vedação 90 e 114 podem ao contrário ter diferentes tamanhos ou geometrias uma da outra para prover diferentes taxas de fluxo através de suas respecti- vas passagens e coincidir com as diferenças nas geometrias dos anéis de vedação 84 e 108.

Certas modalidades da presente invenção podem também incluir uma característica de amortecimento, tal como aquela ilustrada na figura 10, a qual pode melhorar a estabilidade do regulador de pressão 24. Como pode ser apreciado, súbitos aumentos ou diminuições na pressão dentro de um sistema que tem o regulador de pressão exemplar 24 podem, em alguns ca- sos, resultar em um nível indesejável de interação de fluido - estrutura que diminui a estabilidade dentro do sistema. A característica de amortecimento exemplar ilustrada na figura 10 pode reduzir a magnitude de tal interação. Em uma modalidade, a característica de amortecimento inclui um rebaixo ou câmara de amortecimento 140 formada dentro da tampa de extremidade 36 e configurada para receber uma característica correspondente 142 do pistão de suprimento 64. Como será apreciado, a característica correspondente 142 pode ser presa no ou integral com o pistão de suprimento 64. Notada- mente, a característica correspondente 142 está configurada para montar dentro da câmara de amortecimento 140 e provê uma área de seção trans- versai melhorada que aumenta o arraste sobre o pistão de suprimento 64 conforme este move dentro da câmara de suprimento 60. Além disso, em uma modalidade, a característica correspondente 142 inclui uma superfície que é geralmente perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do pistão de suprimento 64.

Por exemplo, conforme a pressão dentro da câmara de supri-

mento aumenta, o pistão de suprimento 64 move na direção indicada pela seta 96 e reduz o espaço disponível dentro da câmara de amortecimento 140 para o meio ou o fluido de controle. Assim, a interação entre o movimen- to do pistão de suprimento 64 e da câmara de amortecimento 140 força o fluido de controle dentro da câmara 140 a ou passar através da característi- ca correspondente 142 através de um ou mais orifícios de sangria 144 ou ao redor da circunferência externa da característica correspondente 142. Ainda, em uma modalidade, um anel de guia 146 pode estar disposto ao redor do perímetro externo da característica correspondente 142 para inibir adicio- nalmente o fluxo do fluido de controle ao redor do perímetro externo. Em uma modalidade, a interação da câmara de amortecimento 140 e da caracte- rística correspondente 142 substancialmente reduz ou impede os efeitos in- desejáveis de interação de fluido - estrutura dentro do regulador de pressão .24.

Além disso, uma ou mais modalidades da presente invenção podem também incluir um mecanismo de ajuste de carga de mola exemplar .72, como genericamente ilustrado na figura 11. Na modalidade presente- mente ilustrada, o mecanismo de ajuste 72 inclui um parafuso ou membro de ajuste 154 que está acoplado na tampa de extremidade 40 e estende para dentro do alojamento superior 32. Ainda, o parafuso de ajuste 154 inclui ros- cas que acoplam um embolo 156. O êmbolo exemplar 156 inclui cavilhas ou pinos 158, dispostos dentro de rebaixos 160, os quais estendem-se do êm- bolo 156 e para dentro de rasgos 162 correspondentes formados dentro do alojamento superior 32. Os pinos 158 cooperam com os rasgos 162 para impedir a rotação do êmbolo 156 dentro do alojamento superior 32. O aco- plamento do parafuso de ajuste 154 com o êmbolo 156 facilita o aumento e a diminuição das forças de tensionamento aplicadas nos pistões de suprimen- to e ventilação 64 e 68 (figura 3). Especificamente, em uma modalidade, a rotação do parafuso de ajuste 154 em uma direção causa um movimento axial do êmbolo 156 na direção genericamente indicada pela seta 164, por meio disto aumentando as forças de tensionamento aplicada nos pistões por suas respectivas molas de carga 66 e 70. Similarmente, a rotação do para- fuso de ajuste 154 na direção oposta resulta em um movimento axial do êm- bolo 156 na direção genericamente indicada pela seta 166. Como o êmbolo .156 inclui uma característica de antirrotação, a rotação do parafuso de ajuste .154 geralmente não transmite um torque para as molas de carga 66 e 70 ou os pistões 64 e 68. Em uma modalidade alternativa, um mecanismo de ajus- te que permite um ajuste independente de cada uma das molas de cargas .66 e 70 está previsto.

Ainda, em uma modalidade, um regulador de pressão exemplar .24 inclui um aparelho para lavar o interior do alojamento superior 32. Nota- damente o regulador de pressão exemplar 24 inclui um conduto de fluido .172 que conecta um orifício de ventilação 52 com um orifício de entrada 174 formado na tampa de extremidade 40. O conduto de fluido 172 pode ser ge- nericamente definido por acoplamentos 176 e 178 presos no orifício de venti- lação 52 e no orifício de entrada 174, respectivamente, e uma mangueira ou tubo 180 que estende-se entre os acoplamentos 176 e 178. Conforme os orifícios de ventilação 52 são abertos, o fluido de controle que está sendo ventilado da câmara de ventilação 62 pode ser roteado através do conduto de fluido 172 e para dentro de uma câmara 182 na qual as molas de carga .66 e 70 estão dispostas. Como pode ser apreciado o fluido injetado na câ- mara de mola 182 pode passar através ou ao redor do êmbolo 156, tal como através de orifícios de fluido formados no êmbolo 156 ou das ranhuras 162. Este fluido pressurizado é então roteado através da câmara 182 e sai da câmara através dos orifícios de sangria 184 dispostos em uma extremidade do alojamento superior 32. Em uma modalidade relativa à operação subma- rina do regulador de pressão exemplar 24, o roteamento de fluido de contro- le através do conduto de fluido 172 e da câmara de mola 182 pode lavar a água do mar da câmara de mola 182, por meio disto reduzindo ou impedindo o crescimento de vida marinha dentro da câmara de mola 182. Em uma mo- dalidade, válvulas de retenção podem também ser adicionadas aos orifícios de sangria 184 para impedir que a água do mar entre na câmara de mola182.

Apesar da invenção poder ser susceptível a várias modificações e formas alternativas, as modalidades específicas foram mostradas como exemplo nos desenhos e foram aqui descritas em detalhes. No entanto, de- ve ser compreendido que a invenção não pretende ser limitada às formas específicas descritas. Ao contrário, a invenção é para cobrir todas as modifi- cações, equivalentes, e alternativas que caiam dentro do espírito e do esco- po da invenção como definido pelas reivindicações anexas seguintes.

Claims (22)

REIVINDICAÇÕES

1. Regulador de pressão, que compreende: um corpo que tem uma cavidade interna para receber um meio pressurizado, o corpo incluindo um orifício de entrada que permite que a ca- 5 vidade interna receba o meio pressurizado a uma primeira pressão e um ori- fício de saída que permite que o meio pressurizado saia do corpo a uma se- gunda pressão; um pistão de controle disposto dentro da cavidade interna, em que o pistão de controle está configurado para mover dentro da cavidade interna em resposta a uma mudança na pressão dentro da cavidade interna; e uma característica de amortecimento disposto dentro da cavida- de interna e configurada para opor ao movimento do pistão de controle em pelo menos uma direção.

2. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 1, em que a característica de amortecimento compreende uma porão do pistão de controle que tem um diâmetro aumentado configurada para aumentar a força de arraste sobre o pistão de controle conforme este move na pelo menos uma direção.

3. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 2, em que a característica de amortecimento compreende um anel de guia disposto ao redor de uma superfície circunferencial externa da porção.

4. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 2, em que a porção compreende pelo menos uma passagem através da porção que permite que o meio pressurizado seja deslocado através da pelo menos uma passagem durante o movimento do pistão de controle.

5. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 2, em que a característica de amortecimento compreende um rebaixo formado em uma tampa de extremidade do corpo, e o rebaixo está configurado para re- ceber a porção do pistão de controle e cooperar com a mesma para restrin- gir o fluxo do meio pressurizado para o e do rebaixo.

6. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 2, em que o corpo inclui um orifício de ventilação configurado para ventilar o meio pressurizado da cavidade interna.

7. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 6, que compreende: um primeiro pistão de controle que tem um diâmetro aumentado que compreende pelo menos uma porção da característica de amortecimen- to, em que o primeiro pistão de controle é operável para controlar o fluxo do meio pressurizado através do orifício de entrada; e um segundo pistão de controle operável para controlar o fluxo do meio pressurizado através do orifício de ventilação.

8. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 1, em que o meio pressurizado compreende um líquido.

9. Regulador de pressão que compreende: um alojamento que tem um volume interno e pelo menos dois orifícios que facilitam o fluxo de um meio através do alojamento; um pistão disposto dentro do volume interno e configurado para mover quando de uma mudança na pressão dentro do volume interno; uma primeira placa de vedação disposta entre o alojamento e o pistão mais próxima de um primeiro orifício dos pelo menos dois orifícios, a primeira placa de vedação incluindo um primeiro conduto que facilita o fluxo do meio entre o volume interno e uma região externa do alojamento através do primeiro orifício; e um primeiro anel de vedação acoplado no pistão e configurado para cooperar com a primeira placa de vedação para inibir seletivamente o fluxo do meio através do primeiro orifício; em que o primeiro conduto define uma abertura da primeira pla- ca de vedação, a abertura tendo uma borda curva que tem uma primeira ta- xa de curvatura substancialmente idêntica àquela de uma primeira borda coincidente do primeiro anel de vedação.

10. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 9, em que o pistão compreende uma característica de amortecimento que opõe ao movimento do pistão.

11. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 9, em que o primeiro anel de vedação está disposto dentro de um rebaixo do pis- tão.

12. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 9, que compreende: uma segunda placa de vedação disposta mais próxima de um segundo um orifício dos pelo menos dois orifícios, a segunda placa de veda- ção incluindo um segundo conduto que facilita o fluxo do meio entre o volu- me interno e a região externa do alojamento através do segundo orifício; e um segundo anel de vedação configurado para cooperar com a segunda placa de vedação para inibir seletivamente o fluxo do meio através do segundo orifício; em que o segundo conduto define uma abertura de segunda placa de vedação que tem uma borda curva que tem uma segunda taxa de curvatura substancialmente idêntica àquela de uma segunda borda coinci- dente do segundo anel de vedação.

13. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 12, em que uma o segundo anel de vedação está acoplado no pistão.

14. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 12, que compreende um primeiro pistão e um segundo pistão, em que o primeiro anel de vedação está acoplado no primeiro pistão e o segundo anel de ve- dação está acoplado no segundo pistão.

15. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 9, que compreende: uma mola de tensionamento disposta dentro de uma câmara de mola do alojamento e configurada para prover uma força de tensionamento para o pistão; e um mecanismo de controle que permite o ajuste da magnitude da força de tensionamento, em que o mecanismo de controle está configu- rado para limitar a transmissão de uma força de torção para a mola de tensi- onamento durante o ajuste.

16. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 15, em que o mecanismo de controle compreende um parafuso de ajuste acoplado no alojamento, o parafuso de ajuste estendendo através do alojamento e acoplado por um acoplamento roscado a um êmbolo disposto dentro da câ- mara de mola, o êmbolo compreendendo uma característica de anti-rotação de modo que a rotação do parafuso de ajuste resulta em um movimento axi- al do êmbolo ao longo do parafuso de ajuste dentro da câmara de mola sem uma rotação significativa do êmbolo.

17. Reguladorde pressão de acordo com a reivindicação 16, em que a característica de anti-rotação é um membro de extensão configurado para inserção em uma fenda interna do alojamento.

18. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 9, em que a abertura da primeira placa de vedação tem uma seção transversal ar- queada.

19. Regulador de pressão, que compreende: um alojamento que inclui um primeiro volume interno e um se- gundo volume interno, o alojamento tendo um orifício de entrada e um orifí- cio de saída que facilitam o fluxo de um meio de controle através do primeiro volume interno; um pistão disposto dentro do primeiro volume interno e que res- ponde a uma mudança na pressão dentro do primeiro volume interno, em que o pistão está configurado para abrir o orifício de saída para ventilar o meio de controle do primeiro volume interno se a pressão dentro do primeiro volume interno atingir uma pressão limite; e um conduto que permite uma comunicação de fluido entre o pri- meiro e o segundo volumes internos de modo que o meio de controle venti- lado através do orifício de saída é roteado através do conduto, para dentro do segundo volume interno, e para fora do segundo volume interno através de um orifício de sangria.

20. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 19, que compreende uma pluralidade de pistões dispostos dentro do primeiro volume interno.

21. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 19, em que uma mola de tensionamento está disposta dentro do segundo volume interno.

22. Regulador de pressão de acordo com a reivindicação 19, em que o conduto está acoplado a um exterior do alojamento.