BRPI0715968A2

BRPI0715968A2 - conjunto de gaxeta de vÁlvula para um conjunto de vÁlvula de controle, e, conjunto de gaxeta de cartucho para vedar um haste de vÁlvula em um conjunto de vÁlvula de controle

Info

Publication number: BRPI0715968A2
Application number: BRPI0715968-4A2A
Authority: BR
Inventors: Michel Ken Lovell; Ted Dennis Grabau
Original assignee: Fisher Controls Int
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2013-08-06
Also published as: RU2438062C2; EP2059702B1; CN101506563B; WO2008024898A2; RU2009108784A; NO20090441L; EP2402635B2; CA2661736C; NO338803B1; JP5209623B2; MX2009002044A; US7963502B2; JP2010501804A; EP2402635A1; US8622367B2; BRPI0715968B1; AU2007286635B2; EP2402635B1; AU2007286635A1; CN101506563A

Abstract

"CONJUNTO DE GAXETA DE VÁLVULA PARA UM CONJUNTO DE VÁLVULA DE CONTROLE, E, CONJUNTO DE GAXETA DE CARTUCHO PARA VEDAR UMA HASTE DE VÁLVULA EM UM CONJUNTO DE VÁLVULA DE CONTROLE". Um conjunto de gaxeta de válvula para uma válvula de controle inclui um conjunto de vedação tem um componente de vedação para prover uma vedação a fluido ao redor de uma haste de válvula e um componente anti-extrusão para impedir substancialmente a extrusão do componente de vedação ao redor da haste de válvula. O conjunto de carregamento é configurado para prover vantajosamente uma tensão na gaxeta predeterminada para o conjunto de vedação, que está na mesma direção que uma tensão de processo aplicada ao conjunto de vedação por um fluido de processo, reduzindo, desse modo, substancialmente, o atrito da gaxeta e o desgaste da gaxeta no conjunto de válvula de controle.

Description

"CONJUNTO DE GAXETA DE VÁLVULA PARA UM CONJUNTO DE VÁLVULA DE CONTROLE, E, CONJUNTO DE GAXETA DE CARTUCHO PARA VEDAR UMA HASTE DE VÁLVULA EM UM CONJUNTO DE VÁLVULA DE CONTROLE" REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido reivindica o benefício da prioridade do pedido de patente provisório U. S. 60/840.369, solicitado aos 25 de agosto de 2006, cujo inteiro teor é aqui expressamente incorporado pela referência. CAMPO DA INVENÇÃO A invenção refere-se geralmente a gaxeta para válvulas, e mais

particularmente, a um aperfeiçoamento de gaxeta carregada em operação para válvulas de controle usadas em aplicações de controle de processo que exijam níveis muito baixos de emissão pela gaxeta da válvula. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Na indústria de controle de processo, é conhecido que muitas

aplicações de processo exigem válvulas de controle que vazem quantidades muito pequenas de um fluido de processo no ambiente circunvizinho. De fato, algumas plantas de processo estão sujeitas à regulação federal sob as Emendas à Lei do Ar Limpo de 1990 que regula a quantidade de determinadas emissões de processo, como hidrocarbonetos aromáticos ou clorados, baseados nas concentrações de emissões medidas (por exemplo, menos de 500 partes por milhão por volume (ppmv)) que vazam de conjuntos de controle de válvula para o ambiente da indústria. As soluções típicas para reduzir estas emissões incluem a colocação de uma vedação de fole ao redor da haste da válvula de controle para conter as emissões, ou a instalação de conjuntos de gaxeta carregada em operação, ou carregada por mola, dentro do corpo da válvula de controle, para manter as emissões a níveis de concentração aceitáveis durante a operação da válvula.

As vedações de fole típicas criam uma vedação ambiental externa, "em acordeão", unindo uma câmara de metal flexível (ou seja, um fole) ao redor de uma porção exposta da haste da válvula. As vedações de fole servem para capturar e conter fluidos de processo dentro da câmara de fole, impedindo, desse modo, escapamento para o ambiente circunvizinho. Para ser funcional, o fole deve permanecer flexível através de uma ampla faixa de temperatura operacional e ser resistente aos vários tipos de corrosão, o que exige geralmente o uso de metais especiais. Os foles são feitos geralmente de ligas, tais como, Inconel® da Special Metals Corporation de Hartford, New York ou de Hastelloy® C da Haynes Internacional, Inc. de Kokomo, Indiana. Ambos os metais especiais aumentam significativamente o custo da vedação de fole. Adicionalmente, as vedações de fole têm uma instalação dispendiosa, uma vez que os foles são geralmente vedações soldadas à haste da válvula, gaxetas vedadas na junta da tampa/válvula, e exigem uma tampa de válvula prolongada. A construção física dos foles e seu método de instalação também colocam limites na quantidade de rotação que pode ocorrer na haste da válvula. De modo a impedir danos à solda ou vedação, um dispositivo anti- rotação deve, freqüentemente, ser instalado para limitar a quantidade de rotação da haste da válvula durante a operação. As vedações de fole são projetadas igualmente para um comprimento de deslocamento específico para maximizar a vida da fadiga dos foles. Aplicações produzindo deslocamento maior do que o comprimento de deslocamento projetado podem danificar os foles, estendendo as "pregas" além do comprimento projetado, provocando a ocorrência de ciclo de fadiga ou rachadura prematuro. Uma alternativa para aprisionar as emissões de vazamento em uma vedação de fole é impedir que as emissões ocorram, usando-se uma gaxeta de válvula de controle aperfeiçoada, como uma gaxeta carregada em operação.

Conjuntos de gaxetas carregadas em operação convencionais são instalados dentro de um furo de gaxeta do conjunto de válvula de controle, vedando ao redor da haste da válvula para reduzir substancialmente as emissões do conjunto de gaxetas durante a operação. Compreende-se, geralmente, que a gaxeta deve ser carregada ou pressionada axialmente para forçar a expansão radial dos componentes da gaxeta, para efetuar uma vedação dinâmica em uma haste móvel de válvula e uma vedação estática no furo da gaxeta, onde os componentes da gaxeta ficam em contato dentro do corpo de válvula de controle. Como usado na presente descrição, deve ser compreendido por alguém perito na técnica, que o termo tensão na gaxeta significa uma força axial de um dispositivo de carregamento, como uma mola ou, de pressão de processo, atuando sobre o conjunto de gaxetas que é dividida pela área anular da gaxeta. Além disso, os conjuntos de gaxetas aqui descritos usam componentes de vedação anel-V (ou seja, a secção transversal da gaxeta tem a forma de um "V") projetados para amplificar a tensão axial na gaxeta em uma tensão de contato radial maior para promover a vedação concentrando as forças axiais em direções radiais. Sabe-se geralmente que os conjuntos de gaxetas ambientais carregadas em operação, têm certas limitações. A FIG. 1 representa graficamente os vários tipos de exemplos de tensão na gaxeta em relação a uma pressão de processo da gaxeta A, descrita abaixo, em detalhe. Um perito na técnica poderia apreciar que tensões na gaxeta abaixo da pressão de processo A podem resultar, geralmente, em vazamentos de fluidos de processo, uma vez que a pressão de processo pode sobrepujar uma vedação formada por tensão na gaxeta.

Um tipo de gaxeta carregada em operação convencional é denominado gaxeta automática. Uma vedação é provida por um único conjunto de gaxeta de anel-V que é carregado axialmente por uma mola espiral que exerce uma tensão na gaxeta relativamente pequena sobre os anéis de gaxeta, como a gaxeta Single PTFE disponível da Fisher Controls International LLC de St Louis, MO. Alguém perito na técnica compreenderá que este tipo de conjunto de gaxeta usa um anel-V com uma relação força axial/força radial alta. Ou seja, o anel-V é construído para prover expansão radial alta sob a taxa de mola relativamente baixa de uma mola espiral, para uma dada aplicação. Este tipo de gaxeta automática é considerado tipicamente para serviço ambiental (por exemplo, concentração de ppmv < 500) a uma pressão máxima de 2,06 MPa, como mostrado na FIG.l, como uma tensão na gaxeta axial B, e uma temperatura máxima de 93,3°C. Estes tipos de gaxeta podem ser carregados a partir do lado de dentro ou lado da pressão da válvula de controle, mas são geralmente aplicáveis apenas às aplicações ambientais de baixa pressão, devido ao carregamento de mola espiral.

Outro tipo de gaxeta é descrito geralmente como gaxeta de anel-V duplo. Este conjunto da gaxeta usa dois conjuntos de gaxeta de anel-V de baixa pressão similares à gaxeta de anel-V único descrita acima, com os conjuntos da gaxeta arranjados como um componente de vedação superior e inferior, mas sem qualquer tipo de dispositivo carregado por mola para exercer a tensão na gaxeta. O conjunto de gaxeta é pressionado sob uma carga de gaxeta estática para criar a vedação da haste da válvula com um conjunto de seguidor de gaxeta porca /gaxeta, conhecido daqueles peritos na técnica. O defeito deste tipo de gaxeta é que sem um elemento de mola para assegurar um nível adequado de tensão na gaxeta, sobre uma ampla faixa de temperatura, o projeto da gaxeta não pode ser considerado para serviço ambiental, e, portanto, não é descrito na FIG. 1.

Ainda outro tipo de gaxeta ambiental é um conjunto de gaxeta carregada em operação de anel-V duplo, disponível comercialmente como gaxeta Enviro-Seal® PTFE da Fisher Controls International LLC de St Louis, MO. Este tipo de conjunto da gaxeta usa um anel-V de alta pressão (ou seja, uma relação baixa de força axial -para-força radial) carregada por um dispositivo de carregamento de taxa de mola alta, como molas Belleville. Em comparação com o carregamento de mola espiral, as molas Belleville têm uma taxa de mola muito maior para prover uma força ou tensão na gaxeta, relativamente grande, necessária para comprimir a gaxeta de anel-V duplo para aplicações de alta pressão. Este tipo de gaxeta é considerado tipicamente para serviço ambiental a uma pressão máxima de 5,17MPa, e uma temperatura máxima de 232,2°C. Um problema com este tipo de conjunto de gaxeta relaciona-se aos usos de molas Belleville para carregar a gaxeta.

Embora as molas Belleville provejam a tensão necessária na gaxeta, o deslocamento ou faixa de compressão das molas Belleville é muito baixo. Esta combinação de taxa de mola elevada e faixa de deslocamento pequena ou baixa resulta na necessidade de um ajuste inicial muito preciso da mola Belleville pré-carregada, e/ou tolerâncias de fabricação muito apertadas para obter a tensão desejada na gaxeta. Ou seja, alguém perito na técnica deveria apreciar que a tensão na gaxeta, por unidade de deslocamento ou compressão das molas Belleville, é relativamente grande. Como tal, as tolerâncias normais de fabricação, dentro do conjunto de válvula de controle, necessitam ajuste manual, o que pode ser muito difícil e consumidor de tempo (por exemplo, a válvula de descarga Fisher Controls Design D2 usa três molas Belleville empilhadas em série, que exigem precisão de ajuste dentro de ± 0,06096mm para conseguir uma tensão na gaxeta dentro de ± 0,34MPa). Então, se a tensão na gaxeta for muito alta, pode resultar em atrito elevado da gaxeta, que pode reduzir o desempenho da válvula de controle e a vida da gaxeta. Adicionalmente, molas espirais não são tipicamente usadas

com gaxeta de anel-V duplo, de alta pressão, devido ao fato da área da caixa da tampa/gaxeta ser limitada e a área da seção transversal da mola espiral, necessária para desenvolver a taxa de mola apropriada, será muito grande. Além disso, este tipo de conjunto de gaxeta é carregado tipicamente a partir do lado de fora (ou seja, o lado externo ou atmosférico em comparação ao lado de dentro ou de pressão) da válvula de controle provendo uma força de gaxeta que se opõe a uma força produzida pela pressão de processo. Devido à força de mola Belleville se opor à força produzida pela pressão de processo, as forças da mola não são aditivas à tensão na gaxeta; conseqüentemente, a tensão inicial na gaxeta, necessária para criar a vedação ambiental, deve ser considerada no ajuste inicial da gaxeta, aumentando a tensão inicial na gaxeta, mostrado como uma tensão na gaxeta C da FIG. 1, que é independente da pressão de processo, até que a pressão de processo case com a pressão na gaxeta. Esta compensação exagerada na tensão inicial na gaxeta cria atrito maior no conjunto, o que pode fazer com que o atuador da válvula de controle seja super dimensionado, adicionando, desse modo, despesa à válvula de controle e resultando em maior desgaste da gaxeta durante a operação.

Outra gaxeta disponível comercialmente apropriada para serviço ambiental à alta temperatura, e alta pressão é uma gaxeta baseada em grafíta com PTFE integrado conhecida como Enviro-Seal Graphite ULF da Fisher Controls International LLC de St Louis, MO. Este tipo de conjunto de gaxeta usa anéis de gaxeta baseados em grafíta para operação a alta temperatura com pequenas quantidades de PTFE integradas em componentes de vedação para minimizar o atrito. Molas Belleville são usadas para suprir a tensão na gaxeta. Ao contrário dos conjuntos de gaxeta precedentes, a relação força axial-para-força radial extremamente alta dos anéis de vedação baseados em grafíta exige taxas de mola muito altas para criar a vedação ambiental. Para este tipo de gaxeta, as molas Belleville criam uma força muito grande a partir da direção oposta de uma força gerada pela pressão de processo resultando em uma tensão na gaxeta que pode se aproximar de 31,02MPa (mostrada como a tensão na gaxeta constante D, na FIG.l). Similar a outros tipos de conjuntos de gaxeta baseados em mola Belleville, o deslocamento das molas Belleville é muito baixo exigindo ajustes iniciais muito precisos para controlar a tensão na gaxeta. Embora este tipo de gaxeta seja considerado para serviço ambiental a uma pressão máxima de 10,34MPa e uma temperatura máxima de 315,5556°C, os níveis de atrito produzido por este arranjo de gaxeta podem ser substancialmente mais elevados do que os da gaxeta de PTFE a temperaturas abaixo de 148,8°C e podem ser inaceitáveis em determinados tipos de aplicações (por exemplo, aplicações sem posicionadores da válvula de controle).

Conseqüentemente, é desejado prover um sistema de gaxeta carregado em operação, melhorado, com faixa de desempenho operacional melhorada, que possa aplicar uma tensão uniforme à gaxeta da haste da válvula, de modo que a tensão na gaxeta permaneça em um nível constante acima de uma pressão de processo durante a operação. Igualmente é desejado prover um sistema de gaxeta carregada em operação para reduzir o atrito da gaxeta para desempenho melhorado da válvula de controle, e desgaste de gaxeta reduzido, para manutenção melhorada. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em um exemplo de conjunto de gaxeta, um conjunto de vedação compreendendo um componente de vedação para prover uma vedação a fluido ao redor de uma haste da válvula e um componente anti- extrusão para impedir substancialmente a extrusão do componente de vedação sobre a haste da válvula, e um conjunto de carregamento para prover uma tensão na gaxeta predeterminada sobre o conjunto de vedação para acoplar a tensão na gaxeta entre o meio de carregamento e o conjunto de vedação. O conjunto de gaxeta inclui adicionalmente um retentor de gaxeta adaptado para receber pelo menos um dentre o conjunto de vedação e conjunto de carregamento e é configurado para acoplar o conjunto de vedação e o conjunto de carregamento ao conjunto da válvula de controle. O retentor de gaxeta inclui adicionalmente um ressalto para encaixar uma caixa de gaxeta dentro do conjunto da válvula de controle para controlar um conjunto de carregamento pré-carregado para prover uma tensão na gaxeta predeterminada para reduzir substancialmente o atrito da gaxeta e o desgaste da gaxeta, no conjunto da válvula de controle.

Em outro exemplo de conjunto de gaxeta, um conjunto de gaxeta de cartucho compreende um conjunto de vedação tendo um componente de vedação para prover uma vedação a fluido ao redor da haste da válvula e, pelo menos, um primeiro componente anti-extrusão para impedir substancialmente a extrusão do membro de vedação sobre a haste da válvula, e um conjunto de carregamento tendo um meio de carregamento para prover uma tensão na gaxeta predeterminada sobre o conjunto de vedação, e um componente de seguidor para acoplar o meio de carregamento ao conjunto de vedação. O conjunto de gaxeta compreende adicionalmente um retentor de gaxeta adaptado para ser disposto em uma caixa de gaxeta do conjunto da válvula de controle para receber o conjunto de vedação e o conjunto de carregamento e tendo um ressalto para encaixar o conjunto da válvula de controle para controlar a pré-carga do conjunto de carregamento, para prover uma tensão na gaxeta predeterminada, para reduzir substancialmente o atrito da gaxeta e o desgaste da gaxeta no conjunto da válvula de controle. O exemplo de retentor de gaxeta inclui adicionalmente um meio de ajuste para modificar a tensão na gaxeta, quando da instalação. DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

As características desta invenção que se acredita ser novas estão expostas com particularidade nas reivindicações anexas. A invenção pode ser mais bem compreendida com referência à descrição seguinte, considerada em conjunto com os desenhos anexos, onde numerais de referência iguais identificam elementos iguais nas diversas figuras, nas quais:

a FIG.l é uma representação gráfica da pressão de processo versus tensão axial na gaxeta para vários tipos de conjuntos de gaxeta;

a FIG. 2 é uma vista dividida, em seção transversal parcial, de um conjunto de gaxeta carregada em operação, de acordo com um exemplo de conjunto de gaxeta;

a FIG. 3 é uma vista dividida, em seção transversal parcial de um conjunto de gaxeta de cartucho carregada em operação, de acordo com um exemplo de conjunto de gaxeta; a FIG. 4 é uma vista dividida em seção transversal parcial de um conjunto de gaxeta de cartucho carregada em operação, de acordo com um exemplo de conjunto de gaxeta. DESCRIÇÃO DETALHADA 0 conjunto de gaxeta do exemplo usa uma pilha de anéis de

vedação e de anéis anti-extrusão para prover um conjunto de vedação a fluido de alta pressão ao redor de um eixo da válvula de controle. O conjunto de vedação pode ser caracterizado como segue: 1) um conjunto de carregamento, tal como uma pilha de mola Belleville, que provê tensão na gaxeta compatível com deslocamento suficiente para prover ajustes melhorados na gaxeta onde a tensão na gaxeta é exercida na mesmo direção que uma pressão de fluido exercida pelo líquido de processo; 2) um retentor de gaxeta arranjado para encaixar um conjunto de corpo da válvula de controle, ou conjunto de tampa, para eliminar substancialmente a necessidade de ajustar inicialmente a tensão na gaxeta para superar ou deslocar a pressão de processo provendo, desse modo, vedação ambiental com atrito reduzido e desgaste do conjunto de gaxeta reduzido; 3) um conjunto de vedação com arruelas e anéis anti- extrusão que reduza substancialmente o desgaste do eixo e/ou da vedação da válvula durante a operação; e 4) um conjunto de vedação de cartucho que melhore substancialmente o reparo ou a reposição do conjunto de gaxeta. O conjunto de gaxeta melhorado provê um meio de custo compensador para prover tensão na gaxeta que "rastreia" a pressão de processo provendo uma tensão na gaxeta constante que esteja acima de uma tensão na gaxeta resultante de uma pressão de processo, para permitir que a gaxeta opere na tensão aceitável mais baixa, minimizando, desse modo, o atrito e maximizando a vida da gaxeta. O rastreamento da pressão de processo será descrito abaixo em maior detalhe.

Em um primeiro exemplo de conjunto de gaxeta ilustrado na FIG. 2, uma secção transversal parcialmente dividida, mostra o conjunto de gaxeta 100 descarregado ou sem tensão na metade esquerda do plano, e carregado ou pressionado na metade direita do plano. Deveria ser compreendido por alguém perito na técnica, como exemplo, o conjunto de gaxeta aqui descrito em relação a um conjunto de tampa 190; entretanto, esta descrição não pretende limitar o conjunto de gaxeta do exemplo a estas aplicações específicas. Por exemplo, o conjunto de gaxeta do exemplo poderia ser instalado diretamente dentro de uma caixa de gaxeta dentro de uma válvula de controle, ou de um conjunto de atuador, sem fugir do espírito e do escopo da invenção.

Como descrito previamente, muitas aplicações de válvula de

controle exigem um vedação ambiental ao redor de uma haste da válvula para impedir vazamentos de fluido de processo na atmosfera circunvizinha. Adicionalmente, muitos conjuntos de gaxeta convencionais são instalados a partir do lado de fora da válvula de controle (isto é, o lado de topo ou o lado da pressão atmosférica externa do corpo da válvula de controle) e é geralmente carregado ou pressionado a partir do lado de fora. Este tipo de configuração de gaxeta é pressionado por uma força em oposição à força gerada por uma pressão de processo que freqüentemente resulta em tensões iniciais na gaxeta que excedem uma quantidade necessária para criar a vedação ambiental, o que pode degradar o desempenho da válvula de controle, como descrito abaixo.

No presente exemplo, um conjunto de gaxeta 100, para prover uma vedação a fluido ambiental, é mostrado instalado em um conjunto de tampa 190 como um conjunto de gaxeta instalado internamente (ou seja, instalado em relação ao lado interno ou o lado da pressão do corpo da válvula de controle), carregado pelo fundo. Especificamente, o conjunto de gaxeta 100 é posicionado dentro de uma caixa de gaxeta 180 do conjunto de tampa 190, e recebe uma haste da válvula 115 através de um furo transpassante 186 que se estende através do conjunto de gaxeta 100 e para dentro do lado de dentro da válvula de controle que conecta a um dispositivo de controle de fluido (não mostrado), como um tampão de válvula, para controlar o fluxo um fluido através da válvula de controle. A caixa de gaxeta 180 do conjunto de tampa 190 é constituída de três furos substancialmente concêntricos 137, 138 e 139 para acomodar a haste da válvula 115 e o conjunto de gaxeta 100. Um primeiro furo é um furo de espaçamento externo 137 para a haste da válvula 115 para permitir movimentação ao longo de uma direção axial, Z, para acoplar o movimento desejado da haste da válvula ao tampão da válvula para controlar o fluxo de fluido dentro de uma válvula. Provendo-se um espaçamento para a haste da válvula evita-se contato com a haste da válvula 115, que pode resultar em vazamentos, movendo a porção danificada da haste através do conjunto de gaxeta 120. Um segundo furo dentro do conjunto de tampa 190 é um furo de gaxeta 138 provido para alojar um conjunto de gaxeta 120 que provê o mecanismo de vedação do conjunto de gaxeta 100. O furo de gaxeta 138 é definido por uma parede 142 que termina em um ressalto do furo de gaxeta 143 sobre o lado de fora do conjunto de tampa 190 para prover uma superfície de assentamento para o conjunto de gaxeta 120. Um terceiro furo, relativamente maior do que o furo de espaçamento externo 137 e o furo de gaxeta 138 é um furo de retentor 139 configurado para encaixar um retentor de gaxeta 155 para prover uma tensão pré-ajustada na gaxeta, como explicado abaixo em maior detalhe.

O conjunto de gaxeta 120 é constituído de um anel de vedação único 125 e dois anéis de vedação anti-extrusão 123 e 127 referido geralmente como um conjunto de gaxeta tipo anel-V. Como mostrado na FIG. 2, o conjunto de gaxeta do exemplo 120 inclui um anel adaptador superior fêmea 123; um anel de vedação médio 125; e um anel adaptador inferior macho 127, colocados em contato íntimo ao redor da circunferência da haste da válvula 115. Um perito na técnica pode apreciar que várias combinações de anéis-V poderiam igualmente ser usadas para conseguir uma vedação ambiental (por exemplo, cinco ou sete conjuntos de anéis-V). Os anéis de gaxeta tipo anel-V 123, 125 e 127 podem ser formados de politetrafluoroetileno (PTFE), conhecidos como gaxeta de PTFE tipo V, disponível de John H. Crane Company de Morton Grove, Illinois. Gaxetas formadas apropriadamente de outro material, ou de outros polímeros de resina sintética, podem igualmente ser usadas. Adicionalmente, os anéis adaptadores 123 e 127 podem ser carregados de carbono para prover maior rigidez sob a carga o que pode criar uma vedação melhorada, como descrito abaixo.

A gaxeta de anel-V é preferida porque sob tensão axial na gaxeta a secção transversal em forma de V cria inerentemente uma carga radial expandindo o conjunto de gaxeta para criar uma vedação melhorada. Em outras palavras, sob uma carga, os anéis-V 123, 125 e 127 são comprimidos axialmente, o que força uma expansão radial associada do anel de vedação médio 125 tanto na haste da válvula 115 como no furo de gaxeta 138 quando as superfícies de acasalamento em forma de V são conduzidas uma para a outra. De preferência, uma vez que cada anel adaptador é relativamente menos conformável do que o anel de vedação médio, concentrando, desse modo, a tensão de gaxeta no anel médio para prover a vedação a fluido

Em temperaturas e/ou em pressões elevadas, os anéis de

gaxeta de anel-V de PTFE, podem extrusar (isto é, distorcer a forma original ao longo de um trajeto como o furo de espaçamento 136, longe do anel de vedação 125) resultando em uma perda de volume contido de gaxeta. A "mudança de lugar" da gaxeta pode produzir uma perda subseqüente de volume de gaxeta dentro do conjunto de gaxeta produzindo uma redução na tensão associada na gaxeta, que pode fazer com que a gaxeta vaze. Para impedir esta extrusão, o conjunto de gaxeta usa duas arruelas anti-extrusão 132 e 133 posicionadas sobre um lado externo e interno do conjunto de gaxeta 120, como mostrado na FIG. 2. Ambas as arruelas anti-extrusão 132 e 133 são caracterizadas como geralmente não-compressíveis (por exemplo, as arruelas não comprimem substancialmente em uma direção axial, nem se expandem em uma direção radial) sob a tensão na gaxeta exercida para formar a vedação a fluido.

Conseqüentemente, as arruelas anti-extrusão superiores 132

casam com o ressalto do furo de gaxeta 143 para impedir a extrusão através do furo de espaçamento 136 sobre o lado externo do corpo da válvula e as arruelas anti-extrusão inferiores 133 casam com um espaçador 141 para impedir a extrusão após o espaçador 141, em direção ao lado interno da haste da válvula 115. Ambos os anéis anti-extrusão fazem, igualmente, contato com a parede do furo de gaxeta 142, para conter o anel de vedação dentro do furo de gaxeta 138. Um perito na técnica deveria igualmente apreciar que a arruela anti-extrusão inferior 133 pode ser removida do conjunto de gaxeta 120 sem degradar substancialmente o desempenho anti-extrusão do conjunto de gaxeta 120. Ou seja, acredita-se que o carregamento pelo fundo do conjunto de gaxeta, como descrito abaixo, somado a uma força direcionada do lado de fora, provida pela pressão de processo (mostrada como o vetor P, na FIG. 2), pode produzir a extrusão apenas para o lado de fora do conjunto de tampa 190.

Cada arruela da anti-extrusão é formada de um material de

composição, uma de PTFE carregado tendo o carregador selecionado dentre pelo menos um dos seguintes: grafita, carbono, sílica ou sulfato de bário que está disponível comercialmente como Gylon®, da Garlock Sealing Technologies de Palmyra, New York. As arruelas anti-extrusão são formadas geralmente de um material que é suficientemente duro, em relação aos anéis de gaxeta, para impedir a extrusão. Tem sido observado que um material comum de arruela anti-extrusão, como o material Gylon® 3510, pode causar o desgaste da haste da válvula em determinadas aplicações da válvula de controle de alto ciclo (por exemplo, aplicações acumulando um grande número de ciclos, como 25.000 ciclos).

Sabe-se que o Gylon 3510 é um material de compósito feito de PTFE contendo o mineral sulfato de bário (ou seja, substancialmente o mineral barita). Em aplicações de alto ciclo, o sulfato de bário pode realmente causar desgaste microscópico da haste que pode degradar o desempenho da gaxeta. O sulfato de bário é conhecido como tendo uma dureza de aproximadamente 3 na escala de dureza de Mohs (HM), que é aproximadamente 19 na escala de dureza Rockwell C (HRC). As hastes da válvula são feitas geralmente de S31600 que é conhecido como tendo uma dureza de aproximadamente 25 HRC. Acredita-se que o carregador mineral pode ter dureza suficiente para induzir o desgaste gradual ou abrasão sobre a haste, o que pode causar degradação da gaxeta, na operação. Isto pode ser devido às arruelas anti-extrusão estarem substancialmente adjacentes aos anéis de vedação da gaxeta de PTFE, de modo que a abrasão da haste causada pelas arruelas anti-extrusão será posicionada para contato freqüente com o anel de gaxeta de PTFE durante a o curso da válvula, provocando, desse modo, superfícies ásperas sobre a porção de vedação da haste. As superfícies erodidas aumentam a taxa de desgaste dos anéis de vedação da gaxeta o que pode produzir vazamentos indesejáveis que exijam manutenção e reparo. Inversamente, se esta abrasão puder ser substancialmente

reduzida, a vida útil do conjunto de gaxeta poderia ser substancialmente aumentada. No presente exemplo de conjunto de gaxeta, cada anel anti- extrusão é formado preferivelmente de um material de compósito de PTFE carregado, tendo carregador de bissulfeto de molibdênio e polímero reforçado polieteretercetona (PEEK), conhecido como TCM® Ultra, disponibilizado por Fisher Controls International. Referência adicional ao material de compósito pode ser feita ao material de vedação descrito na patente U. S. 5.823.540, adjudicada ao presente cessionário, e aqui expressamente incorporada pela referência. Espera-se que o material de carregamento substancialmente menos abrasivo TCM Ultra (ou seja, a dureza do sulfeto de molibdênio é aproximadamente 1 HM) aumente a vida de ciclo do conjunto de gaxeta do exemplo e também possa estender a faixa de temperatura de aproximadamente 232,2°C a 260°C. Adicionalmente, os anéis anti-extrusão feitos de TCM Ultra podem ser formados por um processo convencional de moldagem que é substancialmente mais barato do que o processo de estampagem por corte e punção usado para fazer as partes típicas de Gylon 3510.

Como explicado previamente, para formar uma vedação a fluido, o anel de vedação 125 deve ser expandido radialmente para dentro da haste da válvula 115 e do furo de gaxeta 138. No conjunto de gaxeta do exemplo 100, a tensão axial na gaxeta é transmitida através do espaçador, substancialmente não-compressível 141, a partir de um conjunto de carregamento 140. O espaçador 141 é feito geralmente de S31600 e faz contato íntimo com a parede 142 do furo de gaxeta 138. Um furo de espaçamento é provido para receber a haste da válvula 115 sem erodir a superfície da haste e para prolongar a vida da gaxeta. A tensão axial da gaxeta é gerada a partir de uma força de carregamento (mostrada como o vetor L, na FIG. 2) pelo conjunto de carregamento 140 do conjunto de gaxeta do exemplo 100. O conjunto de carregamento 140 é constituído preferivelmente de uma pilha de molas Belleville, mas alguém perito na técnica compreenderá que outros dispositivos de mola podem ser contemplados, contanto que o dispositivo de mola possa suprir uma quantidade apropriada de tensão na gaxeta predeterminada, sobre a faixa desejada de deslocamento. Por exemplo, pode ser usada uma mola espiral, mas a taxa de mola geralmente mais baixa de uma mola espiral pode exigir um volume significativamente maior da caixa de gaxeta para acomodar o conjunto, o que pode aumentar o custo da válvula de controle e criar problemas de montagem e instalação.

Ao contrário das molas Belleville convencionais, o conjunto de carregamento 140, do conjunto da gaxeta do exemplo 100, usa molas Belleville de disco que têm uma taxa de mola relativamente menor e um deslocamento ou uma compressão mais longo, como descrito abaixo em maior detalhe. O conjunto de carregamento 140 é retido e comprimido por um retentor de gaxeta 155 que é configurado para ser acoplado ao corpo da válvula de controle (não mostrado) a partir do lado de dentro. O retentor de gaxeta 155 é formado em uma forma geralmente cilíndrica tendo uma cavidade substancialmente cilíndrica formando um furo de conjunto de carregamento 165, para receber o conjunto de carregamento 140, e um segundo furo de retentor 170, para receber a haste da válvula 115 e/ou um mancai de munhão 175. Em determinadas aplicações; o mancai de munhão pode prover o direcionamento da haste da válvula 115 através do conjunto de gaxeta 100. Para reter o mancai de munhão, o mancai de munhão 175 pode incluir um lábio de encaixe 182 formado para encaixar uma borda chanfrada 183 do retentor de gaxeta 155, e sendo presa em posição pela compressão das molas Belleville do conjunto de carregamento 140.

Uma configuração deste tipo, para comprimir o conjunto de carregamento 140, está mostrada na FIG. 2 do modo de realização do exemplo, com roscas de acasalamento externas 185 que encaixam uma rosca correspondente 151 em uma porção do furo de retentor 139. Um perito na técnica apreciaria que outros métodos podem ser contemplados como em um projeto de grampeamento. Alternativamente, em aplicações onde o direcionamento da haste da válvula não é exigido, o mancai de munhão pode ser removido e a haste da válvula 115 passa através do furo de espaçamento 170 sem fazer qualquer contato, preservando desse modo o revestimento da superfície da haste da válvula 115. Um perito na técnica deveria apreciar que o mecanismo de retenção e instalação do conjunto da gaxeta do exemplo, pode reduzir significativamente a instalação e o ajuste do conjunto de gaxeta.

Conjuntos de gaxeta carregada em operação convencionais têm geralmente o que é conhecido como uma questão de comparação de tolerância. Isto ocorre quando os componentes do conjunto de gaxeta e o corpo da válvula de controle sobrepujam o deslocamento ou a compressão da pilha de molas Belleville, de modo que os ajustes do conjunto de gaxeta pré- carregado devem ser ajustados com precisão, como explicado previamente. Geralmente, isto exige um operador para instalar o conjunto de gaxeta dentro do corpo da válvula de controle, ou conjunto de tampa, e para subseqüentemente apertar a gaxeta até que o ajuste "se esgote" (ou seja, não há nenhum ajuste restante). O operador deve subseqüentemente afrouxar o mecanismo de ajuste do conjunto de gaxeta por um número preciso de rotações, dependendo da aplicação, para ajustar a gaxeta o nível de tensão desejada.

Para evitar esta questão, o retentor do exemplo 155 inclui um ressalto de retentor 168, como mostrado, que contata uma superfície de acasalamento do furo de retentor 166 quando o retentor 155 é rosqueado no furo de retentor 139 do conjunto de tampa 190, para pré-ajustar a tensão na gaxeta. Ou seja, o ressalto de retenção 168 e a dimensão do furo do conjunto de carregamento 165 são predeterminados para pré-carregar, com precisão, o conjunto de gaxeta 120, quando o retentor 155 é rosqueado apertadamente no conjunto de tampa 190. Por exemplo, no presente exemplo, o conjunto de gaxeta 100 usa dimensões controladas para ajustar a tensão e cinco molas Belleville de deslocamento mais longo para aumentar a comparação de tolerância da fabricação que pode ser de até ± 0,3 8 Imm Adicionalmente o retentor de gaxeta 155 pode ter uma superfície externa 178 formada para aceitar um soquete padrão, como uma secção transversal sextavada, para prover um método conveniente para apertar o retentor 155 no conjunto da tampa 190.

Deveria ser apreciado por alguém perito na técnica que as taxas de mola menores podem ser derivadas de molas Belleville de disco mais delgados. Assim, mesmo que as molas Belleville tenham uma taxa de mola relativamente menor quando comparadas aos conjuntos convencionais de gaxeta, a faixa do deslocamento mais longa, em combinação com a taxa da mola menor, provê a tensão adequada na gaxeta sob uma compressão ou carga predeterminada para prover uma vedação ambiental com atrito mínimo. Por exemplo, no presente conjunto de gaxeta carregado pelo fundo, uma pilha de molas Belleville pode suprir uma tensão na gaxeta de aproximadamente 3,1 OMPa que pode resultar em uma vedação ambiental em uma válvula como a Fisher Controls Design D2 de. Assim, quando a gaxeta é apertada, o retentor da gaxeta se esgota sobre uma superfície de acasalamento no conjunto de tampa, criando a quantidade desejada de tensão inicial na gaxeta. Mais significativo, devido ao conjunto carregado pelo fundo, quando a pressão de processo aumenta, a tensão na gaxeta, da gaxeta carregada pelo fundo, do exemplo, permanece acima da pressão de processo por uma quantidade igual à tensão inicial na gaxeta (ou seja, a força do conjunto de carregamento não está em oposição à força criada pela pressão de processo). Com este projeto, a tensão inicial na gaxeta pode ser selecionada para prover as características de desempenho desejadas para a aplicação.

Como um exemplo, para criar uma vedação ambiental com o presente exemplo de conjunto de gaxeta que tem tensão na gaxeta de 10,34MPa, sob condições de processo de 5,17MPa, apenas é exigido 5,17MPa de tensão na gaxeta. Esta é uma redução significativa na tensão na gaxeta em comparação à gaxeta carregada em operação de anel-V duplo convencional, tensão na gaxeta de 10,34MPa, que pode exigir uma tensão inicial na gaxeta de 10,34MPa. Em outras palavras, o conjunto de gaxeta carregado pelo fundo provê uma tensão na gaxeta que permite uma tensão na gaxeta constante, acima da tensão provida pelas condições de processo prevalecentes. Ou seja, a tensão na gaxeta do conjunto de gaxeta do exemplo "rastreia" a pressão de processo com uma margem de tensão na gaxeta da gaxeta que é substancialmente igual à tensão inicial na gaxeta e está constantemente presente, de modo que a tensão mínima na gaxeta será substancialmente igual à tensão inicial na gaxeta, como mostrado na FIG. 1, como a tensão na gaxeta E.

Alternativamente, em aplicações de processo produzindo

pressões de processo de 6,89MPa, o conjunto de gaxeta do exemplo 100 pode usar uma tensão inicial na gaxeta de 3,45MPa para conseguir uma tensão na gaxeta de 10,34MPa para uma vedação ambiental. A tensão na gaxeta menor do conjunto de gaxeta do exemplo 100 pode reduzir o desgaste e o atrito da gaxeta para melhorar o desempenho geral da válvula de controle e para reduzir as despesas de manutenção. Deveria ser notado e apreciado por um perito na técnica, que o conjunto de gaxeta do exemplo manterá uma vedação ambiental adequada quando operada em um serviço de vácuo. Ou seja, a tensão inicial na gaxeta pode ser ajustada de modo que sob condições de operação extraindo um vácuo (por exemplo, -0,10MPa) as condições de pressão sejam uma porcentagem relativamente não substancial da tensão total na gaxeta, exercida sobre o conjunto da gaxeta.

Um exemplo alternativo do conjunto de gaxeta está ilustrado na FIG. 3. Este tipo de conjunto de gaxeta pode ser instalado no corpo de uma válvula de controle, como uma válvula globo convencional de haste deslizante, e pode ser definido como um conjunto de gaxeta instalado do lado de fora, carregado pelo fundo. Ou seja, o conjunto de gaxeta pode ser instalado a partir do lado externo da válvula de controle e, como tal, é apropriado tanto para aplicações novas da instalação, como para aplicações de reparo. Adicionalmente, a vista parcialmente dividida em seção transversal ilustrada na FIG. 3, mostra um conjunto de gaxeta de cartucho não-ajustável na metade esquerda do plano, e um conjunto de gaxeta de cartucho ajustável no lado direito do plano. A elementos similares foram dados os mesmos numerais de referência. O conjunto de gaxeta de cartucho 200 é similar ao conjunto de gaxeta do exemplo precedente por incluir um furo transpassante de conjunto 236 que recebe uma haste da válvula 215 que se conecta a um tampão de válvula interno (não mostrado) para controlar o fluido através da válvula de controle. 200 é instalado em uma caixa de gaxeta 280 no lado externo de um corpo da válvula de controle 290 e constituído de dois furos substancialmente concêntricos, como mostrado. O primeiro furo é um furo de gaxeta 238 que aloja o conjunto de gaxeta de cartucho 200 e é constituído de uma parede interna 239 terminando em um ressalto de borda chanfrada 286 que separa geralmente o trajeto principal do fluxo de fluido (não mostrado) no lado da pressão da válvula de controle do furo de gaxeta 238. O segundo furo é um furo de espaçamento 270 para a haste de válvula 215 para permitir que a haste de válvula 215 se mova ao longo de um eixo longitudinal Ζ, o espaçamento entre a haste da válvula e as paredes do segundo furo sendo provido para impedir a abrasão da haste. O conjunto de gaxeta de cartucho 200 é retido dentro da caixa de gaxeta 280 por um flange de gaxeta 228 tendo uma secção transversal geralmente em forma de T que provê uma superfície de acasalamento de flange 272 para acoplar à válvula de controle sobre uma superfície superior 273.

No conjunto de gaxeta de cartucho não-ajustável mostrado na metade esquerda do plano na FIG. 3, um flange de gaxeta 228 inclui uma porção inferior substancialmente cilíndrica 229 e tem um primeiro furo 236 para colocar a haste de válvula 215 através dele, como mostrado. Um furo de espaçamento é provido ao redor da haste da válvula 215 para eliminar substancialmente a abrasão da haste do flange de gaxeta 228. Um retentor de gaxeta 255 é posicionado dentro da caixa de gaxeta 280 e adaptado para receber a porção inferior 229 do flange de gaxeta 228 dentro de um furo de gaxeta 242 para prover uma dimensão de superfície controlada. Esta dimensão de superfície será usada para comprimir um conjunto de gaxeta 220 para produzir uma tensão na gaxeta predeterminada e será descrita abaixo em maior detalhe. Como mostrado, o flange de gaxeta 228 acopla ao corpo da válvula de controle 290 com fixadores 275 que passam através dos furos de espaçamento 274 e encaixam uma porção rosqueada interna 276 do corpo da válvula 290. Outros métodos podem ser empregados, como os métodos de grampeamento conhecidos daqueles peritos na técnica. Os componentes de vedação do conjunto de gaxeta de cartucho do exemplo 200 são similares aos do conjunto de gaxeta instalado no interior, previamente descrito.

Como mostrado na FIG. 3, o conjunto de gaxeta 220 é constituído de um único anel de vedação 225 e dois anéis anti-extrusão 223 e 227. Os materiais de construção são substancialmente similares àqueles descritos previamente para componentes semelhantes. Adicionalmente, para impedir a extrusão, o conjunto de gaxeta 220 também usa duas arruelas anti- extrusão 232 e 233 posicionadas sobre um lado externo e interno do conjunto de gaxeta 220, como mostrado na FIG. 3. Como explicado previamente, para formar uma vedação a fluido o anel de vedação 225 deve ser expandido radialmente para dentro da haste da válvula 215 e furo de gaxeta 238. No conjunto de gaxeta do exemplo 200, uma força de carregamento axial é transmitida através do espaçador substancialmente não-compressível 241 a partir de um conjunto de carregamento 240, constituído preferivelmente de uma pilha de molas Belleville como descrito previamente. Um perito na técnica deveria apreciar que o presente conjunto de gaxeta do exemplo 200 pode também incluir um mancai de munhão (não mostrado), como uma luva guia, disposto no furo de espaçamento 270, para reduzir substancialmente os efeitos de quaisquer cargas laterais exercidas por fluidos de processo turbulentos ou desalinhamento do atuador.

Para o arranjo não-ajustável mostrado na metade esquerda do plano na FIG. 3, deve ser compreendido por alguém perito na técnica, que uma tensão na gaxeta predeterminada é estabelecida por uma distância controlada entre uma superfície de topo de um ressalto de retentor 268 e uma superfície de assentamento 265, para o conjunto de carregamento 240, e o comprimento da porção de cilindro 229 do flange 228, em relação à superfície de acasalamento do flange 272. Como previamente explicado, os conjuntos de gaxeta carregada em operação convencionais têm, geralmente, uma comparação de tolerância dentro dos componentes do conjunto de válvula de controle que podem sobrepujar o deslocamento ou compressão da pilha de molas Belleville.

Completamente o oposto, o conjunto de gaxeta do exemplo 200 provê uma comparação de tolerância em relação a apenas duas dimensões controladas. Como tal, a distância controlada entre o ressalto de retentor 268; a superfície de assentamento 265; e a porção cilíndrica 229 do flange 228, assegura uma carga de mola Belleville exata. Ou seja, a carga é determinada controlando-se a profundidade da caixa de gaxeta dentro da luva, em vez da profundidade do furo de válvula original. Além disso, o conjunto de gaxeta do exemplo 200, na metade esquerda do plano, melhora substancialmente o processo de reparo ou recondicionamento para válvulas existentes, retornando o furo da caixa de gaxeta a uma nova condição, "encamisando" o furo velho com o novo retentor 255. O novo retentor 255 pode prover resistência à corrosão melhorada sendo feito de um metal ou liga resistente à corrosão, como S31600 ou polímeros similares, termalmente estáveis, resistentes à corrosão, incluindo PEEK. De fato, o retentor de gaxeta 255 pode ser usado em uma caixa de gaxeta 28o onde a caixa de gaxeta pode ser furada em excesso ou danificada de outra maneira usando-se um componente de vedação, como um anel-0 293, ou similar, posicionado dentro de um rebaixo anular 294, para vedar eficazmente entre o retentor de gaxeta 255 e o furo de gaxeta 238. Alternativamente, a vista parcialmente dividida em seção transversal ilustrada na metade direita do plano na FIG. 3, mostra um conjunto de gaxeta de cartucho ajustável, na metade direita do plano, como descrito abaixo. Ou seja, em determinadas aplicações, os ajustes da tensão na gaxeta podem ser desejáveis (por exemplo, conjuntos de gaxeta desgastados que exijam tensão adicional na gaxeta para assegurar uma vedação ambiental).

Controlando com precisão a compressão da mola Belleville e, desse modo, controlando com precisão a tensão na gaxeta, o desempenho da gaxeta pode ser significativamente melhorado e a variabilidade pode ser significativamente reduzida comparada à gaxeta tradicional ajustada externamente. Entretanto, baseado na instalação inicial, depois que a gaxeta tiver alcançado o término de sua vida útil, há igualmente a necessidade de corrigir vazamentos da gaxeta causados por desgaste da gaxeta. Tipicamente, a gaxeta deve ser apertada para parar o vazamento da gaxeta até que a manutenção possa ser programada para substituir o conjunto de gaxeta. Isto pode ser realizado por um parafuso de ajuste não vedado 291 que encaixe com o retentor 255 para mover o conjunto de gaxeta 220 ao longo de uma direção axial. Deveria ser apreciado por alguém perito na técnica que o parafuso de ajuste 291 não precisa ser vedado porque o meio de ajuste é externo à vedação a fluido criada pelo conjunto de gaxeta 220. O parafuso de ajuste 291 é um mecanismo adicional para ajustar a tensão na gaxeta a uma tensão desejada maior do que aquela determinada pelo comprimento de encaixe predeterminado da porção inferior do cilindro 229 do flange de gaxeta 228, similar ao conjunto de gaxeta não-ajustável descrito previamente. Ou seja, um espaçador suplementar 241 posicionado sobre o lado de fora do conjunto de gaxeta 220, pode ser direcionado para o conjunto de gaxeta 220 para comprimir ainda mais o anel de vedação 225 e aumentar a tensão na gaxeta.

Adicionalmente, alguém perito na técnica pode igualmente apreciar que um anel sextavado anular (não mostrado) também poderia ser usado para ajustar e aplicar uma tensão na gaxeta. Deveria também ser apreciado que o parafuso de ajuste pode ser projetado para se deslocar mais do que as molas Belleville, dando ao pessoal da manutenção a capacidade de aplicar uma tensão muito alta na gaxeta, se necessário. Por exemplo, esta tensão poderia ser necessária para reduzir suficientemente o vazamento de gaxeta severamente desgastada.

Um exemplo de conjunto de gaxeta de cartucho alternativo

está ilustrado no FIG. 4. Este tipo de conjunto de gaxeta de cartucho também pode ser instalado no corpo de uma válvula de controle, como uma válvula globo convencional de haste deslizante, e pode ser descrito como um conjunto de gaxeta instalada por fora, carregada pelo fundo. O conjunto de gaxeta de cartucho 300 é similar ao conjunto de gaxeta do exemplo precedente por facilitar o reparo de válvulas de controle existentes e prover um meio de ajuste alternativo. Neste modo de realização, a tensão na gaxeta é aplicada na mesma direção que a pressão de processo, como descrito previamente. O conjunto de gaxeta de cartucho do exemplo 300 é instalado em uma caixa de gaxeta do lado de fora 380 de um corpo da válvula de controle 390. O conjunto de gaxeta de cartucho 300 compreende um flange de gaxeta 328 e um retentor 355 que formam uma caixa de gaxeta de cartucho 383 consistindo de dois furos substancialmente concêntricos 352 e 338. O primeiro fiiro é um furo de gaxeta 352 formado dentro do flange de gaxeta 328 e é constituído da parede externa 354 terminando em um ressalto 353. O segundo furo é um furo de retentor 338 adaptado para receber a parede externa 354 do flange de gaxeta 328. A caixa de gaxeta de cartucho 383 forma um volume contido para alojar um conjunto de gaxeta 320, um espaçador escalonado 341 e um conjunto de carregamento 340, como descrito abaixo. Deveria ser apreciado por alguém perito na técnica que o espaçador escalonado 341 executa substancialmente a mesma função, neste presente exemplo de conjunto, como descrito previamente. Ou seja, o espaçador escalonado 341 transmite a tensão na gaxeta a partir do conjunto de carregamento 340 através da sustentação de um conjunto de retentor 355. Similar ao exemplo de conjunto de gaxeta precedente, o conjunto de gaxeta de cartucho 300, o furo de retentor 338 termina em um ressalto 365 para suportar o conjunto de carregamento e acoplar a força do conjunto do carregamento ao conjunto de gaxeta 320. O conjunto de gaxeta 320 e o retentor 355 são retidos dentro do corpo da válvula de controle 390 pelo flange de gaxeta 328 de um modo descrito previamente, com fixadores 375 que passam através dos furos de espaçamento 372 e encaixam uma porção interna rosqueada 376 do corpo de válvula 390. O flange da gaxeta 328 também inclui um rebaixo anular 393 e uma gaxeta plana 394, ou dispositivo de vedação similar, para criar uma vedação do flange para impedir vazamentos de alta pressão além do conjunto de gaxeta de cartucho 320. O presente exemplo pode ser usado como um arranjo não-ajustável mostrado quando a tensão predeterminada da gaxeta for baseada em uma limitação da força de carregamento definida por uma distância controlada entre um ressalto de retentor 368 que contata a superfície superior do corpo de válvula 325; uma superfície de assentamento 365 para o conjunto de carregamento 340; e uma profundidade da inserção de uma porção cilíndrica 329 do flange de gaxeta 328 em relação à superfície superior do corpo de válvula 325. O flange de gaxeta 328 também pode prover um meio de ajuste para prover tensão adicional na gaxeta em alguma nova ou em reparo, como descrito abaixo em detalhe.

Os componentes de vedação do conjunto de gaxeta de cartucho do exemplo 320 são similares ao do conjunto de gaxeta instalado por fora previamente descrito. Ou seja, o conjunto de gaxeta 320 é constituído de um único anel de vedação 325 e dois anéis anti-extrusão 323 e 327. Os materiais de construção e o funcionamento destes componentes são substancialmente similares àqueles descritos anteriormente para componentes semelhantes nos exemplos de conjuntos de gaxeta prévios. O conjunto de gaxeta 320 também usa duas arruelas anti-extrusão 332 e 333 posicionadas sobre um lado externo e interno do conjunto de gaxeta 320, como mostrado na FIG. 4.

O retentor 355 do conjunto de gaxeta de cartucho 300 é formado de forma geralmente cilíndrica tendo dois furos retentores concêntricos. Como ilustrado na FIG. 4, o furo de retentor 338 é adaptado para receber uma porção do flange de gaxeta 328, o conjunto de carregamento 340, e uma porção do espaçador escalonado 341. Um segundo furo 370 é adaptado para receber a haste da válvula 315 e para prover geralmente um furo de espaçamento para receber a haste da válvula 315, que não erodirá a superfície da haste de válvula 315, o que pode causar a degradação da gaxeta e vazamentos de fluido. Um perito na técnica deveria apreciar que o presente conjunto da gaxeta do exemplo 300, também pode incluir um mancai de munhão (não mostrado), como uma luva guia similar ao do conjunto de gaxeta do exemplo precedente, para reduzir substancialmente os efeitos de quaisquer cargas laterais exercidas por fluidos de processo turbulentos ou por desalinhamento do atuador.

O conjunto de gaxeta de cartucho do exemplo 320 na FIG. 4 também inclui um meio de ajuste para controlar a pré-carga da mola Belleville, ou tensão na gaxeta, dentro do conjunto de gaxeta 320. Como mostrado na FIG.3, um parafuso vedado de ajuste 391 é acoplado operacionalmente ao retentor 355 para mover o retentor 355 ao longo de uma direção axial, em direção/para longe do lado de fora do corpo da válvula de controle 390. Deveria ser apreciado por um perito na técnica que o parafuso de ajuste 391 pode ser vedado por vários métodos, como um anel-O 392, ou similar, como mostrado na FIG.3. No presente exemplo de conjunto de gaxeta de cartucho 300, o ajuste da tensão na gaxeta resulta na rotação do parafuso de ajuste 391 em uma direção no sentido horário ou anti-horário, dependendo da tensão na gaxeta ter que ser aumentada ou reduzida. Ou seja, o retentor 355 pode ser adiantado em direção ao lado externo do corpo da válvula de controle 390 para comprimir ainda mais o conjunto de carregamento para aumentar a tensão na gaxeta, como desejado. O conjunto de gaxeta do exemplo 300 inclui igualmente um limitador de ajuste.

O retentor 355 pode se deslocar em direção ao lado externo do conjunto da gaxeta até que a superfície superior 356 do conjunto de retentor 355 contate a superfície 397 do limitador de flange 328. Um limitador de ajuste alternativo também pode ser arranjado dentro do espaçador escalonado 341. Por exemplo, uma porção superior 343 do espaçador escalonado 341 sendo configurada para cooperar com o furo da gaxeta de flange 352 de modo que a porção superior possa ser recebida dentro do furo da gaxeta de flange 352 quando a tensão na gaxeta é ajustada. O espaçador escalonado 341 pode adicionalmente ser configurado de modo que uma porção inferior 344 possa encaixar um ressalto do furo de gaxeta 353 para limitar o deslocamento do espaçador escalonado para assegurar uma tensão mínima na gaxeta para prover uma vedação ambiental, ou que possa ser indicativa de que o conjunto de gaxeta 320 deveria ser substituído se uma vedação não puder ser mantida.

Embora tenham sido mostrados e descritos os que são considerados presentemente os modos de realização preferido da presente invenção, será óbvio àqueles peritos na técnica que várias mudanças e modificações podem ser feitas neles sem fugir do escopo da invenção como definida pelas reivindicações anexas. Por exemplo, alguém perito na técnica deveria apreciar que os presentes modos de realização também podem ser usados com um conjunto de gaxeta que não tenha seção transversal no estilo anel-V como uma gaxeta de fita formada por estampagem ou uma gaxeta do tipo corda trançada. Embora certos aparelhos, métodos, e artigos de fabricação tenham sido aqui descritos, o escopo de cobertura desta patente não está limitado a eles. Pelo contrário, esta patente cobre qualquer aparelho, métodos, e artigos de fabricação que caem razoavelmente dentro do escopo das reivindicações anexas literalmente ou sob a doutrina dos equivalentes.

Claims

1. Conjunto de gaxeta de válvula para um conjunto de válvula de controle, caracterizado pelo fato de compreender: um conjunto de vedação para prover uma vedação a fluido ao redor de uma haste de válvula; e um conjunto de carregamento tendo um meio de carregamento adaptado para prover uma força de carregamento para exercer uma tensão na gaxeta sobre o conjunto de vedação, de modo que a força de carregamento proveja uma tensão na gaxeta predeterminada, suplementar a uma tensão na gaxeta de processo resultante de uma pressão de processo dentro do conjunto de válvula de controle.

2. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da força do conjunto de carregamento estar na mesma direção que uma força de processo gerada pela pressão de processo.

3. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender um retentor de gaxeta tendo um furo de gaxeta recebendo o conjunto de carregamento sobre uma superfície de assentamento e sendo configurada para acoplar o conjunto de vedação e o conjunto de carregamento ao conjunto de válvula de controle.

4. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato do retentor de gaxeta incluir um comprimento predeterminado entre pelo menos um ressalto de retentor e a superfície de assentamento para controlar uma força de carregamento que define uma tensão na gaxeta predeterminada.

5. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender um componente anti-extrusão para impedir, substancialmente, a extrusão de um componente de vedação do conjunto de vedação ao redor da haste de válvula.

6. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender um espaçador para transferir a tensão na gaxeta a partir do meio de carregamento para o conjunto de vedação.

7. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato do componente de vedação compreender pelo menos um anel de vedação consistindo de PTFE.

8. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato do componente anti-extrusão compreender pelo menos um dentre uma arruela anti-extrusão ou um anel-V anti-extrusão.

9. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato do componente anti-extrusão compreender um material de PTFE carregado tendo um carregador substancialmente não abrasivo.

10. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do carregador substancialmente não abrasivo ser sulfeto de molibdênio.

11. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato do componente anti-extrusão compreender um material de PTFE carregado tendo um carregador selecionado do grupo consistindo de grafita, carbono, sílica, e sulfato de bário.

12. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do componente anti-extrusão compreender adicionalmente um polímero de reforço de PEEK.

13. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do meio de carregamento compreender uma pilha de arruelas Belleville múltiplas.

14. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato da pilha de arruelas Belleville incluir pelo menos cinco arruelas Belleville.

15. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato do retentor de gaxeta compreender adicionalmente um mancai de munhão para guiar a haste de válvula no conjunto de válvula de controle.

16. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato do retentor de gaxeta ser formado de um material resistente à corrosão selecionado do grupo consistindo de S31600, Inconel, Hastelloy, e PEEK.

17. Conjunto de gaxeta de cartucho para vedar uma haste de válvula em um conjunto de válvula de controle, caracterizado pelo fato de compreender: um conjunto de vedação tendo um componente de vedação para prover uma vedação a fluido ao redor da haste de válvula e pelo menos um primeiro componente anti-extrusão para impedir substancialmente extrusão do membro de vedação ao redor da haste de válvula; um conjunto de carregamento tendo um meio de carregamento para prover uma tensão na gaxeta predeterminada sobre o conjunto de vedação e pelo menos um espaçador para acoplar o meio de carregamento ao conjunto de vedação; e um retentor de gaxeta adaptado para ser disposto em uma caixa de gaxeta externa do conjunto de válvula de controle, o retentor da gaxeta definindo um furo de gaxeta recebendo o conjunto de vedação e o conjunto de carregamento, onde o retentor de gaxeta inclui um comprimento predeterminado entre um ressalto de retentor e uma superfície de assentamento do meio de carregamento para controlar uma força do conjunto de carregamento que define a tensão na gaxeta predeterminada no conjunto de válvula de controle.

18. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 17 caracterizado pelo fato da força do conjunto de carregamento prover uma tensão suplementar na gaxeta, substancialmente constante, a uma tensão de processo na gaxeta resultante de uma pressão de processo dentro do conjunto de válvula de controle.

19. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 17 caracterizado pelo fato do retentor de gaxeta prover uma luva resistente à corrosão na caixa de gaxeta externa.

20. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato do retentor da gaxeta ser formado de um material selecionado do grupo consistindo de S31600, Inconel, Hastelloy, e PEEK.

21. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do componente de vedação compreender pelo menos um anel de vedação consistindo de PTFE.

22. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do primeiro componente anti- extrusão compreender pelo menos um dentre uma arruela anti-extrusão ou um anel-V anti-extrusão.

23. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato do componente anti-extrusão compreender um material de PTFE carregado tendo um carregador substancialmente não abrasivo.

24. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato do carregador substancialmente não abrasivo ser sulfeto de molibdênio.

25. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato do componente anti-extrusão compreender um material de PTFE carregado tendo um carregador selecionado do grupo consistindo de grafita, carbono, sílica, e sulfato de bário.

26. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato do componente anti-extrusão compreender adicionalmente um polímero de reforço de PEEK.

27. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do meio de carregamento compreender uma pilha de arruelas Belleville múltiplas.

28. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do retentor de gaxeta estar retido dentro do conjunto de válvula de controle por um componente de flange.

29. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato do componente de flange incluir adicionalmente meio de ajuste para modificar a força do conjunto de carregamento.

30. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato do meio de ajuste estar acoplado operacionalmente ao retentor.

31. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato do meio de ajuste estar acoplado operacionalmente a um segundo espaçador.

32. Conjunto de gaxeta de cartucho de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do retentor de gaxeta compreender adicionalmente um mancai de munhão para guiar a haste de válvula no conjunto de válvula de controle.

33. Conjunto de gaxeta de válvula para um conjunto de válvula de controle, caracterizado pelo fato de compreender: um conjunto de vedação tendo um componente de vedação para prover uma vedação a fluido ao redor de uma haste de válvula e um componente anti-extrusão para impedir substancialmente a extrusão do componente de vedação ao redor da haste de válvula; um conjunto de carregamento tendo um meio de carregamento para prover uma força de carregamento para exercer uma tensão na gaxeta sobre o conjunto de vedação; e um retentor de gaxeta tendo um furo de gaxeta recebendo o conjunto de carregamento sobre uma superfície de assentamento e sendo configurado para acoplar o conjunto de vedação e o conjunto de carregamento ao conjunto de válvula de controle, o retentor de gaxeta configurado adicionalmente para incluir um comprimento predeterminado entre pelo menos um ressalto de retentor e a superfície de assentamento para controlar uma força de carregamento que defina uma tensão na gaxeta predeterminada para reduzir substancialmente o atrito da gaxeta e o desgaste da gaxeta, no conjunto de válvula de controle.

34. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato da força de carregamento prover uma tensão na gaxeta substancialmente constante suplementar a uma tensão de processo na gaxeta, resultante de uma pressão de processo dentro do conjunto de válvula de controle.

35. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato do componente de vedação compreender pelo menos um anel de vedação consistindo de PTFE.

36. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato do primeiro componente anti- extrusão compreender pelo menos um dentre uma arruela anti-extrusão ou um anel-V anti-extrusão.

37. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato do componente anti-extrusão compreender um material de PTFE carregado tendo um carregador substancialmente não abrasivo.

38. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato do carregador substancialmente não abrasivo ser sulfeto do molibdênio.

39. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato do componente anti-extrusão compreender um material de PTFE carregado tendo um carregador selecionado do grupo consistindo de grafita, carbono, sílica, e sulfato de bário.

40. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato do componente anti-extrusão compreender adicionalmente um polímero de reforço de PEEK.

41. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato do meio de carregamento compreender uma pilha de arruelas Belleville múltiplas.

42. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato da pilha de arruelas Belleville incluir pelo menos cinco arruelas Belleville.

43. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato da força do conjunto de carregamento estar no mesmo sentido que uma força de processo gerada pela pressão de processo.

44. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato do retentor de gaxeta compreender adicionalmente um mancai de munhão para guiar a haste de válvula no conjunto de válvula de controle.

45. Conjunto de gaxeta de válvula de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato do retentor de gaxeta ser formado de um material resistente à corrosão selecionado do grupo consistindo de S31600, Inconel, Hastelloy, e PEEK