BRPI0904551A2

BRPI0904551A2 - shutter device for use in control valves

Info

Publication number: BRPI0904551A2
Application number: BRPI0904551-1A
Authority: BR
Inventors: Alberto Capela Moraes Carlos; Aurélio De Souza Marco; Fernando Barca Luiz
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobrás
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-07-05
Also published as: BRPI0904551B1

Abstract

DISPOSITIVO OBTURADOR PARA USO EM VáLVULAS DE CONTROLE. Refere-se a presente invenção a um dispositivo obturador 1 sede para uso em válvulas de controle, que são rotineiramente utilizadas no processamento primário de petróleo. O dispositivo é capaz de trabalhar com grandes diferenciais de pressão e evitar a ocorrência de emulsificações em fluidos multifásicos. O referido dispositivo evita que ocorra turbulência pontual no interior dessas válvulas, além de intensificar o resultado da redução das dispersões quando aplicado especificamente em válvulas de controle tipo ciclónicas.SHUTTLE DEVICE FOR USE IN CONTROL VALVES. The present invention relates to a 1-seat plug device for use in control valves, which are routinely used in primary oil processing. The device is able to work with large pressure differentials and prevent the occurrence of emulsifications in multiphase fluids. This device prevents punctual turbulence from occurring inside these valves, in addition to intensifying the result of reducing dispersions when applied specifically to cyclonic type control valves.

Description

ΡΙ0904551-1DISPOSITIVO OBTURADOR PARA USO EM VÁLVULAS DEΡΙ0904551-1 SHUTTER DEVICE FOR USE IN VALVES OF

CONTROLECONTROL

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION

A presente invenção refere-se a um conjunto obturador / sede paraser aplicado em válvulas de controle que são rotineiramente utilizadas noprocessamento primário de petróleo no controle de vazões ou queda depressões em qualquer etapa do processo produtivo. A nova concepçãoconstrutiva do dispositivo obturador / sede contribui para a redução daemulsificação de correntes multifásicas, no interior das ditas válvulas,durante o processo de controle.The present invention relates to a plug / seat assembly applied to control valves which are routinely used in primary petroleum processing to control flow or depressions at any stage of the production process. The new constructive design of the plug / seat device contributes to the reduction of emulsion of multiphase currents within said valves during the control process.

O referido dispositivo evita que ocorra turbulência pontual no interiordessas válvulas, além de intensificar o resultado da redução dasdispersões quando aplicado especificamente em válvulas de controle tipociclônicas.This device avoids the occurrence of occasional turbulence in the inter-valves of these valves, besides intensifying the result of the dispersion reduction when applied specifically in typocyclic control valves.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

O objeto desta invenção decorre de um problema encontradodurante pesquisas que visam aperfeiçoar o desempenho de válvulas decontrole utilizadas na indústria petrolífera.The object of this invention stems from a problem encountered during research aimed at improving the performance of control valves used in the oil industry.

É de conhecimento geral, que o petróleo, constitui-se de hidrocarbonetos, e água.It is well known that petroleum consists of hydrocarbons and water.

Assim, desde o primeiro momento de sua extração, e também emdiversas outras etapas do processamento do petróleo, a indústria operacom correntes multifasicas, que precisam ter suas fases separadas, ouque precisam ser transferidos de um sistema de processamento paraoutro, com a maior estabilidade possível entre as fases.Thus, from the first moment of its extraction, and also at various other stages of oil processing, the industry operates with multiphase currents, which need to have their phases separated, or need to be transferred from one processing system to another, with the greatest possible stability between. the phases.

A pressão de trabalho nas linhas de produção, que normalmente éalta no ponto a montante do processamento e deve ser reduzida paraseparar, por exemplo, uma fase gasosa e estabilizar o petróleo, à jusantedo processamento. A pressão do processo influencia no dimensionamentodas linhas e nos cálculos e projetos de todos os equipamentosassociados, e principalmente, nas características do tipo de escoamentoque os fluidos apresentam em seu interior.Working pressure on production lines, which is usually high at the upstream point of processing and should be reduced to, for example, separate a gas phase and stabilize oil downstream of processing. The process pressure influences the sizing of the lines and the calculations and designs of all associated equipment, and especially the characteristics of the type of flow that the fluids have inside.

TÉCNICA RELACIONADARELATED TECHNIQUE

A necessidade de redução da pressão de produção associada aofato do petróleo ser constituído de diversos hidrocarbonetos e água,resultam em emulsificação das fases líquidas pela turbulência localizadadecorrente dessa queda de pressão.The need to reduce the production pressure associated with petroleum phosphate being made up of various hydrocarbons and water, result in emulsification of the liquid phases by localized turbulence resulting from this pressure drop.

As válvulas de controle, utilizadas em diversas aplicações doprocessamento do petróleo, provocam uma forte turbulência no fluxodesse fluido. A turbulência é gerada no trecho da válvula em que umconjunto obturador / sede regula a passagem do fluido por um orifício.Control valves, used in various petroleum processing applications, cause a strong turbulence in the flow of this fluid. Turbulence is generated in the valve section where a plug / seat assembly regulates fluid flow through a port.

A turbulência gerada com o estrangulamento do escoamento dofluido, visando o controle de fluxo, além de proporcionar a reduçãodesejada na pressão, ocasiona também a emulsão das fases presentes nopetróleo.The turbulence generated by the flow flow choke, aiming at the flow control, besides providing the desired reduction in pressure, also causes the emulsion of the phases present in the oil.

Os grandes gradientes de velocidade dos fluidos e a distribuiçãoaleatória dos vórtices no trecho obturador / sede induzem turbulência noescoamento, que acabam por produzir o cisalhamento de cada fluido,conduzindo à sua dispersão em gotículas e conseqüente emulsificação,uma vez que a tensão interfacial óleo / água é reduzida pela presença deagentes surfactantes ativos, em geral, presentes no petróleo.The large fluid velocity gradients and the random distribution of the vortices in the obturator / seat section induce turbulence in the folding, which eventually produces the shear of each fluid, leading to its dispersion in droplets and consequent emulsification, since the oil / water interfacial tension. It is reduced by the presence of active surfactants generally present in petroleum.

Este fenômeno pode ser constatado no petróleo colhidoimediatamente após uma válvula de controle tipo "choke" situada na saídade um poço petrolífero qualquer. Entretanto, não é um fenômeno restrito aválvulas localizadas nas saídas de poços petrolíferos, pois ocorre comválvulas de controle empregadas ao longo de toda linha de produção, taiscomo as válvulas de controle de nível dos vasos separadores da planta deprocessamento primário de petróleo, e em válvulas com diversas outrasaplicações industriais e semi-industriais de circuitos hidráulicos, quetrabalhem com fluidos constituídos de pelo menos duas fases.No sentido a atenuar ou restringir este fenômeno foi desenvolvidauma válvula ciclônica, objeto do pedido de invenção Pl 0505620-9, queinduz um movimento rotacional ao fluxo do fluido ainda no interior do corpoda válvula, de modo que a energia cinética de rotação confira a separaçãodas fases líquidas.This phenomenon can be seen in oil harvested immediately after a choke control valve located on the outside of any oil well. However, it is not a restricted phenomenon for valves located at oil well exits, as control valves are used throughout the production line, such as the level control valves of the separating vessels of the primary oil-processing plant, and in valves with various other industrial and semi-industrial applications of hydraulic circuits, which work with fluids consisting of at least two phases. In order to alleviate or restrict this phenomenon, a cyclonic valve was developed, the object of the invention Pl 0505620-9, which induces a rotational movement to the flow. fluid still inside the valve body, so that the kinetic energy of rotation gives the separation of the liquid phases.

No entanto, mesmo aplicando-se a válvula de controle tipo ciclônicaainda pode-se observar formação de emulsificações, que variamdependendo da vazão, do gradiente de pressão ou do tipo de fluidosprocessados.However, even applying the cyclonic control valve can still form emulsifications, which vary depending on the flow rate, pressure gradient, or type of processed fluids.

Em uma pesquisa, apurou-se que: apesar de condições favoráveis àocorrência da separação das fases no interior de uma válvula de controletipo ciclônica, ainda existe um trecho desta em que o fluxo sofre umaperda localizada que, nos casos de grande estrangulamento, pode geraremulsão, ou seja, no orifício de passagem em que a vazão é controladapor um obturador / sede.In a research, it was found that: despite conditions favorable to the occurrence of phase separation within a cyclonic control type valve, there is still an excerpt from it in which the flow suffers a localized loss that, in cases of large choke, can generate seizure, that is, in the through hole where the flow is controlled by a plug / seat.

Dependendo da velocidade e pressão em que um fluido multifásicochega a este ponto da válvula ciclônica, a formação de vórtices aleatóriosgerados pela turbulência pode ser maior do que a capacidade do corpocônico da válvula de anular ou reverter este fenômeno. Assim a taxa deredução da dissipação da turbulência é insuficiente para o padrão dediminuição da emulsão daquele determinado fluido.Depending on the velocity and pressure at which a multiphase fluid reaches this point of the cyclonic valve, the formation of random vortices generated by turbulence may be greater than the valve body's ability to nullify or reverse this phenomenon. Thus, the turbulence dissipation reduction rate is insufficient for the emulsion reduction pattern of that particular fluid.

Independente dos modelos de válvulas utilizadas atualmente, todasfazem uso de um orifício com sede / obturador para conseguir a quebra ouredução de pressão de produção. Até o presente ainda não há nomercado qualquer dispositivo de controle que possa gerar esta queda depressão sem uma grande turbulência no escoamento do fluido no exatomomento em que a pressão está sendo reduzida. Este momento de perdade carga ocorre quando o escoamento transpassa o orifício na sede daválvula, contraposto pelo obturador. Dessa forma, o problema reside emum único ponto da válvula.Quanto maior a faixa de pressão em que uma válvula de controleopere, maiores serão as conseqüências no escoamento do fluido,restando aos técnicos, para reverter ou amenizar tais conseqüências, fazeruso de equipamentos e processos onerosos de separação das fasesemulsionadas.Regardless of the valve models used today, all make use of a seated / plugged orifice to achieve breakage and reduced production pressure. To date, no control device has yet been identified that can generate this depression drop without a large turbulence in fluid flow at the exact time the pressure is being reduced. This moment of loading danger occurs when the flow goes through the hole in the valve seat, counterposed by the shutter. Thus, the problem lies in a single point of the valve. The greater the pressure range in which a control valve operates, the greater the consequences on fluid flow, leaving technicians to reverse or mitigate such consequences, making use of equipment and processes. costly separation of the emulsified phases.

O nível de emulsificação dos componentes de um fluido ainda é umapreocupação constante por parte dos projetistas de equipamentos deprocessamento primário de petróleo e, particularmente, de separaçãopetróleo-água.The level of emulsification of fluid components is still a constant concern for designers of primary oil processing equipment, and particularly oil-water separation.

Diante desses desafios técnicos, surgiu a preocupação com odesenvolvimento de um dispositivo que não só pudesse diminuir a pressãodo fluido, como também pudesse atuar no seu escoamento no momentoem que a pressão está sendo reduzida.Faced with these technical challenges, concern arose over the development of a device that could not only decrease fluid pressure, but could also flow at the moment pressure is being reduced.

A invenção descrita a seguir objetiva um controle preciso doescoamento do fluido, atuando especificamente no momento da queda depressão, harmonizando o dito escoamento neste ponto das válvulas decontrole.The invention described below aims at precise fluid flow control, acting specifically at the time of the depression drop, harmonizing said flow at this point of the control valves.

Outros objetivos que o dispositivo obturador para uso em válvulasde controle, objeto da presente invenção, se propõem alcançar são aseguir elencados:Other objectives that the obturator device for use in control valves, object of the present invention, are intended to achieve are the following:

a. evitar a perda de carga pontual e conseqüente turbulência noescoamento;The. avoid the loss of point load and consequent turbulence in folding;

b. evitar a deformação e/ou ruptura dos glóbulos da fase dispersapor variação repentina de pressão;B. prevent deformation and / or disruption of the phase globules by sudden pressure change;

c. garantir um escoamento com perda de carga distribuída aolongo de um trecho de canal helicoidal.ç. ensure a loss-of-charge flow distributed along a coiled channel section.

d. permitir que eventuais rupturas de glóbulos da fase dispersaocorram preferencialmente por cisalhamento viscoso;d. allowing any disruption of the dispersed phase globules to occur preferably by viscous shear;

e. garantir um efeito centrífugo ao escoamento ainda antes deatingir a superfície cônica interna de válvulas ciclônicas;f. permitir maior eficiência na perda de carga;and. ensure a centrifugal effect on the flow even before the inner conical surface of cyclonic valves is hit f. allow greater efficiency in pressure drop;

g. permitir o projeto de válvulas ciclônicas mais compactas oueficientes;g. enable the design of more compact or efficient cyclonic valves;

h. restringir o fenômeno da emulsificação em outros tipos deválvulas;H. restrict the phenomenon of emulsification in other valve types;

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

Refere-se a presente invenção a um conjunto obturador / sede parauso em válvulas de controle, capaz de trabalhar com grandes diferençasde pressão e evitar a ocorrência de emulsificações em fluidos multifásicos.The present invention relates to a control valve plug / seat assembly capable of working with large pressure differences and preventing emulsification in multiphase fluids.

O dispositivo é basicamente compreendido por um obturador e umasede que operam por meio de uma interferência contínua entre eles.The device is basically comprised of a shutter and a wall that operate by continuous interference between them.

A sede é um orifício de comprimento (C) que apresenta umaconfiguração cônica, iniciada por uma abertura menor e finalizada por umaabertura maior. A superfície interna da sede apresenta-se inclinada emrelação ao eixo do dispositivo obturador para válvulas, sendo provida porpelo menos um sulco disposto helicoidalmente em passo constante, deuma extremidade a outra da dita sede. A profundidade do sulco varia acada passo em relação à superfície interna da sede, no entanto o pontomais profundo de cada seção do dito sulco está a uma distância constantedo eixo principal do dispositivo obturador para válvulas, ao longo de todasua extensão.The seat is a hole of length (C) that has a conical configuration, initiated by a smaller opening and ending with a larger opening. The inner surface of the seat is inclined with respect to the axis of the valve plug device and is provided by at least one helically disposed groove in constant step from one end to the other of said seat. The depth of the groove varies with each step relative to the inner surface of the seat, however the deepest point of each section of said groove is at a constant distance from the main axis of the valve plug device over its entire length.

O obturador por sua vez tem a forma de um bujão cônico decomprimento (C) iniciado com um diâmetro menor e finalizado com maior,ambos menores respectivamente do que os diâmetros inicial e final dasede. A extremidade final do obturador preferencialmente apresenta umacabamento com conformação cônica ovalada. A superfície do obturadorapresenta-se inclinada em relação ao eixo do dispositivo obturador paraválvulas, sendo provida por pelo menos uma hélice em ressalto dispostahelicoidalmente em passo constante, de uma extremidade a outra do dito obturador. A altura da hélice varia a cada passo em relação à superfície doobturador, no entanto o ponto mais extremo de cada seção da dita héliceestá a uma distância constante do eixo principal do dispositivo obturadorpara válvulas, ao longo de toda sua extensão.The obturator in turn has the form of a tapered-length plug (C) beginning with a smaller diameter and ending with a larger one, both smaller respectively than the starting and ending diameters. The final end of the obturator preferably has an oval conically shaped finish. The shutter surface is inclined with respect to the axis of the valve shutter device, and is provided with at least one shoulder helix disposed helically at a constant pitch from one end of said shutter. The height of the propeller varies with each step relative to the surface of the obturator, however the most extreme point of each section of said propeller is at a constant distance from the main shaft of the obturator for valves throughout its entire length.

A interferência entre o sulco e a hélice em ressalto forma um canalde formato helicoidal e seção variável. O dito canal é composto econformado pela face de entrada e a face de saída adjacentes da ditahélice em ressalto, a superfície interna da sede entre os passosadjacentes do sulco, e a superfície do obturador entre os passosadjacentes da hélice em ressalto.The interference between the groove and the raised propeller forms a helical shaped channel and variable section. Said channel is comprised of the inlet face and adjacent outlet face of said shoulder propeller, the inner surface of the seat between the adjacent groove steps, and the shutter surface between the adjacent steps of the shoulder propeller.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

A invenção será descrita a seguir mais detalhadamente, emconjunto com os desenhos abaixo relacionados, apresentados meramentea título de exemplo, os quais acompanham o presente relatório e do qual éparte integrante.The invention will be described in more detail hereinafter, in conjunction with the following drawings, given by way of example only, which accompany this report and which is an integral part thereof.

A Figura 1 retrata uma vista detalhada em corte simples somente dodispositivo obturador.Figure 1 depicts a detailed view in single section of the shutter device only.

A Figura 2 retrata uma vista em perspectiva em corte do dispositivomontado em uma válvula e em posição aberta.Figure 2 depicts a perspective sectional view of the device mounted on a valve and in an open position.

A Figura 3 retrata uma vista em perspectiva em corte do dispositivomontado em uma válvula e em posição fechada.Figure 3 depicts a perspective sectional view of the device mounted on a valve and in a closed position.

A Figura 4A retrata imagem esquemática do circuito do fluido.Figure 4A depicts a schematic image of the fluid circuit.

A Figura 4B retrata imagem esquemática de uma partícula sob oefeito da trajetória de circuito.Figure 4B depicts a schematic image of a particle under the effect of the circuit path.

A Figura 4C retrata imagem esquemática de uma partícula sob oefeito da mesma trajetória de circuito, porém em maior velocidade.Figure 4C depicts a schematic image of a particle under the same circuit path, but at a higher speed.

A Figura 5 retrata alternativa construtiva com diâmetro de obturadorconstante (posição aberto).Figure 5 depicts constructive alternative with constant shutter diameter (open position).

A Figura 6 retrata alternativa construtiva anterior com diâmetro deobturador constante (posição de maior restrição).Figure 6 depicts anterior constructive alternative with constant obturator diameter (most restricted position).

A Figura 7 retrata alternativa construtiva com pás.A Figura 8 retrata alternativa construtiva com canais isolados.Figure 7 depicts constructive alternative with blades. Figure 8 depicts constructive alternative with insulated channels.

A Figura 9 retrata exemplo da possibilidade de prover meios paraque qualquer alternativa construtiva opere em válvulas de fluxo reverso.Figure 9 depicts an example of the possibility of providing means for any constructive alternative to operate on reverse flow valves.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

O dispositivo obturador para uso em válvulas de controle, objeto dapresente invenção, foi desenvolvido a partir de pesquisas que visavamprincipalmente evitar a ocorrência de perda de carga localizada numaúnica seção transversal da válvula (um único orifício).The obturator device for use in control valves, object of the present invention, was developed from research that aimed mainly to prevent the occurrence of pressure drop located in a single valve cross section (a single orifice).

Nesta invenção, a perda de carga é distribuída no comprimento deum canal helicoidal bastante longo, que caracteriza a configuraçãoconstrutiva do novo dispositivo obturador para válvulas proposto. A ditaconfiguração construtiva ainda garante ao fluxo multifásico, ao deixar essenovo dispositivo, uma velocidade de rotação elevada, que é multiplicadaao longo do corpo da válvula tipo ciclônica pela geometria cônica dessecorpo.In this invention, the pressure drop is distributed over the length of a rather long helical channel, which characterizes the constructive configuration of the proposed new valve plug device. The constructive design further guarantees the multiphase flow, by leaving this new device, a high rotational speed, which is multiplied along the cyclonic valve body by the conical design of the body.

A Figura 1 mostra uma vista em corte da disposição construtivaproposta para o dispositivo (1) obturador para uso em válvulas objeto daatual invenção.Figure 1 shows a cross-sectional view of the proposed construction arrangement for the shutter device (1) for use in valves object of the present invention.

Como pode ser facilmente identificado na figura, o dispositivocompreende basicamente uma sede (10) e um obturador (20) que operampor meio de uma interferência contínua entre seus elementos.As can be easily identified in the figure, the device basically comprises a seat (10) and a shutter (20) that operate by continuous interference between its elements.

A sede (10) é um orifício de comprimento (C) que apresenta umaconfiguração em forma de tronco de cone, iniciada por uma abertura dediâmetro menor (D1) e finalizada por uma abertura de diâmetro maior (D2).Preferencialmente o fluxo da corrente ocorre no sentido (D1) para (D2).The seat (10) is a hole of length (C) having a cone-shaped configuration, initiated by a smaller diameter opening (D1) and ending with a larger diameter opening (D2). Preferably current flow occurs in the direction (D1) to (D2).

A superfície interna (11) da sede (10) apresenta-se inclinada emrelação ao eixo do dispositivo (1) obturador para válvulas, sendo providapor pelo menos um sulco (12) disposto helicoidalmente em passoconstante, de uma extremidade a outra da dita sede.The inner surface (11) of the seat (10) is inclined with respect to the axis of the valve plug device (1) and at least one helically passably disposed groove (12) is provided from one end to the other of said seat.

Pode-se perceber na Figura 1 que apesar da profundidade do sulco(12) variar a cada passo em relação à superfície interna (11) da sede, aolongo de toda sua extensão o ponto mais profundo de cada seção do ditosulco está a uma distância constante do eixo principal do dispositivo (1)obturador para válvulas.It can be seen from Figure 1 that although the depth of the groove (12) varies with each step relative to the inner surface (11) of the seat, along its entire length the deepest point of each section of the ditosulco is at a constant distance. main shaft of the device (1) valve plug.

O obturador (20) por sua vez tem a forma de um bujão cônico decomprimento (c') iniciado com um diâmetro menor (d1) e finalizado comum diâmetro maior (d2), ambos respectivamente menores do que osdiâmetros (D1) e (D2) da sede (10). A extremidade final do obturador (20)preferencialmente apresenta um acabamento (21) com conformação cônico-ovalada, de forma a oferecer à corrente de fluidos um perfilhidrodinâmico.The plug (20) in turn has the form of a tapered-length plug (c ') beginning with a smaller diameter (d1) and ending with a larger diameter (d2), both respectively smaller than the diameters (D1) and (D2). headquarters (10). The end end of the plug 20 preferably has a conical-oval shaped finish 21 to provide the fluid stream with a hydrodynamic profile.

A superfície (22) do obturador (20) apresenta-se inclinada emrelação ao eixo do dispositivo (1) obturador para válvulas, sendo providapor pelo menos uma hélice em ressalto (23) disposta helicoidalmente em passo constante, de uma extremidade a outra do dito obturador.The surface (22) of the plug (20) is inclined with respect to the axis of the valve plug device (1) and at least one shoulder helix (23) is provided arranged in constant pitch from one end to the other of said one. shutter.

Pode-se perceber também em relação a este componente queapesar da altura da hélice em ressalto (23) variar a cada passo em relaçãoà superfície (22) do obturador, o ponto mais extremo de cada seção dadita hélice, ao longo de toda sua extensão, está a uma distância constantedo eixo principal do dispositivo (1) obturador para válvulas.It can also be seen in relation to this component that the height of the shoulder propeller height (23) varies at each step with respect to the shutter surface (22), the most extreme point of each section of the propeller along its entire length, is at a constant distance from the main axis of the valve (1) shutter device.

Desse modo o obturador (20) é capaz de se acoplar à sede (10)pela interseção dos seus respectivos componentes: a hélice em ressalto(23) disposta helicoidalmente no obturador (20) e o sulco (12), dispostohelicoidalmente na sede (10).In this way the plug (20) is capable of coupling to the seat (10) by the intersection of their respective components: the cam propeller (23) helically disposed in the plug (20) and the groove (12) arranged helically in the seat (10) ).

As Figuras 2 e 3 apresentam o dispositivo (1) obturador paraválvulas em duas perspectivas diferentes, e, combinado com os outroscomponentes que formam o corpo de uma válvula. A Figura 2 mostra odispositivo (1) obturador para válvulas em sua posição mais aberta, e aFigures 2 and 3 show the valve shutter device (1) in two different perspectives, and combined with the other components that form the body of a valve. Figure 2 shows the valve plug device (1) in its most open position, and the

Figuras 3 em sua posição fechada.Figures 3 in their closed position.

O fluido penetra na válvula pelo orifício de entrada (2) e atinge,através de um canal (K), a extremidade inicial do dispositivo (1) obturadorpara válvulas. Neste ponto o fluido multifásico acessa e preenche oespaço interno da sede (10) através da sua abertura de diâmetro menor(D1), em seguida alcançando a primeira porção do obturador (20), que tema função, associado por interferência à sede, de controlar o fluxo e apressão.Fluid enters the valve through the inlet port (2) and reaches, through a channel (K), the initial end of the valve plug device (1). At this point the multiphase fluid accesses and fills the inner space of the seat (10) through its smaller diameter opening (D1), then reaches the first portion of the plug (20), which has the function, associated with interference with the seat, of controlling the flow and the pressure.

Observando-se em conjunto as Figuras 1, 2 e 3, pode-se melhorcompreender o funcionamento do dispositivo (1) obturador para válvulas.By observing Figures 1, 2 and 3 together, it is better to understand the operation of the valve plug device (1).

A porção inicial do dito obturador alcançada pelo fluido multifásico ésua primeira seção da hélice em ressalto (23), mais especificamente aprimeira seção da face de entrada (24) da dita hélice em ressalto.The initial portion of said plug achieved by the multiphase fluid is its first section of the cam propeller (23), more specifically the first section of the inlet face (24) of said cam propeller.

Como melhor revela o detalhamento da Figura 1, o fluido ao atingireste ponto é forçado a penetrar através de um canal (30) de formatohelicoidal e de seção variável, composto e conformado: pela face deentrada (24) e a face de saída (25) adjacentes da dita hélice em ressalto(23), a superfície interna (11) da sede entre os passos adjacentes do sulco(12), e a superfície (22) do obturador entre os passos adjacentes da héliceem ressalto (23).As best shown in the detail of Figure 1, the fluid upon reaching this point is forced to penetrate through a composite shaped, variable-section helical-shaped channel (30): through the inlet face (24) and the outlet face (25) adjacent said shoulder propeller (23), the inner surface (11) of the seat between the adjacent groove steps (12), and the plug surface (22) between the adjacent shoulder propeller (23) steps.

Pode-se perceber que o canal (30) helicoidal de seção variável temsua entrada formada em uma extremidade do obturador (20) seestendendo helicoidalmente ao longo do comprimento do dito obturador,enquanto houver interferência entre hélice em ressalto (23) do obturador eo sulco (12) da sede (10).It can be seen that the variable section helical channel (30) has its inlet formed at one end of the obturator (20) extending helically along the length of said obturator, as long as there is interference between the protruding propeller (23) and the groove ( 12) Headquarters (10).

É também revelado e compreendido pelas Figuras 1, 2 e 3, que ocanal (30) helicoidal de seção variável tem sua restrição à corrente defluido alterada conforme o posicionamento do obturador (20) em relação àsede (10).It is also disclosed and understood by Figures 1, 2 and 3 that the variable-section helical channel (30) has its restriction on the defluxed current altered as the position of the plug (20) relative to the network (10).

Quanto mais próxima estiver à extremidade de entrada do obturador(20) da extremidade de entrada da sede (10), mais próximas estarão àssuperfícies (22) do obturador (20) e a superfície (11) da sede (10). Como opasso da hélice em ressalto (23) é constante não haverá modificação noafastamento das faces (24) de entrada e (25) de saída adjacentes da ditahélice em ressalto (23), só será alterado o afastamento entre as ditassuperfícies (22) e (11), alterando, portanto, a área da seção transversal docanal (30) helicoidal de seção variável.The closer you are to the inlet end of the plug (20) from the inlet end of the seat (10), the closer you are to the surfaces (22) of the shutter (20) and the surface (11) of the seat (10). As the step of the shoulder propeller (23) is constant there will be no change in the spacing of the adjacent inlet and (25) faces of the adjacent shoulder ditch (23), only the spacing between the dictaphores (22) and ( 11), thus changing the area of the variable-section helical cross-section (30).

Alterando-se a área da seção transversal do canal (30) helicoidal deseção variável disponível para a condução do fluido, conseqüentementealtera-se a restrição à passagem do fluido.By changing the cross-sectional area of the variable desiccation channel (30) available for fluid conduction, the restriction to fluid passage is then altered.

Para uma mesma vazão de entrada do fluido, quanto maior arestrição imposta pelo dispositivo (1) obturador para válvulas, maior avelocidade de passagem do fluido por dentro do canal (30) helicoidal deseção variável, logo, maior será a perda de carga.For the same fluid inlet flow, the greater the restriction imposed by the valve plug device (1), the greater the speed of fluid passage through the variable-displacement helical channel (30), thus the greater the pressure drop.

O aumento de perda de carga é alcançado por um aumento davelocidade de passagem do fluido dentro do canal (30) helicoidal de seçãovariável. Esse aumento da velocidade também contribui para o aumentoda energia cinética de rotação imposta ao fluido no interior da válvula,contribuindo para separar as fases.The increase in pressure drop is achieved by increasing the speed of fluid flow within the variable section helical channel (30). This speed increase also contributes to the increased kinetic energy of rotation imposed on the fluid inside the valve, helping to separate the phases.

As Figuras 4A, 4B e 4C ilustram esquematicamente que ao se impora uma partícula qualquer uma trajetória rotacional (Figura 4A) dentro deum circuito helicoidal, sua velocidade pode ser decomposta em doiscomponentes vetoriais: um componente de menor magnitude que é oaxial, na direção do eixo da válvula (Figura 4B), e um componente demaior magnitude que é o tangencial, normal ao eixo da válvula, (Figura4C) Quanto maior a velocidade imposta a esta partícula no canalhelicoidal, maior será o componente tangencial (Figura 4C), gerando,simultaneamente, maior perda de carga e maior separação das fases quecompõem um fluido multifásico.Figures 4A, 4B and 4C schematically illustrate that by imputing a particle any rotational trajectory (Figure 4A) within a helical circuit, its velocity can be decomposed into two vector components: a smaller magnitude component which is oaxial in the direction of the axis. (Figure 4B), and a larger magnitude component that is the tangential, normal to the valve axis, (Figure 4C). The higher the velocity imposed on this particle in the helical canal, the greater the tangential component (Figure 4C), simultaneously generating , greater pressure drop and greater phase separation that make up a multiphase fluid.

Vale ressaltar que a perda de carga é gerada ao longo de um longocanal, com o escoamento sob total controle, e não mais em um únicoponto ou seção, que gerava turbulência no escoamento e emulsificações.O dispositivo (1) obturador para válvulas também provê,proporcionalmente ao aumento de perda de carga, um aumento no giro desaída do fluido, descarregando-o dentro do corpo cônico de uma válvulacliclônica já com o sentido de rotação orientado e as fases já emseparação, e sem emulsificações ou turbulências.It is noteworthy that the pressure drop is generated along a long channel, with the flow under full control, and no longer in a single point or section, which generated flow turbulence and emulsifications. The valve plug device (1) also provides, proportionally to the increase in pressure drop, an increase in fluid outflow, discharging it into the conical body of a cyclic valve with the direction of rotation already oriented and the phases already separating, and without emulsification or turbulence.

Como já foi dito anteriormente, em uma variação construtiva dodispositivo (1) obturador para válvulas apresentado nas Figuras 1, 2 e 3,pode-se ter mais de um canal (30) helicoidal de seção variável dispostosparalelamente.As previously stated, in a constructive variation of the valve plug device (1) shown in Figures 1, 2 and 3, one may have more than one parallel channel (30) of varying cross-section.

Mas outras variações construtivas podem ser obtidas a partir doprincípio de perda de carga revelado pela configuração construtivapreferida, apresentada por meio da Figura 1.But other constructive variations can be obtained from the pressure drop principle revealed by the preferred constructive configuration shown by Figure 1.

As Figuras 5 e 6 revelam uma variação construtiva do dispositivo (1)obturador para uso em válvulas em uma vista em corte longitudinal.Figures 5 and 6 show a constructive variation of the shutter device (1) for use in valves in a longitudinal sectional view.

A Figura 5 apresenta um obturador com o corpo cilíndrico (20'),sendo sua superfície externa (22') paralela à superfície interna (11') de umelemento cilíndrico, como por exemplo, o próprio corpo de válvula. Ambasas superfícies são alinhadas ao eixo do dispositivo (1) obturador paraválvulas.Figure 5 shows a plug with the cylindrical body (20 '), its outer surface (22') parallel to the inner surface (11 ') of a cylindrical element, such as the valve body itself. Both surfaces are aligned to the axis of the valve (1) shutter device.

Nesta configuração a sede (10') é composta por um elementohelicoidal e afixada ao corpo da válvula por um meio qualquer de fixação(4). O corpo da sede (10') é disposto imprensado entre a superfícieexterna (22') do obturador e a superfície interna (11'), formando um canal(30') helicoidal de seção variável.In this configuration the seat (10 ') is composed of a helical element and affixed to the valve body by any means of attachment (4). The seat body (10 ') is arranged sandwiched between the outer surface (22') of the plug and the inner surface (11 '), forming a variable section helical channel (30').

Um dispositivo de controle (3) pode comprimir a extremidade livre docorpo da sede (10') alterando o afastamento das faces de entrada (24') ede saída (25'), adjacentes, do dito corpo de sede (10'). No entanto como asuperfície externa (22') do obturador de corpo cilíndrico (20') é paralela àsuperfície interna (11') do corpo de válvula, a variação da restrição destaconfiguração construtiva será determinada somente pelo grau deafastamento das faces de entrada (24') e de saída (25'), adjacentes, dodito corpo de sede (10').A control device (3) may compress the free end of the seat (10 ') by altering the spacing of adjacent inlet (24') and outlet (25 ') faces of said seat body (10'). However, as the outer surface (22 ') of the cylindrical body plug (20') is parallel to the inner surface (11 ') of the valve body, the constraint variation variation of the constructive configuration will be determined only by the degree of inlet faces spacing (24') ) and outlet (25 ') adjacent said seat body (10').

A Figura 6 apresenta o mesmo dispositivo (1) da Figura 5 com ummaior grau de restrição. Pode-se perceber que esta variação construtiva,além de obedecer aos mesmos princípios já apresentados provê um canalcapaz de variar não somente a área da seção do canal (30'), mantendo asua extensão total fixa, mas também, variar o passo e o ângulo do canalhelicoidal.Figure 6 shows the same device (1) as Figure 5 with a higher degree of restriction. It can be seen that this constructive variation, besides obeying the same principles already presented, provides a channel capable of varying not only the section area of the channel (30 '), maintaining its fixed total length, but also varying the pitch and angle. of the canalelicoidal.

A variação do ângulo do canal helicoidal, com a compressão dohelicóide desta nova sede, faz com que aumente o componente tangencialda velocidade do fluido, ao mesmo tempo em que é reduzido ocomponente axial. Isso contribui para aumentar mais o efeito centrífugosobre a corrente em escoamento pelo canal helicoidal, favorecendo aindamais a separação.The variation in helical channel angle with the helicoid compression of this new seat increases the tangential component of the fluid velocity while reducing the axial component. This further enhances the centrifugal effect on the flowing stream through the coil, further favoring separation.

A Figura 7 revela outra possibilidade construtiva, em que a restriçãoà passagem do fluido é alcançada por uma série de pás (6) com formatohelicoidal de mesmo passo, dispostas em pilha e centralizadas por umeixo de comando (5) central. O eixo de comando (5) é capaz de alterar oposicionamento radial de uma ou mais pás (6) de modo que quantopróximas forem as faces de entrada (24") e de saída (25") de pásadjacentes, maior será a restrição à corrente de fluido. Esta configuraçãoconstrutiva também imprime ao fluido um aumento da velocidade derotação, proporcionando a perda de carga.Figure 7 reveals another constructive possibility, wherein the restriction to fluid passage is achieved by a series of same pitch helical shaped blades (6) arranged in a stack and centered by a central camshaft (5). The camshaft (5) is capable of altering radial opposition of one or more paddles (6) so that the next inlet (24 ") and outlet (25") faces are adjacent, the greater the current restriction. fluid This constructive configuration also imparts to the fluid an increase in the speed of rotation, providing the pressure drop.

A Figura 8 revela mais uma alternativa construtiva que tambémoferece uma restrição à passagem do fluido e perda de carga com oaumento da velocidade de rotação. Nesta configuração o fluido édirecionado para dentro de uma série de tubos (40) de diâmetros iguais oudiferentes, que são dispostos helicoidalmente em torno de um obturadorde corpo cilíndrico (20'). A série de tubos (40) é afixada dentro do corpo daválvula por um meio qualquer de fixação (4), e pode ter seu passo alteradopor um dispositivo de controle (3), como por exemplo, hastes.Figure 8 reveals yet another constructive alternative which also offers a restriction on fluid passage and pressure drop with increasing rotation speed. In this configuration the fluid is directed into a series of tubes (40) of equal or different diameter, which are arranged helically around a cylindrical body plug (20 '). The series of tubes (40) are affixed within the valve body by any fastening means (4), and may have their pitch altered by a control device (3), such as rods.

Meios de controle (não detalhado na figura) podem liberar ou fecharindependentemente os acessos a cada um dos tubos (40) que compõemesta alternativa construtiva do dispositivo (1) obturador para válvulas.Control means (not detailed in the figure) can independently release or close access to each of the pipes (40) that make up this constructive alternative to the valve plug device (1).

As configurações construtivas reveladas pelas Figuras 7 e 8apresentam as mesmas vantagens da configuração das reveladas pelasFiguras 5 e 6, ou seja, de permitir variação do passo e ângulo do canalhelicoidal.The constructive configurations disclosed by Figures 7 and 8 have the same advantages as the configuration disclosed by Figures 5 and 6, that is, allowing variation of pitch and angle of the helical canal.

Opcionalmente, qualquer das configurações construtivas descritasaté o momento, pode ser adaptada para funcionar em válvulas do tipofluxo reverso, como por exemplo, a configuração construtiva apresentadana Figura 9. Esta se baseia totalmente na configuração construtivapreferida e revelada pela Figura 2. No entanto, apresenta como diferençaapenas o núcleo do obturador (20"), o qual é provido com um canal (27)que oferece o retorno do fluido que já passou pelo corpo principal daválvula de controle reverso.Optionally, any of the constructive configurations described so far can be adapted to work on reverse flow type valves, such as the constructive configuration shown in Figure 9. This is based entirely on the preferred constructive configuration shown in Figure 2. However, it presents as The difference is only the plug core (20 "), which is provided with a channel (27) that provides the return of fluid that has already passed through the main body and the reverse control valve.

Deve-se deixar salientado que uma das vantagens do dispositivo (1)obturador para válvulas é a possibilidade de obter a quebra da pressão nalinha sem que o dispositivo de restrição gere turbulência no escoamento,e, conseqüente, emulsificação das fases de um fluido multifásico.It should be noted that one of the advantages of the valve plug device (1) is that it is possible to obtain the breakdown of the inline pressure without the restriction device generating turbulence in the flow and, consequently, emulsifying the phases of a multiphase fluid.

As vantagens do dispositivo (1) obturador para válvulas não serestringem a esta capacidade. Ele também garante, pelo aumento davelocidade de rotação do fluido nos seus canais helicoidais, o início doprocesso de separação das fases, além de dispensar a corrente de fluidono interior de uma válvula ciclônica com um alto componente de giro,melhorando o desempenho desta.The advantages of the valve shutter device (1) are not limited to this capability. It also ensures, by increasing the speed of rotation of the fluid in its helical channels, the beginning of the phase separation process, and eliminates the internal fluid current in a cyclonic valve with a high turning component, improving its performance.

E finalmente, também ficam evidenciadas as extensas faixas depressões com a qual uma válvula de controle pode trabalhar sem geraremulsificações, quando dotada com o dispositivo proposto.And finally, the extensive depressions with which a control valve can work without generating pulses when provided with the proposed device is also evident.

A invenção foi aqui descrita com referência sendo feita à suasconcretizações preferidas. Deve, entretanto, ficar claro, que a invençãonão está limitada a essas concretizações, e aqueles com habilidades natécnica irão imediatamente perceber que alterações e substituições podemser feitas dentro deste conceito inventivo aqui descrito.The invention has been described herein with reference to its preferred embodiments. It should, however, be made clear that the invention is not limited to such embodiments, and those of natic skill will immediately realize that changes and substitutions may be made within this inventive concept described herein.

Claims

1. - SHUTTER DEVICE FOR USE IN DECONTROLE VALVES, consisting of a shutter and a seat, characterized by its basic elements, seat (10) and a shutter (20), operating by continuous interference; said seat (10) comprises a hole of length (C) having a cone trunk configuration, initiated by a smaller diameter opening (D1) and terminated by a larger diameter opening (D2); the inner surface (11) of the seat (10) is inclined with respect to the axis of the valve plug device (1) and at least one helically passably disposed groove (12) is provided from one end to the other of said seat; the depth of the groove (12) varies with each step relative to the inner surface (11) of the web, however the deepest point of each section of said groove, along its entire length, is at a constant distance from the axis of the device (1). ) valve plug; the plug (20) is in turn shaped like a tapered plug of length (C) starting with a smaller diameter (d1) and ending with a larger diameter (d2), both respectively smaller than the smallest diameter (D1) and the largest diameter (D2) of headquarters (10); the final end of the plug (20) preferably has a conical-oval shaped finish (21); the surface (22) of the plug (20) is inclined with respect to the axis of the valve plug device (1) and is provided with at least one shoulder helix (23) arranged helically in constant pitch from one end to another shutter; the height of the propeller (23) varies with each step relative to the shutter surface (22), however the most extreme point of registration of said propeller over its entire length is at a constant distance from the main axis of the device (1). ) shutter for valves; the interference between the groove (12) and the raised propeller (23) forms a variable section helical shaped channel (30); the dictochannel is composed and shaped by the adjacent inlet face (24) and the outgoing face (25) of said shoulder propeller (23), the inner surface (11) of the seat between the adjacent groove (12) steps of the seat (10), and the shutter surface (22) between adjacent steps of the shoulder propeller (23).

Shutter device for use in decontrol valves according to claim 1, characterized in that the fluid impaction is a rotational path within a loop channel whose cross-sectional area and length may be fixed or variable, so that the increase pressure drop is achieved by increasing the flow rate of the fluid within said channel.

Shutter device for use in decontrol valves according to claim 1 or 2, characterized in that the variable-section helical channel (30) has its inlet formed at a plug end (20) and extends helically over the length of said valve. as long as there is interference between the shoulder propeller (23) of the obturator and the groove (12) of the seat (10).

4.- SHUTTER DEVICE FOR USE IN DECONTROLE VALVES according to claim 1 or 2, characterized in that the variable-section helical channel (30) has its flow restriction restricted according to the position of the plug (20) relative to the seat (10). ).

5.- SHUTTER DEVICE FOR USE IN DECONTROLE VALVES according to claim 1 or 2, characterized in that the step of the shoulder propeller (23) is constant, and the change in cross-sectional area of the variable-section helical channel (30) is obtained by approaching the outer (22) surfaces of the shutter and the inner (11) of the seat (10), bringing the inlet end of the shutter (20) closer to the inlet end of the seat (10).

Shutter device for use in decontrol valves according to claim 1 or 2, characterized in that the valve plug device (1) provides, proportionally to the increase in pressure drop, an increase in the fluid outlet turn, discharging it into the valve. of the tapered body of a valve with the direction of rotation already oriented and the phases already in separation, and without emulsification or turbulence.

SHUTTER DEVICE FOR USE IN DECONTROLE VALVES according to claim 2, characterized in that a constructive variation has the plug (20 ') with the format cylindrical, its outer surface (22') being parallel to the inner surface (11 ') of a cylindrical element, such as the valve body itself; both surfaces being aligned with the axis of the device (1) valve plug; the seat (10 ') is composed of a helical element and affixed to the valve body by any defixing means (4); the seat body (10 ') is disposed sandwiched between the shutter surface (22') and the surface (11 '), forming a variable section helical channel (30'); a control device (3) compressing the free end of the seat body (10 ') by altering the spacing of adjacent inlet (24') and outlet (25 ') faces of said seat body (10').

Shutter device for use in decontrol valves according to claim 2, characterized in that it presents a constructive variation in which the restriction to the flow of fluid is achieved by a series of same-pitch helically shaped blades (6) arranged in a stack and centered by a central control (5) axis; the camshaft (5) is capable of altering radial oppositions of one or more paddles (6) so that the nearest inlet (24 ") and outlet (25") faces are adjacent, the greater the current restriction fluid

9.- SHUTTER DEVICE FOR USE IN DECONTROLE VALVES according to claim 2, characterized in that it presents a constructive variation in which the fluid is directed into a series of tubes (40) of equal or different diameters, which are arranged helically around. a corpocylindrical plug (20 '); the pipe series (40) may be affixed within the valve body by any means of attachment (4), and may have its pitch altered by a control device (3) such as rods; whereby the control means can independently release or close the access to each of the tubes (40).

10.- SHUTTER DEVICE FOR USE IN DECONTROLE VALVES according to claim 1 or 2, characterized in that any of the constructive configurations can be adapted to work in reverse flow valves, providing only the shutter core with a channel (27) that offers fluid return means which has already passed through the main body of the reverse control valve.