BRPI1007868B1 - Aparelho compreendendo gatilho de liga de memória de forma para válvula de alívio de pressão - Google Patents

Aparelho compreendendo gatilho de liga de memória de forma para válvula de alívio de pressão Download PDF

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Abstract

aparelho compreendendo gatilho de liga de memória de forma para válvula de alívio de pressão. esta revelação descreve um aparelho possuindo uma válvula e um elemento alongado de liga de memória de forma. a válvula possui uma alavanca em um primeira posição, por meio da qual a válvula fica fechada. o elemento alongado de liga de memória de forma possui uma primeira extremidade conectada com a alavanca. o elemento de liga de memória de forma foi deformado até ter um primeiro comprimento, onde a exposição de pelo menos uma parte do elemento liga de memória de forma a uma temperatura maior ou igual a sua temperatura de transformação de austenita fez com que o elemento de liga de memória de forma encurte até um segundo comprimento, sendo o segundo comprimento menor do que o primeiro comprimento, fazendo com que desse modo a primeira extremidade do elemento de liga de memória de forma puxe a alavanca para uma segunda posição, por meio da qual a válvula é aberta.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A DOCUMENTOS RELACIONADOS
Este documento é um documento de fase nacional seção 371 do documento internacional PCT/US2010/026009 depositado em 03 de março de 2010 e publicado como WO 2010/101976 em 10 de setembro de 2010, em inglês, que era um não provisório do documento de patente provisório US 61/156.900, depositado em 03 de março de 2009
ANTECEDENTES
Vasos de pressão normalmente são utilizados para conter uma variedade de fluidos sob pressão, tal como armazenando hidrogênio, oxigênio, gás natural, nitrogênio, propano e outros combustíveis, por exemplo. Materiais adequados do recipiente incluem camadas laminadas de filamentos enrolados de fibra de vidro ou outros filamentos sintéticos unidos por uma resina termofixa ou termoplástica. Um revestimento ou bexiga elástica polimérica ou que não é de metal frequentemente é disposto dentro da carcaça composta para vedar o vaso e impedir os fluidos internos de entrarem em contato com o material composto. A construção composta dos vãos proporciona várias vantagens tais como leveza e resistência à corrosão, fadiga e falha catastrófica. Estes atributos são devido às altas resistências específicas das fibras ou filamentos de reforço que tipicamente são orientados na direção das forças principais na construção dos vasos de pressão.
As FIGS. 1 e 2 ilustram um vaso de pressão alongado 10, tal como este revelado na Patente US 5.476.189, a qual é incorporada por referência neste documento. O vaso 10 possui uma seção de corpo principal 12 com as seções de extremidade 14. Uma bossa 16, tipicamente construída de alumínio, é proporcionada em uma ou em ambas as extremidade do vaso 10 para proporcionar uma abertura para comunicação com o interior do vaso 10.0 vaso 10 é formado a partir de um revestimento de polímero interno 20 coberto por uma carcaça externa composta 18. Neste caso, “composta” significa um material de matriz de resina reforçado com fibra tal como um filamento enrolado ou estrutura laminada. A carcaça composta 18 resolve todas as cargas estruturais e o revestimento 20 proporciona uma barreira para gás.
Quando um vaso de pressão é exposto ao calor intenso, como no caso de um incêndio, o calor aumenta a pressão do gás no vaso. Em um típico vaso de aço, um ou mais discos de ruptura são proporcionados em um corpo de válvula na abertura de extremidade do vaso. Estes discos reagem ao aumento de pressão para liberar gás antes que o tanque rompa.
Entretanto, no caso de um vaso composto, o composto não aquece como o aço e assim, a pressão não sobe no tanque da mesma maneira (de modo que uma válvula de alívio de pressão atuada por um aumento não pressão não é apropriada). Entretanto, quando da exposição continuada ao calor, a pressão no vaso composto aumenta, finalmente causando uma ruptura, desse modo resultando em uma liberação descontrolada de gás e/ou em uma explosão.
Na técnica anterior, vários sensores de temperatura são posicionados em localizações separadas ao longo de um tanque. Tais sensores são acoplados de forma operável com uma ou mais válvulas de alívio de pressão para o tanque. Tal acoplamento pode ser realizado eletricamente, quimicamente, mecanicamente, ou por uma linha pressurizada. Em um exemplo, vários sensores separados são fixados em uma tubulação pressurizada que passa ao longo do exterior do tanque. Entretanto, algumas autoridades regulando o transporte de certas mercadorias (por exemplo, gás em alta pressão) desaconselham o uso de linhas ou tubos de distribuição que são pressurizados durante o transporte. Além disso, o uso de sensores posicionados em localizações separadas em um tanque deixa partes do tanque que ficam sem a cobertura do sensor.
SUMÁRIO
Esta revelação descreve um aparelho compreendendo uma válvula e um elemento de liga de memória de forma. A válvula compreende uma alavanca em uma primeira posição, por meio da qual a válvula é fechada. O elemento de liga de memória de forma possui uma primeira extremidade conectada com a alavanca. O elemento de liga de memória de forma foi estendido para ter um primeiro comprimento, onde a exposição de pelo menos uma parte do elemento de liga de memória de forma à uma temperatura maior ou igual a sua temperatura de transformação de austenita faz com que o elemento de liga de memória de forma encurte para um segundo comprimento, o segundo comprimento sendo menor do que o primeiro comprimento, fazendo com que, desse modo, a primeira extremidade do e- lemento de liga de memória de forma puxe a alavanca para uma segunda posição, por meio da qual a válvula é aberta.
Este sumário é proporcionado para introduzir conceitos de forma simplificada, os quais são adicionalmente descritos baixo na Descrição Detalhada. Este sumário não é pretendido para identificar aspectos chave ou aspectos essenciais do assunto revelado ou reivindicado e não é pretendido para descrever cada concretização revelada ou cada implementação do assunto revelado ou reivindicado. Especificamente os aspectos revelados neste documento com respeito a uma concretização podem ser igualmente aplicáveis para outra. Adicionalmente, este sumário não é pretendido para ser utilizado como um auxílio ao se determinar o escopo do assunto reivindicado. Várias outras novas vantagens, aspectos e relações irão se tornar aparentes à medida que esta descrição continuar. As figuras e a descrição a seguir exemplificam mais particularmente concretizações ilustrativas.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
O assunto revelado será adicionalmente explicado com referência às figuras ane- xas, onde estruturas ou elementos do sistema iguais são referidos por números de referência iguais por todas as várias vistas.
A FIG. 1 é uma vista em elevação lateral de um típico vaso de pressão alongado.
A FIG. 2 é uma vista parcial em seção transversal através de uma extremidade de tal vaso de pressão, pega ao longo da linha 2-2 da FIG. 1.
A FIG. 3 é uma vista em elevação lateral de um vaso de pressão alongado incorporando um gatilho de liga de memória de formato para uma válvula de alívio de pressão da presente revelação.
A FIG. 4A é uma vista esquemática de uma parte de uma seção de extremidade do vaso de pressão da FIG. 3, com a válvula de alívio de pressão em uma posição fechada.
A FIG. 4B é uma vista esquemática de uma parte de uma seção de extremidade do vaso de pressão da FIG. 3, com a válvula de alívio de pressão em uma primeira posição aberta.
A FIG. 4C é uma vista esquemática de uma parte de uma seção de extremidade do vaso de pressão da FIG. 3, com a válvula de alívio de pressão em uma segunda posição aberta.
A FIG. 5 é uma vista em elevação lateral de um vaso de pressão alongado incorporando um gatilho de liga de memória de forma conectado com uma válvula de alívio de pressão em cada extremidade do vaso.
Enquanto as figuras identificadas acima expõem uma ou mais concretizações do assunto revelado, outras concretizações também são contempladas, como citado na revelação. Em todos os casos, esta revelação apresenta o assunto revelado por meio de representação e não de limitação. Deve ser entendido que várias outras modificações e concretizações podem ser imaginadas pelos versados na técnica, as quais se situam dentro do escopo e do espírito dos princípios desta revelação.
As figuras podem não ser desenhadas em escala. Em particular, alguns aspectos podem ser aumentados em relação a outros aspectos para clareza. Além disso, onde os termos tais como acima, abaixo, sobre, sob, de cima, de baixo, lateral, direita, esquerda, vertical, horizontal, etc., são utilizados, é para ser entendido que eles são utilizados somente para facilidade de entendimento da descrição. É contemplado que as estruturas possam ser orientadas de outro modo.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Esta revelação proporciona uma montagem de válvula e sensor para despressurização controlada de um vaso de pressão, tal como um vaso cilíndrico composto de armazenamento de gás, em particular, quando o vaso é exposto a um incêndio. A presente revelação proporciona uma montagem de válvula e sensor ativada por temperatura 21 para liberar gás a partir de dentro do vaso, ao invés do que aliviar o gás em excesso utilizando uma vál- villa baseada na pressão. Como ilustrado na FIG. 3, um pedaço de tubulação 22 é montado no exterior do vaso de pressão 10’ para passar ao longo do comprimento do vaso 10’. Em uma concretização ilustrativa, a tubulação 22 é fabricada de aço inoxidável e possui um diâmetro externo de 0,635 centímetros (0,25 polegadas). Em uma concretização ilustrativa, a tubulação 22 possui as perfurações 40 (apresentadas na FIG. 4C) para permitir fluxo livre de calor dentro da tubulação 22. A válvula de alívio ou de liberação de pressão (PRV) 24 é montada na bossa 16’ próxima da primeira extremidade da tubulação 22 (veja a FIG. 4A).
Um elemento de liga de memória de forma (SMA), tal como o arame 28, é “ajustado” por deformação (estiramento do arame 2) aproximadamente 10%. Esta deformação é obtida em uma temperatura abaixo da temperatura de partida da austenita da SMA. O arame estendido 28 roscado dentro da tubulação 22, a qual é fixa em relação à alavanca 32 da PRV 24. Uma primeira extremidade 30 do arame 28 é conectada com a alavanca 32 da PRV 24. Uma segunda extremidade 34 do arame 28 é fixada em relação à tubulação 22, tal como por ser conectada com uma segunda extremidade 36 da tubulação 22 (tal como por um prendedor mecânico ou por forjamento da segunda extremidade 36 da tubulação 22 sobre a segunda extremidade 34 do arame 28). Em uma concretização ilustrativa, a segunda extremidade 34 do arame 28 é posicionada fixa em relação ao vaso de pressão 10’.
Em uma concretização ilustrativa, a PRV 24 é uma válvula de um quarto de volta convencional. A FIG. 4A apresenta a PRV 24 em uma posição fechada, onde a alavanca 32 está em uma posição vertical. Com tal válvula de um quarto de volta convencional, girar a alavanca 32 cerca de noventa graus (até as posições apresentadas nas FIGS. 4B ou 4C) abre a válvula, desse modo permitindo ao gás escapar a partir da bossa 16’.
Em uma concretização ilustrativa, o aquecimento do arame 28 maior ou igual a sua temperatura de transformação de austenita faz com que o arame 28 retraia por 6 até 8%. Assim, para cada pé de arame transformado, a deformação recuperada pelo arame 28 causa que o mesmo encurte por 1,8288 até 2,4384 centímetros (0,72 até 0,96 polegadas). À medida que ele encurta, a primeira extremidade 30 puxa com uma força de aproximadamente 54,432 kg (120 libras) (para um diâmetro de arame de 0,1524 centímetros (0,06 polegadas)) e desse modo gira a alavanca 32 para abrir a PRV 24. Em uma concretização ilustrativa, o gatilho revelado é projetado de modo que a exposição de uma parte requerida do vaso 10’ além ou à temperatura de transformação do arame 28 causa um encurtamento do arame 28 que é adequado para puxar a alavanca 32 até a posição aberta ilustrada na FIG. 4B. Em uma concretização ilustrativa, a PRV 24 é projetada para ativação com um encolhimento total do arame 28 de 2,54 centímetros (1 polegada). Enquanto a extremidade 30 do arame 28 é conectada com uma extremidade da alavanca 32 nas concretizações ilustradas, o arame 28 pode ser conectado com a alavanca 32 em outra localização, como apropriado para uma aplicação particular, levando em consideração a força de deslocamento e de tração requerida para abrir a PRV 24.
O calor para ativar a montagem de sensor e válvula 21 pode estar presente em qualquer lugar ao longo do comprimento do arame SMA 28. Em uma concretização ilustrativa, o arame SMA 28 é passado em uma linha substancialmente reta paralela à superfície do vaso ao longo de substancialmente todo o comprimento do vaso 10’, desse modo protegendo o vaso de pressão 10’ através de todo o seu comprimento. Em outras concretizações, a tubulação 22 e o arame 28 podem passar em localizações adicionais onde um incêndio ou temperatura elevada podem ser detectados. Se qualquer parte do arame 28 for aquecida passando de uma temperatura estabilizada, o arame irá contrair até certo grau. Se uma parte suficiente do arame 28 contrair, o movimento da extremidade 30 do arame 20 puxa a alavanca 32 para abrir a PRV 24. Com a PRV 24 desse modo aberta, o gás pressurizado a partir de dentro do vaso 10’ pode escapar através da PRV aberta 24 de uma maneira controlada.
Por consequência, o arame SMA 28 atua como um sensor de temperatura ao longo de todo o comprimento do vaso 10’ e pode assim reagira incêndios localizados para permitir a liberação de gás a partir do vaso 10’. A disposição de gatilho revelada pode ser utilizada para proteger um vaso de qualquer comprimento, mesmo vasos de pressão muito grandes. Mais do que uma tubulação 22 e arame 28 podem ser utilizados em uma única válvula 24. A tubulação 22 e o arame 28 não estão limitados aos formatos retos, mas podem ser curvos, contanto que o arame 28 seja móvel dentro da tubulação 22. Por exemplo, o arame SMA 28 colocado em uma configuração espiral a partir de uma extremidade do tanque até a outra oferece proteção em todos os lados do tanque bem como proteção para o comprimento do tanque. A tubulação 22 protege o arame sensor 28 de condições ambientais que podem afetar de forma adversa sua performance. Esta disposição resulta em uma montagem de sensor 21 relativamente barata. A montagem de sensor 21 revelada minimiza ativação falsa, desde que a PRV 24 somente pode ser ativada quando o arame 28 é exposto a uma temperatura que excede a temperatura de formação de austenita. A temperatura de transformação é determinada pela composição da liga do arame. Em uma concretização ilustrativa, a liga é 54,79 por cento de peso Níquei e 45,21 por cento de peso de Titânio e possui uma temperatura de transformação de 100° C (212 F°). A quantidade de força pode ser controlada pela seleção da área de seção transversal (por exemplo, diâmetro) do elemento ou arame de memória de forma 28. Um arame ilustrativo possuindo um diâmetro de 0,1524 centímetros (0,06 polegadas) produz aproximadamente 54,432 kg (120 libras) de tração uma vez que a temperatura ambiente exceda a temperatura de transformação da liga particular. Mais força é obtida com um arame possuindo uma área de seção transversal maior. A força desenvolvida é essencialmente independente do comprimento e da temperatura; assim, maiores temperaturas ou maior fornecimento de calor não.irá significativamente aumentar ou diminuir a força desenvolvida devido à transformação. Uma vez que a montagem de sensor 21 seja colocada no lugar, ela fica essencialmente livre de manutenção durante a vida útil do vaso de pressão 10’. O arame de memória de forma 28 essencialmente não fica sob pressão até que a transformação ocorra.
O dispositivo de liberação de pressão também pode ser configurado para ser ativado se o arame 28 for partido. Em uma concretização ilustrativa, a alavanca 32 é tendida (tal como pela mola 38) na direção apresentada na FIG. 4C, a qual é deslocada a partir da posição “desativada” da FIG. 4A por um ângulo de rotação de ao redor de 90 graus (na direção oposta ao deslocamento entre as posições “desativada” e “ativada” apresentadas nas FIGS. 4A e 4B, respectivamente). Assim, se o arame 28 for partido e não mais exercer uma força de tração sobre a alavanca 32, a alavanca 32 automaticamente salta para a posição ilustrada na FIG. 4C, desse modo abrindo a PRV 24.
Em outra concretização ilustrativa, ilustrada na FIG. 5, a segunda extremidade 34 do arame 28 é conectada com a alavanca de uma segunda PRV. Isto permitiria que duas PRVs fossem ativadas, ventilando o vaso 10’ a partir de ambas as extremidades 14’. Ainda em outra concretização, a montagem revelada de tubulação, de válvula SMA e de sensor 21 pode ser utilizada para atuar qualquer dispositivo (não apenas uma PRV) tal como, por e- xemplo, um sistema de combate a incêndio.
Apesar do assunto desta revelação ter sido descrito com referência as várias concretizações, os versados na técnica irão reconhecer que alterações podem ser feitas na forma e nos detalhes sem afastamento do espírito e do escopo da revelação. Em adição, qualquer aspecto revelado com respeito a uma concretização pode ser incorporado em outra concretização, e vice-versa.

Claims (13)

1. Aparelho, CARACTERIZADO por compreender: uma válvula (24) compreendendo uma alavanca (32) em uma primeira posição, a válvula (24) sendo fechada na primeira posição; um elemento alongado de liga de memória de forma (28) possuindo uma primeira extremidade (30) conectada com a alavanca (32), em que o elemento de liga de memória de forma (28) foi deformado para ter um primeiro comprimento, em que a exposição de pelo menos uma parte do elemento de liga de memória de forma (28) a uma temperatura de ou maior que sua temperatura de transformação de austenita faz com que o elemento de liga de memória de forma (28) encurte para um segundo comprimento, o segundo comprimento sendo menor do que o primeiro comprimento, que faz com que a primeira extremidade (30) do elemento de liga de memória de forma (28) puxe a alavanca (32) para uma segunda posição, em que a primeira posição da alavanca (32) e a segunda posição da alavanca (32) são diferentes e a válvula (24) sendo aberta na segunda posição; e um elemento de propensão (38) que desloca a alavanca (32) para uma terceira posição, em que a terceira posição da alavanca (32) é diferente da primeira e da segunda posições da alavanca (32), e a válvula (24) sendo aberta na terceira posição da alavanca (32) após a partição do elemento alongado de liga de memória de forma (28) que o elemento alongado de liga de memória (28) não exerce uma força de tração na alavanca (32).
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por a válvula (24) ser uma válvula de liberação de pressão.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por ser disposto em um vaso de pressão (10’).
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por a válvula (24) ser uma válvula de um quarto de volta.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por compreender adicionalmente um tubo (22) dentro do qual pelo menos uma parte do elemento de liga de memória de forma (28) é disposta.
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por o elemento de liga de memória de forma (28) possuir uma segunda extremidade (34) que é fixa em rela-ção à posição.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por o elemento de liga de memória de forma (28) possuir uma segunda extremidade (34) que é conectada com uma segunda alavanca (32) de uma segunda válvula (24).
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por a primeira posição da alavanca (32) e a segunda posição da alavanca (32) serem deslocadas por um ângulo de rotação de 90 graus.
9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por a terceira posição ser deslocada a partir da primeira posição por um ângulo de rotação de 90 graus 5 em uma direção de rotação oposta àquela do deslocamento entre a primeira posição da alavanca (32) e a segunda posição da alavanca (32).
10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por o elemento de propensão (38) ser uma mola.
11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO por a válvula 10 (24) ser montada em uma bossa (16) do vaso de pressão (10’).
12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO por o elemento alongado de liga de memória de forma (28) ser posicionado ao longo de um comprimento do vaso de pressão (10’).
13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO por o tubo (22) 15 compreender várias perfurações (40).
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