BR0210570B1

BR0210570B1 - dispositivo de redução de pressão de fluido, e, método para montar o mesmo.

Info

Publication number: BR0210570B1
Application number: BRPI0210570-5A
Authority: BR
Inventors: Michael Wildie Mccarty; Ted Alan Long; Michael M Anderson
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2011-02-08
Also published as: RU2302577C2; CA2457197C; EP1419336B1; JP4293903B2; DE60230521D1; NO328223B1; JP2008281211A; WO2003016767A1; NO20040646L; RU2004107567A; JP2009103322A; US20050252559A1; US6935370B2; BR0210570A; ES2320425T3; MXPA03011567A; CN1967037A; JP4972658B2; CN100386551C; CN1543545A

Description

"DISPOSITIVO DE REDUÇÃO DE PRESSÃO DE FLUIDO, E, MÉTODOPARA MONTAR O MESMO"

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção relaciona-se a dispositivos de dissipação deenergia de fluido e, mais particularmente, a um dispositivo de redução depressão de fluido com baixa eficiência de conversão acústica para fluxos degás e também para dispositivos com prevenção de cavitação econseqüentemente baixas propriedades de ruído para fluxos de líquido.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

No controle de fluido em processos industriais, tais comosistemas de petróleo e canalização de gás, plantas de energia, processosquímicos, etc., é freqüentemente necessário reduzir a pressão de um fluido.Dispositivos de restrição de fluxo ajustáveis, tais como válvulas de controlede fluxo e reguladores de fluido, e outros dispositivos de restrição de fluidofixos, tais como difusores, silenciadores, e outros dispositivos de pressão deretorno, são utilizados para esta tarefa. O propósito da válvula de controle defluido e/ou outro dispositivo de restrição de fluido em uma dada aplicaçãopode ser controlar taxa de fluido ou outras variáveis de processo, mas arestrição induz uma redução de pressão inerentemente como um subprodutode sua função de controle de fluxo.

Fluidos pressurizados contêm energia potencial mecânicaarmazenada. Reduzindo a pressão libera esta energia. A energia se manifestacomo a energia cinética do fluido - ambos o movimento volumétrico do fluidoe seu movimento turbulento aleatório. Enquanto turbulência é o movimentocaótico de um fluido, há estrutura momentânea neste movimento aleatóriovisto que remoinhos turbulentos (ou vórtices) são formados, mas rapidamentese decompõem em remoinhos menores que, por sua vez, se decompõem, etc.Eventualmente, viscosidade amortece o movimento dos remoinhos menores ea energia foi transformada em calor.Flutuações de pressão e velocidade estão associadas com omovimento de fluido turbulento que atuam sobre os elementos estruturais dosistema de tubulação, causando vibração. Vibração pode conduzir à falha defadiga de componentes retentores de pressão ou outros tipos de desgaste,degradação de desempenho, ou falha de instrumentos fixados. Até mesmoquando não fisicamente danificando, vibração gera ruído produzido por ar queé incômodo ou pode danificar a audição de pessoas.

Em aplicações industriais que envolvem líquidos, a fonteprincipal de ruído, vibração e dano da redução de pressão de líquidos écavitação. Cavitação é causada em uma corrente de fluxo quando o fluidopassa por uma zona onde a pressão está abaixo de sua pressão de vapor. Nestapressão reduzida, bolhas de vapor se formam e subseqüentemente se rompemdepois de viajar a jusante em uma zona onde pressão excede a pressão devapor. As bolhas de vapor rompidas podem causar ruído, vibração e dano.Idealmente, portanto, um dispositivo de redução de pressão fluidogradualmente diminuiria pressão de fluido sem cair abaixo da pressão devapor. Na prática, porém, tal dispositivo de redução de pressão é difícildemais e caro para produzir, e portanto dispositivos de redução de pressão defluido são conhecidos que usam estágios múltiplos de redução de pressão. Aqueda de pressão final em tais dispositivos é relativamente pequena, que podeproduzir menos bolhas e menos cavitação.

Atualmente há válvulas de controle de fluido disponíveis quecontêm uma regulagem de válvula na forma de discos empilhados formandoum dispositivo de redução de pressão de fluido. Os discos empilhadosdefinem uma pluralidade de passagens de fluxo de fluido projetadas para criaruma redução de pressão no fluido.

Um dispositivo usando discos empilhados tem trajetos defluxo de fluido tortuosos formados neles. Neste dispositivo, cada uma daspassagens de fluxo de fluido é projetada com uma série de voltas de ânguloreto consecutivas, de forma que o fluxo de fluido mude de direção muitasvezes em um trajeto tortuoso quando o trajeto atravessa da entrada à saída.

Em tais dispositivos, é pretendido para cada volta de ângulo reto produziruma queda de pressão discreta, de forma que o trajeto tortuoso produza umaredução de pressão de multi-estágios. Na realidade, porém, foi achado que asvoltas de ângulo reto intermediárias nas passagens de fluxo não criamefetivamente uma restrição para redução de pressão em estágios. Além disso,a redução de pressão criada pelo trajeto tortuoso é imprevisível como aredução de pressão efetuada por cada volta de ângulo reto não é conhecida.

Além disso, foi achado que as voltas de ângulo reto podem gerardesequilíbrios de pressão e fluxo de massa e ineficiência de fluxo. Osdesequilíbrios de pressão podem conduzir à criação de áreas de baixa pressãodentro do dispositivo onde o fluido momentaneamente cai abaixo da pressãode vapor e subseqüentemente se recupera, por esse meio criando cavitação ecausando dano. Desequilíbrios de fluxo afetam a queda de pressão evelocidade de fluido pelo dispositivo, em que uma massa maior flui poralgumas passagens para resultar em velocidade aumentada.

Além disso, o dispositivo de trajeto tortuoso tem saídas depassagem orientadas de forma que fluxo de fluido saindo das passagensconvirja. Como resultado, jatos de fluido saindo das saídas adjacentes podemcolidir para formar um fluxo de jato maior tendo potência de fluxo maior, poresse meio aumentando o nível de ruído.

As deficiências recitadas acima e outras em dispositivos deregulagem atualmente disponíveis significativamente reduzem a eficiênciadestes dispositivos ao prover atenuação de ruído desejada, redução devibração e redução ou eliminação de dano de cavitação. Por conseguinte, édesejado eliminar as deficiências acima como também prover outrosmelhoramentos nos dispositivos de regulagem assim para permiti-los provercaracterísticas de atenuação de ruído aumentadas.SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com certos aspectos da presente invenção, umdispositivo de redução de pressão de fluido é provido, incluindo umapluralidade de discos empilhados tendo um perímetro e um centro ocoalinhado ao longo de um eixo longitudinal. Cada disco tem pelo menos umtrajeto de fluxo se estendendo entre o centro oco e o perímetro, o trajeto defluxo incluindo uma seção de entrada, uma seção de saída e uma seçãointermediária se estendendo entre as seções de entrada e saída. Cada seçãointermediária de trajeto de fluxo inclui uma estrutura redutora de pressão euma zona de recuperação posicionada imediatamente a jusante da estruturaredutora de pressão.

De acordo com aspectos adicionais da presente invenção, umdispositivo de redução de pressão de fluido é provido, incluindo umapluralidade de discos empilhados tendo um perímetro e um centro ocoalinhado ao longo de um eixo longitudinal. Cada disco tem pelo menos umtrajeto de fluxo se estendendo entre o centro oco e o perímetro, o trajeto defluxo incluindo uma seção de entrada, uma seção de saída e uma seçãointermediária se estendendo entre as seções de entrada e saída. Cada seçãointermediária de trajeto de fluxo inclui uma restrição e uma zona derecuperação associada posicionada imediatamente a jusante da restrição, emque a restrição dirige fluxo substancialmente em direção a um centro da zonade recuperação associada.

De acordo com aspectos adicionais da presente invenção, umdispositivo de redução de pressão de fluido é provido, incluindo umapluralidade de discos empilhados tendo uma periferia e um centro ocoalinhado ao longo de um eixo longitudinal. Cada disco tem pelo menos umtrajeto de fluxo se estendendo entre o centro oco e o perímetro, o trajeto defluxo incluindo uma seção de entrada, uma seção de saída e uma seçãointermediária se estendendo entre as seções de entrada e saída, em queparedes opostas da seção intermediária de trajeto de fluxo divergem entre siquando a seção intermediária de trajeto de fluxo avança da seção de entrada àseção de saída.

De acordo com ainda aspectos adicionais da presenteinvenção, um dispositivo de redução de pressão de fluido é provido, incluindouma pluralidade de discos empilhados tendo um perímetro e um centro ocoalinhado ao longo de um eixo longitudinal. Cada disco tem primeiro esegundo trajetos de fluxo se estendendo entre o centro oco e o perímetro, oprimeiro trajeto de fluxo incluindo uma seção de entrada, uma seção de saídae uma seção intermediária se estendendo entre as seções de entrada e saída, osegundo trajeto de fluxo tendo uma seção de entrada, uma seção de saída euma seção intermediária se estendendo entre as seções de entrada e saída. Asegunda seção intermediária de trajeto de fluxo e primeira seção intermediáriade trajeto de fluxo se cruzam em uma interseção, e cada uma da primeira esegunda seções intermediárias de trajeto de fluxo inclui uma zona derecuperação a jusante da interseção.

De acordo com ainda aspectos adicionais da presenteinvenção, um dispositivo de redução de pressão de fluido é provido, incluindouma pluralidade de discos empilhados tendo uma espessura e definindo umperímetro e um centro oco alinhado ao longo de um eixo longitudinal. Cadadisco tem pelo menos um trajeto de fluxo se estendendo entre o centro oco e operímetro, o trajeto de fluxo incluindo uma seção de entrada, uma seção desaída e uma seção intermediária se estendendo entre as seções de entrada esaída. Cada trajeto de fluxo se estende através da espessura inteira do discopara prover um trajeto de fluxo através de corte, cada trajeto de fluxo atravésde corte dividindo o disco em pelo menos primeira e segunda partes embranco.

De acordo com certos aspectos da presente invenção, ummétodo para montar um dispositivo de redução de pressão de fluido éprovido, incluindo formar uma pluralidade de discos tendo pelo menos umtrajeto de fluxo se estendendo entre um centro oco e um perímetro do disco,cada trajeto de fluxo incluindo uma seção de entrada, uma seção de saída euma seção intermediária se estendendo entre as seções de entrada e saída, otrajeto de fluxo dividindo o disco em pelo menos primeira e segunda partesem branco, cada disco ademais incluindo uma primeira parte de ponte seestendendo entre a primeira e segunda partes em branco. Os discos sãoempilhados ao longo de um eixo e presos juntos para formar uma montagemde discos empilhados. A primeira parte de ponte de cada disco na montagemde discos empilhados é então removida.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As características desta invenção que são acreditadas seremmodernas estão publicadas com particularidade nas reivindicações anexas. Ainvenção pode ser melhor entendida por referência à descrição seguintetomada junto com os desenhos acompanhantes, em que mesmos numerais dereferência identificam mesmos elementos nas várias figuras, e em que:

Figura 1 é uma vista de seção transversal que ilustra umaválvula de controle de fluido contendo uma regulagem de válvula na forma dediscos empilhados formando um dispositivo de redução de pressão de fluidode acordo com os ensinamentos da presente invenção;

Figura 2 é uma vista de cima de um disco anular que pode serusado para formar cada um dos discos empilhados na Figura 1;

Figura 3 é uma vista de cima de uma concretização alternativade disco anular tendo restrições para criar redução de pressão de multi-estágios;

Figura 4A é uma vista de cima de ainda outra concretizaçãoalternativa de disco anular para criar redução de pressão de multi-estágios,incluindo uma ponte na forma de um anel interno;

Figura 4B é uma vista de cima de uma concretização de discosemelhante à Figura 4A, em que o disco anular inclui uma ponte na forma deum anel externo;

Figura 4C é uma vista de cima de uma concretização de discosemelhante à Figura 4A, em que o disco anular inclui duas pontes na forma deanéis interno e externo;

Figura 4D é uma vista de cima de uma concretização de discosemelhante à Figura 4A, em que o disco anular inclui uma primeira ponte naforma de um anel interno e uma segunda ponte na forma de uma pluralidadede abas;

Figura 5 é uma vista de perspectiva de cinco discos como naFigura 4 mostrada em uma montagem empilhada;

Figura 6 é uma vista de cima de uma concretização alternativade disco anular que permite fluxo a discos empilhados adjacentes;

Figura 7 é uma vista de perspectiva de oito discos como naFigura 6 mostrados em uma montagem empilhada;

Figura 8 é uma vista de cima de uma concretização alternativade disco anular tendo trajetos de fluxo cruzados; e

Figura 9 é uma vista de cima de uma concretização de discoanular ainda adicional que mostra um trajeto de fluxo com múltiplas sub-saídas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS

Se referindo à Figura 1, é ilustrado um dispositivo de reduçãode pressão de fluido de acordo com os princípios da presente invenção naforma de uma gaiola de válvula 10 tendo uma pluralidade de discosempilhados e montados dentro de uma válvula de controle de fluido 12. Osdiscos empilhados são concêntricos sobre um eixo 29. Válvula de controle defluido 12 inclui um corpo de válvula 14 tendo uma entrada de fluido 16, umasaída de fluido 18 e uma passagem de conexão 20 pelo corpo de válvula.

Enquanto o fluxo de fluido da entrada 16 à saída 18 é descrito aqui comoprocedendo da esquerda à direita como mostrado pela seta na Figura 1, seráapreciado que o fluido pode fluir na direção inversa (isto é, da direita àesquerda) sem partir dos ensinamentos da presente invenção.

Um anel de assento 22 está montado dentro da passagem decorpo de válvula 20 e coopera com um membro operacional de válvula 24para controlar fluxo de fluido no interior e pelo exterior da gaiola de válvula10. A gaiola de válvula 10 pode ser mantida dentro da válvula por meio demontagem convencional tal como um retentor de gaiola 26 e parafusos demontagem 28 que engatam na parte de tampa de válvula da válvula de umamaneira conhecida. Uma série de cordões de solda 30 no exterior da gaiola deválvula 10 mantém firmemente os discos em uma pilha montada. Em umaconcretização preferida construída da invenção, cada disco individual écoberto com um revestimento de níquel. Os discos revestidos de níquel sãomontados em uma pilha que é colocada em um gabarito e sujeita a umcarregamento e temperatura de pilha adequados para fundir os discosrevestidos individuais um ao outro. Em outras concretizações, os discospodem ser unidos por solda forte ou soldados juntos. Para grandes discos,uma série de parafusos ou outros tipos de prendedores mecânicos podem serusados para manter firmemente os discos empilhados montados.

A gaiola de válvula 10 inclui uma pluralidade dos discosempilhados, cada um dos quais é idêntico a um disco 32 como mostrado naFigura 2. O disco 32 inclui uma parte de centro oca 34 e um perímetro anular36. Uma pluralidade de trajetos de fluxo 38 é formada no disco 32. Cadatrajeto de fluxo 38 tem uma seção de entrada 40 posicionada perto da parte decentro 34, uma seção de saída 42 posicionada perto do perímetro 36, e umaseção intermediária 44 conectando a seção de entrada 40 à seção de saída 42.Quando um disco idêntico é empilhado em cima do disco 32, e giradosuficientemente (por exemplo, girado 60 graus com respeito ao discomostrado na Figura. 2), será apreciado que os trajeto de fluxo 46 sãocompletamente contidos dentro de cada disco 32. Em tal concretização, cadatrajeto de fluxo 38 é limitado por uma parede interna 46, uma parede externa48, e partes em branco dos discos adjacentes superior e inferior 32.

Cada disco 32 tem uma dada espessura "t", como melhormostrado com referência às Figuras 1 e 5. Na concretização preferida, cadatrajeto de fluxo 38 se estende pela espessura inteira do disco para prover umtrajeto de fluxo através de corte. Os trajetos de fluxo através de corte podemser formados por qualquer uma de várias técnicas bem conhecidas, incluindocorte a laser. Além disso, os trajetos de fluxo 38 podem ser providos em umaforma diferente das passagens através de corte. Por exemplo, os trajetos defluxo 38 podem ser formados como sulcos ou canais formados no disco 32.

Cada trajeto de fluxo 38 é formado para aumentar a quantidadede arrasto exercido no fluido. Na concretização mostrada na Figura 2, a seçãointermediária 44 de cada trajeto de fluxo 38 é formada em uma forma espiralgeral. A forma espiral maximiza o comprimento do trajeto de fluxo 38 quandoviaja da seção de entrada 40 à seção de saída 42. A largura inicial do trajetode fluxo 38 pode ser selecionada para assegurar que o fluido rapidamenteadira às paredes internas e externas 46, 48. Na concretização preferida, alargura de cada trajeto de fluxo 38 pode gradualmente se expandir paracontrolar a velocidade do fluido quando a pressão é reduzida.

Além disso, os trajetos de fluxo 38 são formados para reduzirruído e cavitação. Nesta consideração, os trajetos de fluxo 38 evitammudanças abruptas proximamente espaçadas ou consecutivas em direção,definidas aqui como um ângulo incluído de noventa graus ou menos entrepartes de trajeto de fluxo adjacentes. Na concretização ilustrada na Figura 2,cada trajeto de fluxo 38 é formado em uma curva gradual sem qualquerângulo agudo formado entre partes adjacentes do trajeto.

Será apreciado que, se uma linha de referência 50 fordesenhada do eixo de disco 29 e uma seção de entrada de trajeto de fluxo 40,qualquer parte do trajeto de fluxo 38 se estendendo a um ângulo à linha dereferência aumentará o comprimento do trajeto de fluxo 38 quando viaja daseção de entrada 40 à saída 42. Qualquer tal comprimento de trajeto de fluxoadicional aumentará a quantidade de arrasto atuando no fluido, por esse meioefetuando uma redução de pressão. Quando acoplada com a ausência demudanças de direção abruptas proximamente espaçadas ou consecutivas notrajeto de fluxo 38, o resultado é redução gradual em pressão de fluido sem acriação de áreas adjacentes de alta e baixa pressões que podem causardesequilíbrio de fluxo, redução em eficiência de passagem, e áreas onderegiões de baixa pressão caem abaixo da pressão de vapor de líquido, quepode conduzir a intermitência e cavitação.

Se referindo à Figura 3, um disco anular alternativo 60 émostrado tendo trajetos de fluxo de fluido 62, que produzem redução depressão de multi-estágios. Cada disco 60 tem um centro oco 64 e umperímetro 66. Cada trajeto de fluxo 62 se estende de uma seção de entrada 68localizada perto do centro oco 64, por uma seção intermediária 70, e a umaseção de saída 72 posicionada perto do perímetro 66. Na concretizaçãoilustrada na Figura 3, a seção intermediária 70 de cada trajeto de fluxo 62 éformada como uma série de partes de perna planas 70a, 70b e 70c. As partesde perna 70a-c estão associadas com recuperação seguindo um estágio deredução de pressão quando o fluido flui pelo trajeto de fluxo 62. Cada ânguloformado entre partes de perna planas adjacentes 70a-c é maior do que 90°(isto é, não forma uma mudança de direção abrupta como definido aqui). Asestruturas redutoras de pressão, tais como restrições 74, 76, providas na seçãointermediária 70 podem criar quedas de pressão discretas e podem orientarfluxo de fluido a jusante. Na concretização ilustrada, a restrição 74 é formadapor uma ponta interna 78 formada em uma parede interna 80 do trajeto defluxo 62 e uma ponta externa 82 que se projeta de uma parede externa detrajeto de fluxo 84. Semelhantemente, a restrição 76 é formada por uma pontainterna 86 formada na parede interna 80 e uma ponta externa 88 formada naparede externa 84. Será apreciado que as restrições 74, 76 podem serformadas por uma única ponta formada em qualquer das paredes interna ouexterna 80, 84, ou de outra maneira que efetue uma redução de pressão.

Imediatamente a jusante de cada restrição 74, 76 está umazona de recuperação 90, 92, respectivamente. As zonas de recuperação 90, 92não têm qualquer restrição, mudanças de direção abruptas ou outra estruturaredutora de pressão nelas. Como resultado, as zonas de recuperação 90, 92permitem ao fluido se aderir novamente às paredes interna e externa 80, 84 dotrajeto de fluxo 62, de forma que arrasto redutor de pressão atue uma vez maisno fluido. As zonas de recuperação 90, 92 também permitem uma redução depressão mais previsível pela restrição seguinte, de forma que níveis de pressãopossam ser mais precisamente controlados para evitar queda abaixo dapressão de vapor do fluido. Ainda ademais, qualquer estrutura redutora depressão localizada a jusante da zona de recuperação será mais efetiva como ofluxo de fluido é aderido uma vez mais às paredes do trajeto de fluxo 62.Como resultado, um verdadeiro dispositivo de redução de pressão de fluidomulti-estágios é provido.

A geometria de trajeto de fluxo 62 a montante das restrições74, 76 pode trabalhar em conjunto com a forma e tamanho das restrições 74,76 para orientar o fluxo nas zonas de recuperação, assim evitando zonas derecirculação maiores. Como mostrado na Figura 3, a ponta externa 82 derestrição 74 é maior do que a ponta interna 78. As pontas deslocadas ajudam adirigir fluxo de fluido em direção ao centro da zona de recuperação a jusante90 para prover um perfil de velocidade de fluxo de fluido mais uniforme eprevenir áreas adjacentes de alta e baixa pressões de fluido e zonas derecuperação grandes demais. Uma vantagem de um perfil de velocidade maisuniforme é previsibilidade aumentada para estágios de redução de pressão ajusante.As seções de saída 72 estão posicionadas e orientadas paraminimizar convergência de fluido que sai de seções de saída adjacentes 72.Na concretização da Figura 3, as seções de saída estão espaçadas sobre aperiferia do disco 60. Além disso, seções de saída adjacentes estão dirigidaslonge uma da outra, de forma que fluido saindo dos trajetos de fluxoadjacentes 62 divirja.

Se referindo à Figura 4A, um disco anular 100 é mostrado, queé bastante semelhante ao disco anular 60 da Figura 3. Uma das diferençasprincipais, porém, está na forma da seção intermediária 70 de cada trajeto defluido 62a-c. Em vez de serem planas, como mostrado na Figura 3, as partesde perna 70a-c da concretização atual têm uma curva gradual, de forma que otrajeto de fluxo 62a-c mais aproximadamente se assemelhe a uma espiral.

Os trajetos de fluxo 62a-c do disco anular 100 da Figura 4Atambém incluem restrições 74, 76, 77 para produzir quedas de pressão emestágios. Trajetos de fluxo 62a e 62c são mostrados com restrições formadaspor primeira e segunda pontas projetadas de paredes de trajeto de fluxoopostas, semelhante à concretização da Figura 3. Trajeto de fluxo 62b, porém,ilustra restrições alternativas que podem ser usadas. Por exemplo, restrição74b, é formada por uma única ponta se projetando de uma das paredes detrajeto de fluxo. Restrição 76b é formada por pontas deslocadas 79a, 79b seprojetando de paredes de trajeto de fluxo opostas. Além de serem deslocadas,as pontas 79a, 79b têm perfis diferentes. Por exemplo, ponta 79b se projetamais longe no trajeto de fluxo do que ponta 79a. As várias concretizações derestrição podem ser usadas para obter as características de fluxo desejadas talcomo queda de pressão e orientação de fluxo de fluido.

O disco 100 da Figura 4 também inclui uma ponte, tal comoanel interno 102 formado no centro oco do disco 100, para facilitar fabricaçãoe montagem de discos múltiplos para formar a gaiola de regulagem. Sem oanel interno 102, cada disco seria formado de pedaços em branco em formaespiral separados 104, que seria difícil para transportar e montar. Com o anelinterno 102, os pedaços em branco 104 são mantidos na posição enquanto osdiscos são empilhados e presos juntos com relativa facilidade. O centro ocoda gaiola de regulagem é então aumentado a seu diâmetro final removendo oanel interno 102 para estabelecer comunicação fluida entre o centro oco e asseções de entrada 68. Em vez do anel interno 102, cada disco pode ter umanel externo 105 (Figura 4B) que provê os mesmos benefícios como o anelinterno. O anel externo 105 é então removido uma vez que os discos sejammontados. Além disso, os discos podem ser providos com ambos os anéisinterno e externo 102, 105, como ilustrado na Figura 4C, para ademaisestabilizar os discos durante montagem da gaiola de regulagem. Aindaademais, a ponte pode ser provida na forma de uma ou mais abas 106 (Figura4D) se estendendo entre pedaços em branco adjacentes 104. As abas 105 sãoremovidas depois que os discos são montados. Em qualquer dasconcretizações precedentes, a ponte pode ser removida por qualquer meioconhecido, tal como desbaste, esmerilhamento ou usinagem.

A ponte acima notada não é necessária para construções detrajeto de fluxo alternativas, tais como sulcos ou canais, onde pedaços embranco individuais não são criados. Em tais alternativas, os trajetos de fluxo38 podem ser formados durante fundição ou formação do disco, gravados porcorrosão na superfície do disco, ou de qualquer outra maneira adequada.

Figura 5 provê uma vista de perspectiva de uma pluralidade dediscos anulares empilhados 100. Da Figura 5, será apreciado que discosanulares adjacentes 100 podem ser girados com respeito um ao outro paracriar os trajetos de fluxo 62. Na concretização ilustrada, os anéis internos 102dos discos empilhados 100 ainda não foram removidos para expor as seçõesde entrada 68 de cada trajeto de fluxo 62.

Se referindo à Figura 6, uma concretização alternativa de discoanular 110 é mostrada,em que cada trajeto de fluxo de fluido 62 atravessamais de um disco. Na concretização ilustrada, a seção intermediária 70 incluiuma parte a montante 112 tendo uma extremidade de saída 114 e uma parte ajusante 116 tendo uma extremidade de entrada 118. Como mostrado na Figura7, múltiplos discos idênticos 110 podem ser formados e empilhados, de formaque a extremidade de saída 114 da parte a montante 112 formada em umprimeiro disco 110 se alinhe com a extremidade de entrada 118 da parte ajusante 116 formada em um segundo disco 110. Como resultado, fluido fluirádo centro oco pela parte a montante 112 do primeiro disco à extremidade desaída 114. O fluido então se transferirá pela saída sobreposta e extremidadesde entrada 114, 118 à parte a jusante 116 de um segundo disco.

A transição entre o primeiro e segundo discos cria umaestrutura redutora de pressão na forma de duas mudanças de direção de 90°consecutivas. Para minimizar os efeitos danosos das mudanças de direçãoabruptas proximamente espaçadas, cada parte de trajeto de fluxo a jusante 116inclui uma zona de recuperação 120 imediatamente a jusante da extremidadede entrada 118. As zonas de recuperação 120 permitem a turbulência nofluido se dissipar e promover aderência novamente do fluido às paredes detrajeto de fluxo. Como resultado, até mesmo por uma série (isto é, um par) demudanças de direção abruptas consecutivas pode ser provida, a queda depressão por esse meio criada é mais previsível e o efeito gradual de arrasto éaumentado. Em uma alternativa, as extremidades de saída e entrada 114, 118podem ser formadas para efetuar uma transição suave de um disco aopróximo, por esse meio evitando a criação de mudanças de direção abruptasconsecutivas.

Figura 8 mostra outra concretização de disco tendo trajetos defluxo de fluido cruzados, de forma que a colisão de fluido nos trajetos reduzapressão de fluido. O disco 130 inclui três seções de entrada 132 formadas nocentro oco 134 do disco. Cada seção de entrada 132 pode ser uma seção deentrada comum para dois trajetos de fluxo associados. Por exemplo, seção deentrada comum 132 alimenta fluido a trajetos de fluxo 136, 138. Cada trajetode fluxo 136, 138 tem uma forma geralmente espiral da seção de entrada 132a uma seção de saída 140. Cada seção de entrada 132 é preferivelmenteradialmente alinhada com um ponto de centro do centro oco 134, de formaque cada trajeto de fluxo 136, 138 receba aproximadamente metade do fluidoentrando na seção de entrada associada 132. Por causa da mudança de direçãoabrupta entre a seção de entrada 132 e os trajetos de fluxos 136, 138, zonas derecuperação 142, 144 são providas em cada trajeto de fluxo 136, 138imediatamente a jusante da seção de entrada 132.

Cada trajeto de fluxo 136, 138 inclui uma estrutura redutora depressão na forma de interseções de trajeto de fluxo. Como cada trajeto defluxo 136, 138 se estende em direção a um perímetro 146 do disco 130, elecruza com cada outro trajeto de fluxo. Por exemplo, trajeto de fluxo 138intercepta com um trajeto de fluxo 148 em interseção 150. Trajeto de fluxo138 ademais cruza um trajeto de fluxo 152 em interseção 154. Finalmente,trajeto de fluxo 138 intercepta trajeto de fluxo 136 em interseção 156. Cadatrajeto de fluxo é provido com zonas de recuperação suficientes a jusante decada interseção. Por exemplo, trajeto de fluxo 138 é formado com uma zonade recuperação 158 entre interseções 150 e 154. Além disso, zona derecuperação 160 é provida entre interseções 154 e 156.

Em operação, será apreciado que o fluido passando pelostrajetos de fluxo colidirá nas interseções. As colisões de fluido dissipamenergia no fluido e reduzem pressão de fluido. Como resultado, o própriomovimento do fluido é usado para aumentar dissipação de energia e efetuaruma redução de pressão.

Os trajetos de fluxo podem ser co-planares, de forma que cadainterseção crie uma mudança abrupta em direção do fluxo de fluido. Nainterseção 150, por exemplo, fluido viajando por trajeto de fluxo 138 podealcançar a interseção 150 e defletir na parte a jusante de trajeto de fluido 148,como sugerido por seta 162. Igualmente, fluido na parte a montante de trajetode fluxo 148 pode alcançar a interseção 150 e defletir em uma parte a jusantedo trajeto de fluxo 138, como sugerido por seta 164. Fluido fluindo por estestrajetos, portanto, pode experimentar uma mudança abrupta em direção.

Enquanto normalmente a mudança abrupta em direção pode resultar emcaracterísticas de fluxo indesejáveis, as zonas de recuperação providas ajusante de cada interseção, tal como zona de recuperação 158, minimizam osefeitos prejudiciais de tais mudanças de direção abruptas e permitem a quedade pressão associada com ela ser mais previsível. Como resultado, a queda depressão total desejada pelo disco 130 pode ser mais confiantemente calculadae projetada.

Alternativamente, os trajetos de fluxo podem ser deslocadosantes de cada interseção para reduzir ou eliminar mudanças de direçãoabruptas no fluxo de fluido, enquanto ainda criando perdas adicionais pelaação de uma camada de cisalhamento de fluido entre os dois fluxos. Comomostrado na Figura 8, trajeto de fluxo 136 pode interceptar com trajeto defluxo 166 em interseção 168. A montante da interseção 168, trajeto de fluxo136 pode incluir uma rampa 170, que dirige fluxo de fluido para uma partesuperior da interseção 168, enquanto trajeto de fluxo 166 pode incluir umarampa 172, que dirige fluxo de fluido para uma parte inferior da interseção168. Como resultado, fluido que flui de trajetos 136, 166 em interseção 168continuará ao longo de seus trajetos respectivos, sem mudar abruptamente dedireção. Enquanto a queda de pressão na interseção 168 não é tão grandequanto aquela associada com interseção planar 150, energia no fluido édissipada devido às forças de cisalhamento criadas pelas correntes de fluxo defluido adjacentes.

Se referindo agora à Figura 9, um disco anular 190 é mostradotendo múltiplas sub-saídas 192. Um trajeto de fluxo 62 é formado no disco190 tendo uma seção de entrada 68, uma seção intermediária 70 e uma seçãode saída 72. A seção de entrada 68 e seção intermediária 70 podem serformadas de qualquer das maneiras descritas acima com referência às váriasconcretizações. A seção de saída 72, porém, inclui uma seção de sub-fluxodividida 192 que forma primeira e segunda saídas de sub-fluxo 194. Asmúltiplas saídas de sub-fluxo 194 aumentam a quantidade de contato entre ofluido e as paredes de trajeto, por esse meio aumentando arrasto viscoso.

Enquanto a presente descrição é dirigida para incluir odispositivo redutor de pressão de fluido desta invenção em uma válvula decontrole de fluido de estrangulamento, é compreendido que a invenção nãoestá assim limitada. O dispositivo pode ser implementado como uma restriçãofixa em uma tubulação tanto a montante ou a jusante de uma válvula decontrole, ou inteiramente independente do local de uma válvula de controle.

A descrição detalhada precedente foi dada para clareza deentendimento somente, e nenhuma limitação desnecessária deveria serentendida dela, como modificações serão óbvias àqueles qualificados natécnica.

Claims

1. Dispositivo de redução de pressão de fluido, caracterizadopelo fato de compreender:uma pluralidade de discos empilhados tendo um perímetro eum centro oco alinhado ao longo de um eixo longitudinal;cada disco tendo pelo menos um trajeto de fluxo se estendendoentre o centro oco e o perímetro, o trajeto de fluxo incluindo uma seção deentrada, uma seção de saída e uma seção intermediária se estendendo entre asseções de entrada e saída;cada seção intermediária de trajeto de fluxo incluindo umaestrutura redutora de pressão e uma zona de recuperação posicionadaimediatamente a jusante da estrutura redutora de pressão.

2. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura redutora de pressãoinclui um par de mudanças de direção abruptas no trajeto de fluxo.

3. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção intermediária de trajetode fluxo inclui uma pluralidade de partes de perna planas.

4. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 1, caracterizado pelo fato de que paredes opostas da seçãointermediária de trajeto de fluxo divergem gradualmente uma da outra quandoa seção intermediária de trajeto de fluxo avança da seção de entrada à seçãode saída.

5. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura redutora de pressãoinclui uma restrição.

6. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a restrição inclui uma primeiraponta se estendendo de uma primeira parede do trajeto de fluxo.

7. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a restrição ademais inclui umasegunda ponta se estendendo de uma segunda e oposta parede do trajeto defluxo.

8. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a primeira ponta se estendemais longe no trajeto de fluxo do que a segunda ponta.

9. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a primeira e segunda pontassão deslocadas, de forma que a primeira ponta esteja posicionada a montanteda segunda ponta.

10. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada trajeto de fluxo incluimúltiplas estruturas redutoras de pressão na seção intermediária e uma zonade recuperação associada posicionada imediatamente a jusante de cadaestrutura redutora de pressão, em que cada par de estrutura redutora depressão e zona de recuperação efetua um estágio de queda de pressão.

11. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção intermediária de trajetode fluxo é curvada para formar uma espiral.

12. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a seção de entrada estáalinhada ao longo da linha de referência de disco radial e inclui uma zona derecuperação de entrada.

13. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma parte a jusante da seçãointermediária de trajeto de fluxo inclui primeira e segunda saídas de sub-fluxo.

14. Dispositivo de redução de pressão de fluido, caracterizadopelo fato de incluir:uma pluralidade de discos empilhados tendo um perímetro eum centro oco alinhado ao longo de um eixo longitudinal;cada disco tendo pelo menos um trajeto de fluxo se estendendoentre o centro oco e o perímetro, o trajeto de fluxo incluindo uma seção deentrada, uma seção de saída e uma seção intermediária se estendendo entre asseções de entrada e saída;cada seção intermediária de trajeto de fluxo incluindo umarestrição e uma zona de recuperação associada posicionada imediatamente ajusante da restrição, em que a restrição dirige fluxo substancialmente emdireção a um centro da zona de recuperação associada.

15. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 14, caracterizado pelo fato de que paredes opostas da seçãointermediária de trajeto de fluxo divergem gradualmente uma da outra quandoa seção intermediária de trajeto de fluxo avança da seção de entrada à seçãode saída.

16. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a restrição inclui umaprimeira ponta se estendendo de uma primeira parede do trajeto de fluxo.

17. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a restrição ademais incluiuma segunda ponta se estendendo de uma segunda e oposta parede do trajetode fluxo.

18. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira ponta se estendemais longe no trajeto de fluxo do que a segunda ponta.

19. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira e segunda pontassão deslocadas, de forma que a primeira ponta esteja posicionada a montanteda segunda ponta.

20. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 14, caracterizado pelo fato de que cada trajeto de fluxo incluimúltiplas restrições na seção intermediária e uma zona de recuperaçãoassociada posicionada imediatamente a jusante de cada restrição, em que cadarestrição dirige fluxo substancialmente em direção a um centro da zona derecuperação associada e cada par de zona de recuperação e restrição efetuaum estágio de queda de pressão.

21. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a seção intermediária detrajeto de fluxo é curvada para formar uma espiral.

22. Dispositivo de redução de pressão de fluido, caracterizadopelo fato de compreender:uma pluralidade de discos empilhados tendo uma periferia eum centro oco alinhado ao longo de um eixo longitudinal;cada disco tendo pelo menos um trajeto de fluxo se estendendoentre o centro oco e o perímetro, o trajeto de fluxo incluindo uma seção deentrada, uma seção de saída e uma seção intermediária se estendendo entre asseções de entrada e saída, em que paredes opostas da seção intermediária detrajeto de fluxo divergem uma da outra quando a seção intermediária detrajeto de fluxo avança da seção de entrada à seção de saída.

23. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 22, caracterizado pelo fato de que cada seção intermediária detrajeto de fluxo tem uma forma geralmente espiral.

24. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 22, caracterizado pelo fato de que cada seção intermediária detrajeto de fluxo inclui uma estrutura redutora de pressão e uma zona derecuperação posicionada imediatamente a jusante da estrutura redutora depressão.

25. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a estrutura redutora depressão inclui um par de mudanças de direção abruptas no trajeto de fluxo.

26. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a estrutura redutora depressão inclui uma restrição.

27. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a restrição inclui umaprimeira ponta se estendendo de uma primeira parede do trajeto de fluxo.

28. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a restrição ademais incluiuma segunda ponta se estendendo de uma segunda e oposta parede do trajetode fluxo.

29. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a primeira ponta se estendemais longe no trajeto de fluxo do que a segunda ponta.

30. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a primeira e segunda pontassão deslocadas, de forma que a primeira ponta esteja posicionada a montanteda segunda ponta.

31. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 24, caracterizado pelo fato de que cada trajeto de fluxo incluimúltiplas estruturas redutoras de pressão na seção intermediária e uma zonade recuperação associada posicionada imediatamente a jusante de cadaestrutura redutora de pressão, em que cada par de estrutura redutora depressão e zona de recuperação efetua um estágio de queda de pressão.

32. Dispositivo de redução de pressão de fluido, caracterizadopelo fato de incluir:uma pluralidade de discos empilhados tendo um perímetro eum centro oco alinhado ao longo de um eixo longitudinal; ecada disco tendo primeiro e segundo trajetos de fluxo seestendendo entre o centro oco e o perímetro, o primeiro trajeto de fluxoincluindo uma seção de entrada, uma seção de saída e uma seçãointermediária se estendendo entre as seções de entrada e saída, o segundotrajeto de fluxo tendo uma seção de entrada, uma seção de saída e uma seçãointermediária se estendendo entre as seções de entrada e saída;em que a segunda seção intermediária de trajeto de fluxo e aprimeira seção intermediária de trajeto de fluxo se cruzam em uma interseção;eem que cada uma da primeira e segunda seções intermediáriasde trajeto de fluxo incluindo uma zona de recuperação a jusante da interseção.

33. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o primeiro e segundo trajetosde fluxo são dirigidos em direção à interseção substancialmente no mesmoplano, de forma que fluido fluindo pelo primeiro e segundo trajetos de fluxosofra uma mudança de direção abrupta na interseção.

34. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o primeiro trajeto de fluxoinclui uma primeira rampa a montante da interseção dirigida a um primeiroplano e o segundo trajeto de fluxo inclui uma segunda rampa a montante dainterseção dirigida a um segundo plano, de forma que fluido fluindo peloprimeiro e segundo trajetos de fluxo crie forças de cisalhamento na interseção.

35. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 32, caracterizado pelo fato de que a primeira seção de entradade trajeto de fluxo e a segunda seção de entrada de trajeto de fluxo sãoprovidas integralmente como uma seção de entrada comum.

36. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 35, caracterizado pelo fato de que a seção de entrada comum estáalinhada ao longo de uma linha de referência de disco radial se estendendo doeixo à seção de entrada comum, de forma que volumes substancialmente iguaisde fluido entrem no primeiro e segundo trajetos de fluxo.

37. Dispositivo de redução de pressão de fluido, caracterizadopelo fato de compreender:uma pluralidade de discos empilhados tendo uma espessura edefinindo um perímetro e um centro oco alinhado ao longo de um eixolongitudinal;cada disco tendo pelo menos um trajeto de fluxo se estendendoentre o centro oco e o perímetro, o trajeto de fluxo incluindo uma seção deentrada, uma seção de saída e uma seção intermediária se estendendo entre asseções de entrada e saída;em que cada trajeto de fluxo se estende pela espessura inteirado disco para prover um trajeto de fluxo através de corte, cada trajeto de fluxoatravés de corte dividindo o disco em pelo menos primeira e segunda partesem branco.

38. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 37, caracterizado pelo fato de que cada disco ademais incluiuma primeira parte de ponte se estendendo entre a primeira e segunda partesem branco.

39. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 38, caracterizado pelo fato de que a primeira parte de ponteinclui uma parte de anel interno se estendendo sobre a parte interior do disco.

40. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 38, caracterizado pelo fato de que a primeira parte de ponteinclui uma parte de anel externo se estendendo sobre o perímetro do disco.

41. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 38, caracterizado pelo fato de que a primeira parte de ponteinclui uma aba se estendendo entre a primeira e segunda partes em branco.

42. Dispositivo de redução de pressão fluido de acordo comreivindicação 38, caracterizado pelo fato de que cada disco ademais incluiuma segunda parte de ponte.

43. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 41, caracterizado pelo fato de que a primeira parte de ponteinclui uma parte de anel interno se estendendo sobre o centro oco do disco, e asegunda parte de disco inclui uma parte de anel externo se estendendo sobre operímetro do disco.

44. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 41, caracterizado pelo fato de que a primeira e segunda partesde ponte incluem primeira e segunda abas se estendendo entre partes embranco adjacentes.

45. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 37, caracterizado pelo fato de que paredes opostas de cadaseção intermediária de trajeto de fluxo através de corte divergemgradualmente uma da outra quando a seção intermediária de trajeto de fluxoavança da seção de entrada à seção de saída.

46. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 37, caracterizado pelo fato de que cada seção intermediária detrajeto de fluxo através de corte é curvada para formar uma espiral.

47. Dispositivo de redução de pressão de fluido de acordo comreivindicação 37, caracterizado pelo fato de que cada seção intermediária detrajeto de fluxo inclui uma estrutura redutora de pressão e uma zona derecuperação posicionada imediatamente a jusante da estrutura redutora de pressão.

48. Método para montar um dispositivo de redução de pressãode fluido, caracterizado pelo fato de compreender:formar uma pluralidade de discos tendo pelo menos um trajetode fluxo se estendendo entre um centro oco e um perímetro do disco, cadatrajeto de fluxo incluindo uma seção de entrada, uma seção de saída e umaseção intermediária se estendendo entre as seções de entrada e saída, o trajetode fluxo dividindo o disco em pelo menos primeira e segunda partes embranco, cada disco ademais incluindo uma primeira parte de ponte seestendendo entre a primeira e segunda partes em branco; empilhar os discos ao longo de um eixo;prender os discos empilhados juntos para formar umamontagem de discos empilhados;remover a primeira parte de ponte de cada disco na montagemde discos empilhados.

49. Método de acordo com reivindicação 48, caracterizadopelo fato de que a primeira parte de ponte inclui uma parte de anel interno seestendendo sobre a parte interior do disco.

50. Método de acordo com reivindicação 48, caracterizadopelo fato de que a primeira parte de ponte inclui uma parte de anel externo seestendendo sobre o perímetro do disco.

51. Método de acordo com reivindicação 48, caracterizadopelo fato de que a primeira parte de ponte inclui uma aba se estendendo entrea primeira e segunda partes em branco.

52. Método de acordo com reivindicação 48, caracterizadopelo fato de que o disco ademais inclui uma segunda parte de ponte, e em queo método ademais inclui a etapa de remover a segunda parte de ponte de cadadisco na montagem de discos empilhados.

53. Método de acordo com reivindicação 52, caracterizadopelo fato de que a primeira parte de ponte inclui uma parte de anel interno seestendendo sobre a parte interior do disco, e a segunda parte de disco incluiuma parte de anel externo se estendendo sobre o perímetro do disco.

54. Método de acordo com reivindicação 52, caracterizadopelo fato de que a primeira e segunda partes de ponte compreendem primeirae segunda abas se estendendo entre partes em branco adjacentes.