BR102012008482A2

BR102012008482A2 - Aparelho para um poço e método de fabricação de uma válvula de comporta

Info

Publication number: BR102012008482A2
Application number: BR102012008482-1A
Authority: BR
Inventors: Tang Fei; Bonner Kahn Jon
Original assignee: Vetco Gray Inc
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2018-02-27
Also published as: CN102734483A; BR102012008482B1; AU2012201962B2; US20120261603A1; AU2012201962A1; US9206910B2; SG185206A1; SG10201406214UA; GB2490021B; MY162315A; GB2490021A; NO20120420A1; GB201205964D0

Abstract

aparelho para um poço e método de fabricação de uma válvula de comporta. a presente invenção se refere de modo geral a válvulas, e em particular a uma comporta e/ou uma vedação de sede em um corpo de válvula com um substrato que compreende um compósito da matriz da liga para revestimento contra desgaste (hardfacing) e/ou cerâmica que permite uma capacidade de carga de apoio aumentada. um aparelho para um poço compreende uma válvula de comporta (10) que tem um corpo (11) com uma câmara (18); uma passagem de fluxo (12) que tem um eixo e que é estendida através e que intercepta a câmara (18); uma sede anular (20) na interseção da passagem de fluxo (12) e da câmara (18); e uma comporta (14) na cavidade (18) e que tem uma face de engate (26) que engata deslizantemente em uma face de engate (28) sobre a sede (20) ao mesmo tempo em que é movida entre as posições aberta e fechada, sendo que pelo menos uma das faces de engate (26, 28) da sede anular (20) e a face de engate da comporta (14) compreendem um substrato do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste (44, 48) com um revestimento de baixo atrito (30).

Description

(54) Título: APARELHO PARA UM POÇO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA VÁLVULA DE COMPORTA (51) Int. Cl.: E21B 34/02; F16K 25/02 (30) Prioridade Unionista: 12/04/2011 US 13/085,315 (73) Titular(es): VETCO GRAY INC (72) Inventor(es): FEI TANG; JON BONNER KAHN (74) Procurador(es): PRISCILA PENHA DE BARROS THEREZA (57) Resumo: APARELHO PARA UM POÇO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA VÁLVULA DE COMPORTA. A presente invenção se refere de modo geral a válvulas, e em particular a uma comporta e/ou uma vedação de sede em um corpo de válvula com um substrato que compreende um compósito da matriz da liga para revestimento contra desgaste (hardfacing) e/ou cerâmica que permite uma capacidade de carga de apoio aumentada. Um aparelho para um poço compreende uma válvula de comporta (10) que tem um corpo (11) com uma câmara (18); uma passagem de fluxo (12) que tem um eixo e que é estendida através e que intercepta a câmara (18); uma sede anular (20) na interseção da passagem de fluxo (12) e da câmara (18); e uma comporta (14) na cavidade (18) e que tem uma face de engate (26) que engata deslizantemente em uma face de engate (28) sobre a sede (20) ao mesmo tempo em que é movida entre as posições aberta e fechada, sendo que pelo menos uma das faces de engate (26, 28) da sede anular (20) e a face de engate da comporta (14) compreendem um substrato do compósito da matriz de cerâmica e/ou l(...)

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1/15 “APARELHO PARA UM POÇO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA VÁLVULA DE COMPORTA”

Campo da Invenção [001] A presente invenção se refere de modo geral a válvulas, e em particular a uma comporta e/ou uma vedação de sede em um corpo de válvula com um substrato que compreende um compósito da matriz da liga para revestimento contra desgaste (hardfacing) e/ou cerâmica que permite uma capacidade de carga de apoio aumentada.

Antecedentes da Invenção [002] Válvulas de comporta são tipicamente utilizadas quando são requeridos um fluxo de fluido em linha reta e restrição mínima de fluxo. Tipicamente, a comporta tem o corpo com uma cavidade e uma passagem de fluxo estendida através do corpo e que intercepta a cavidade para permitir o fluxo através da válvula. Quando a válvula é totalmente aberta, a comporta é estirada em uma extremidade da cavidade da válvula distante da passagem de fluxo. A passagem de fluxo tipicamente tem dimensões idênticas às do tubo em que a válvula é instalada.

[003] Uma típica válvula de comporta utilizada em associação à produção de petróleo e gás tem uma passagem de fluxo que intercepta uma cavidade central na válvula. As sedes são colocadas em rebaixamentos formados na passagem do fluxo na interseção da passagem de fluxo com a cavidade. Uma obstrução ou comporta é movida além das sedes entre as posições aberta e fechada para selar a cavidade da passagem.

[004] As sedes em geral têm vedações que selam a sede ao rebaixamento da passagem de fluxo. Estas vedações impedem a entrada de fluido da cavidade central ou câmara do corpo na passagem de fluxo a jusante. Quando a comporta é aberta, as vedações não desempenham qualquer função. Para válvulas de comporta projetadas com vedação unidirecional

2/15 quando a comporta é fechada, o fluido fluirá além da sede a montante para o interior da câmara ou cavidade do corpo. A pressão do fluido na câmara é vedada pela vedação da sede a jusante formada entre a comporta e a sede. Além disso, uma tela de areia também pode ser posicionada nas sedes pra proteger a válvula da entrada de areia. Para válvulas de comporta projetadas com vedação bidirecional quando a comporta é fechada, o fluido é mantido em um lado da comporta e seu fluxo é impedido de escoar para o interior da câmara ou cavidade do corpo.

[005] Quando válvulas de comporta são submetidas a ambientes de alta pressão, a carga de apoio entre a sede e a comporta aumenta e com isso as válvulas de comporta devem ser capazes de tolerar a carga de apoio aumentada. Este em especial é o caso na face a jusante da comporta à medida que a comporta é forçada sobre a sede. Em geral pode resultar em uma deformação local da comporta onde faz contato com a sede, tornando mais difícil ou impossível atuar a comporta entre as posições aberta e fechada. Para conter este problema, o tamanho da válvula, os atuadores, e a árvore podem ser aumentados, resultando em custos e peso adicionais.

[006] Uma abordagem utilizada para lidar com esta questão tem sido revestir a comporta (metal) e a sede com um revestimento fino formado por partículas de carboneto de tungstênio com aglutinante metálico CoCr (revestimento de WCCoCr) em função de sua dureza e baixo atrito. Revestimentos de Carbono Semelhante à Diamante (DLC) também têm sido utilizados no topo dos revestimentos de WCCoCr para reduzir ainda mais o atrito. No entanto, Há um limite para a carga de apoio além da qual estes revestimentos tendem a deformar ou formar saliências localmente, gerando tensões nos revestimentos, limitando assim a carga de apoio. Por fim, é possível resultar em vazamento e dificuldade na operação da válvula da comporta. Outra abordagem para controlar esta carga de apoio é aumentar a

3/15 área da superfície da sede aumentando seu diâmetro. No entanto ocorre um efeito involuntário de aumentar a força aplicada devido a um aumento da área de pressão efetiva. O retorno no controle da carga de apoio com este método é reduzido com válvulas de pressão mais alta, resultando em válvulas cada vez maiores, bem como os atuadores necessários para abrir e fechar as válvulas. Outra abordagem tem sido a tentativa de utilizar comportas e sedes cerâmicas sólidas ou carboneto cimentado para obter uma capacidade de carga de apoio mais alta. O problema até o momento é que as altas temperaturas requeridas para sinterizar as partes sólidas tipicamente resulta em propriedades degradadas do carboneto, o que por sua vez resulta em uma baixa textura superficial e atrito elevado.

[007] Há demanda por uma técnica que aumente a capacidade de carga de apoio em válvulas de comporta e minimize o atrito sem um aumento no tamanho do atuador ou árvore de produção.

Descrição da Invenção [008] Uma válvula de comporta que tem um substrato de um material compósito de matriz metálica e cerâmica com aumento de rigidez e dureza, em relação aos metais correntes utilizados nas comportas e sedes, acima do qual é aplicado um revestimento de baixo atrito. Um exemplo de um substrato do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste é o carboneto de tungstênio em uma matriz de cobalto. A maior rigidez e dureza do substrato do material compósito de matriz metálica e cerâmica suportam os revestimentos e aumenta a capacidade de carga de apoio líquida e, portanto, a eficiência da válvula. Nas tentativas anteriores, deformações locais do metal mais maleável sob uma camada de revestimento fina e mais dura causou a falha prematura do revestimento. Com um substrato abaixo do revestimento de maior dureza e rigidez que o metal subjacente, isto pode ser evitado. Usando um substrato de maior rigidez e dureza, a

4/15 capacidade de carga de apoio do mesmo revestimento, que foi previamente aplicada diretamente ao metal, será, por conseguinte, aumentada. Esta combinação de substrato e revestimento permitirá que a sede tenha um menor diâmetro de vedação e que a comporta seja menos larga em virtude da necessidade reduzida para a área de suporte de apoio. Em consequência disso, o atrito e a força líquida entre a sede e comporta são diminuídos; reduzindo a demanda de força e energia sobre o atuador hidráulico da válvula. Isto pode ser obtido de três formas básicas, com múltiplas combinações derivadas dessas três formas.

[009] Em uma primeira realização da invenção, uma válvula de comporta tem um corpo com uma cavidade e uma passagem de fluxo que intercepta a cavidade. As sedes são montadas no corpo na interseção da passagem de fluxo e da cavidade. Uma comporta na cavidade tem uma face de engate que engata deslizantemente na face de cada sede ao mesmo tempo em que é movida entre as posições aberta e fechada. Tanto as sedes quanto a comporta são construídas de um substrato do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste que tem dureza e rigidez maiores que do metal da comporta, como o Inconel. Um revestimento de baixo atrito pode ser aplicado a um ou aos dois substratos, o substrato da comporta e o substrato da sede.

[010] Em uma segunda realização da invenção, uma válvula de comporta tem um corpo com uma cavidade e uma passagem de fluxo que intercepta a cavidade. Sedes metálicas são montadas no corpo na interseção da passagem de fluxo e da cavidade. Um anel da sede do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste é montado em cada sede e tem uma face de engate que é revestida com um material de baixo atrito. Uma comporta na cavidade tem uma face de engate que engata deslizantemente na face de cada sede ao mesmo tempo em que é movida

5/15 entre as posições aberta e fechada. A comporta é composta de uma base metálica ensanduichado entre duas placas de compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste, cujas superfícies externas são revestidas com um material de baixo atrito.

[011] Em uma terceira realização da invenção, uma válvula de comporta tem um corpo com uma cavidade e uma passagem de fluxo que intercepta a cavidade. Sedes metálicas são montadas no corpo na interseção da passagem de fluxo e da cavidade. Uma comporta na cavidade tem duas faces de engate que engatam deslizantemente na face de cada sede ao mesmo tempo em que é movida entre as posições aberta e fechada. Um revestimento contra desgaste de compósito de matriz metálica e cerâmica com espessura aproximada de 0,3175 cm (1/8 de polegada) ou menos é aplicado por uma técnica de soldagem, metalurgia do pó ou técnica de pulverização térmica sobre as superfícies de engates da comporta e das duas sedes. A comporta é composta de uma base metálica ensanduichada entre dois revestimentos contra desgaste do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste, cujas superfícies externas são revestidas com um material de baixo atrito. A sede é composta de uma base metálica com a superfície de engate revestida com um revestimento contra desgaste do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste e então revestia com um material de baixo atrito. Esta técnica de revestimento contra desgaste pode ser utilizada em cada uma das realizações apresentadas como uma alternativa ao uso de um substrato da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste para proporcionar uma superfície mais rígida.

[012] Qualquer combinação das configurações de substrato de sede e comporta previamente descritas também é possível. Por exemplo, um projeto de válvula pode favorecer uma sede metálica revestida contra desgaste com uma

6/15 comporta de cerâmica sólida, enquanto outra válvula pode ser melhor adequada para uso em uma sede metálica/ anel de sede cerâmico com uma configuração de comporta com revestimento contra desgaste.

[013] Um benefício adicional para todas as configurações descritas é que há potencial para uma função de corte. Em algumas válvulas de comporta, uma exigência é que o hardware, como cabos, ferramental, etc., deixado no orifício aberto da válvula deve ser capaz de ser cisalhada pela comporta e ainda permitir que a válvula feche e efetue a vedação. Nestas configurações, a comporta e/ou sede são tipicamente adaptadas com algum tipo de bordas excepcionalmente duras e possivelmente afiadas em seus perímetros de engate do diâmetro interno. Em muitos casos esta lâmina/borda é de cerâmica. As configurações sugeridas requerem modificações mínimas, se houver, para desempenhar esta função, visto que as superfícies de interface já são feitas de cerâmica ou carboneto cimentado, ou equipadas com uma placa de cerâmica ou carboneto cimentado ou superfície revestida contra desgaste por carboneto cimentado.

Breve Descrição dos Desenhos [014] A Figura 1 é um vista em seção parcial vertical de uma válvula de comporta, de acordo com uma realização da invenção.

[015] A Figura 2 é um vista em corte de uma porção de um corpo de válvula mostrado na Figura 1, de acordo com uma realização da invenção.

[016] A Figura 3 é um vista em corte ampliada da sede e comporta revestidas mostradas na Figura 2, de acordo com uma realização da invenção.

[017] A Figura 4 é um vista em corte de uma realização alternativa da trajetória do fluxo da válvula mostrado na Figura 1, de acordo com uma realização da invenção.

7/15 [018] A Figura 5 é um vista em corte ampliada da interface da placa da comporta e anel da sede revestidos mostrado na Figura 4, de acordo com uma realização da invenção.

[019] A Figura 6 é uma realização alternativa de uma interface da comporta e anel da sede revestida, de acordo com uma realização da invenção.

[020] A Figura 7 é uma realização alternativa de uma interface da placa da comporta e sede revestidos, de acordo com uma realização da invenção.

[021] A Figura 8 é uma realização alternativa de uma sede e comporta revestidas com revestimento contra desgaste mostrado, de acordo com uma realização da invenção.

Descrição de Realizações da Invenção [022] Fazendo referência à Figura 1, é mostrada uma realização exemplificativa de uma válvula de comporta 10. A válvula de comporta 10 tem um corpo 11 e uma passagem de fluxo 12 estendida transversalmente ao corpo 11. A válvula 10 tem uma comporta 14 com uma abertura 16 através da mesma. Uma comporta 14 é mostrada na posição aberta com a abertura 16 coincidente com a passagem 12. A comporta 14 percorre o interior de uma cavidade 18 no corpo 11 que é transversal à e interceptada pela passagem 12. O termo “substrato” é utilizado em todo o documento para descrever uma placa afixada a uma estrutura subjacente, uma camada soldada sobre uma estrutura subjacente, ou uma estrutura sólida, sendo que a placa, camada, ou estrutura sólida compreende um compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste.

[023] Com referência às Figuras 2 e 3, ilustrações mais detalhadas e ampliadas de uma realização exemplificativa da válvula de comporta 10 da Figura 1 são mostradas para fins de clareza e para melhor

8/15 explicar a invenção. Sedes de válvula em forma de anel 20 vedam de encontro aos rebaixamentos 24 formados sobre o corpo 11. As sedes 20 têm aberturas que circunscrevem a passagem 12 em lados opostos da comporta 14. A comporta 14 está em contato com as sedes 20 nas duas posições aberta e fechada. Nesta realização, as sedes 20 e a comporta 14 são formadas de um compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste, como carboneto de tungstênio com um aglutinante de cobalto ou níquel. A dureza do carboneto cimentado pode variar entre Rockwell C 72-73, que é aproximadamente duas vezes mais duro que o 36 Rockwell C médio do material padrão Inconel 718 existente tipicamente utilizado na fabricação estas partes. Ademais, o módulo de elasticidade do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste pode ser da ordem de 330948,44 MPa (48.000 Ksi), tornando-o aproximadamente 65% mais rígido que a liga metálica do Inconel 718 padrão, que tem módulo de elasticidade de 199948,01 MPa (29.000 Ksi). As propriedades do material podem ser alteradas com tratamentos térmicos. Diversas composições dos compostos do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste podem ser utilizadas para a sede 20 e para a comporta 14, no entanto, um material candidato, ao qual não está limitada a invenção, é um material de classificação 86%WC10%Co4%Cr.

[024] Em um exemplo de operação, uma haste 17 (Figura 2) conectada à comporta 14 move a comporta 14 para a posição aberta e coincide a abertura 16 da comporta 14 com a passagem de fluxo 12 da válvula 10, permitindo desta forma o fluxo através da válvula 10. Quando a comporta 14 é fechada, a abertura 16 deixa de coincidir com a passagem de fluxo 12 e deste modo o fluxo é interrompido. A comporta 14 tem uma face de engate 26 em cada lado que promove a interface com uma face da sede 28 em cada uma das sedes 20. Para minimizar o atrito durante a atuação da comporta 14, as

9/15 superfícies de interface 26, 28 entre as sedes 20 e a comporta 14 são revestidas com revestimentos de baixo atrito 30, 32, como um revestimento de Carbono Semelhante à Diamante (DLC). O revestimento de DLC 30, 32 pode ser depositado sobre as faces 26, 28 a uma temperatura mais baixa que a temperatura utilizada durante a fabricação das partes do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste, da sede 20 e da comporta 14 nesta realização. Isso resulta nos revestimentos 26, 28 que têm uma superfície de atrito mais baixo e qualidade mais alta que as partes do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste em si.

[025] Continuando a fazer referência às Figuras 2 e 3, enquanto a comporta 14 é aberta, o fluido está escoando através da trajetória do fluxo 12. Quando a comporta 14 é fechada, a pressão aumenta a montante da comporta 14, resultando em um aumento na carga de apoio sobre a sede 20 e a comporta 14. Como já discutido, nas configurações existentes, a carga de apoio aumentada causaria a deflexão local das sedes metálicas e da comporta. No entanto, a cerâmica significativamente mais dura e mais rígida que constitui as sedes 20 e a comporta 14, nesta realização, ajudam a impedir a deflexão local e o acúmulo de tensão associado relacionado a metais mais maleáveis.

[026] Em outra realização, ilustrada nas Figuras 4 e 5, as sedes de válvula em forma de anel 40 formam vedações de encontro a um rebaixamento 24 formado sobre o corpo 11. Assim como na realização previamente descrita, as sedes 40 têm aberturas que circunscrevem a passagem 12 em lados opostos da comporta 14. Uma comporta 42 é composta de um material metálico localizado entre duas placas compósitas de metal e cerâmica 44, cujas superfícies externas são revestidas com um revestimento com material de baixo atrito 46, como o carboneto de tungstênio em uma matriz de cobalto que tem um revestimento de DLC. Na realização mostrada, a placa

10/15 é unida à comporta 42, por exemplo, por meio de soldagem, brasagem, ou soldadura. Como mostra a Figura 5, os anéis da sede 48 são mostrados sobre um lado das sedes 40 voltado para a face a montante e a jusante da comporta 14. A placa ou substrato 44 da comporta 42 está sobre a face a montante e a jusante. O anel da sede 48 encaixa dentro de um recesso anular ou receptáculo 50 formado sobre a sede 40. A periferia externa do recesso 50 é ajustada radialmente para dentro a partir do diâmetro externo da sede 40 e forma um aro 52 ao longo da periferia externa do recesso 50. O anel da sede 48 pode ser unido à sede 40 ou é permitido que forme uma autovedação de encontro à sede 40 e placa 44 sobre a comporta 42. As placas 44 podem variar em espessura de 0,317 cm a 1,270 cm (1/8 a 1/2) dependendo do ambiente de pressão e têm uma face 54 que engata seletivamente em uma face de engate 56 do anel da sede 48. Em uma realização exemplificativa, a face 27 e a face 28 estão assentadas em planos substancialmente paralelos que são transversais à passagem 12. A face de engate 54 da placa 44 é revestida com o revestimento de baixo atrito 46 e a face de engate 56 do anel da sede 48 também pode ser revestida com um revestimento com material de baixo atrito 58. A comporta 42 pode ser mais fina que as comportas existentes a fim de acomodar as placas 44. Tanto o anel da sede 48 quanto a placa 44 podem ser formadas de um compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste, como carboneto de tungstênio com um aglutinante de cobalto ou níquel. A dureza do carboneto cimentado pode ser aproximadamente de Rockwell C 72-73. O material da sede 40 e da comporta 42 pode ser feito de ligas de aço resistentes à corrosão como uma das seguintes: Inconel (um liga níquel-cromo); aço de baixa liga de alta qualidade; aço inoxidável; combinações dos mesmos; ou outro material metálico adequado. O Inconel 718, por exemplo, tipicamente tem um Número de Dureza Rockwell (HRN) na escala C entre 32 e 40. As propriedades do material podem ser alteradas pelo

11/15 processo de tratamento térmico. Assim, a realização exemplificativa da placa de carboneto cimentado 44 e do anel da sede 48 pode ser aproximadamente duas vezes mais dura que do material do Inconel 718. Ademais, o módulo de elasticidade da placa de carboneto cimentado 44 e do anel da sede 48 é aproximadamente 65% mais rígido que o Inconel 718 padrão. Assim como na primeira realização, várias composições do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgastes podem ser utilizadas para o substrato 44 e o anel da sede 48.

[027] Em um exemplo de operação para esta realização, a haste 17 move a comporta 42 até a posição aberta e coincide a abertura 16 da comporta 42 com a passagem de fluxo 12 da válvula 10, permitindo deste modo o fluxo através da válvula 10. Quando a comporta é fechada, a abertura 16 deixa de coincidir com a passagem de fluxo 12 e assim o fluxo é interrompido. Como já discutido, quando a comporta 42 é fechada, a pressão aumenta a montante da comporta 42, resultando em um aumento na carga de apoio sobre a sede 40 e a comporta 42. Como discutido anteriormente, nas configurações existentes, a carga de apoio aumentada causaria a deflexão local da sede 40 e a comporta 42. No entanto, o carboneto cimentado significativamente mais duro e rígido que constitui os anéis da sede 48 e as placas 44 sobre a comporta 14 ajudam a impedir a deflexão local, e o acúmulo de tensão associado, relacionado ao metal mais maleável da sede 40 e da comporta 42. A prevenção da deflexão local, junto com os revestimentos de baixo atrito 46, 58 sobre as placas 44 e o anel da sede 48 resulta na demanda de menos energia para atuar a válvula, eliminando potencialmente a necessidade de atuadores maiores.

[028] Em outra realização, ilustrada na Figura 6, é mostrada uma combinação das realizações previamente discutidas. Sedes de válvula em forma de anel 60 formam uma vedação de encontro a um rebaixamento 24

12/15 formado sobre o corpo 11. Assim como na realização previamente descrita, as sedes 60 têm aberturas que circunscrevem a passagem 12 em lados opostos da comporta 14. Uma comporta 62 é composta de um material de carboneto cimentado como o carboneto de tungstênio com um aglutinante de cobalto ou níquel e tem uma face de engate 64. A face de engate 64 é revestida com um revestimento de material de baixo atrito 66, como um revestimento DLC ou outro material adequado. Um anel da sede 68 está localizado entre a sede 60 e a comporta 62 sobre as faces a montante e a jusante. O anel da sede 68 encaixa dentro de um recesso anular ou receptáculo 70 formado sobre a sede 60. A periferia externa do recesso 70 é ajustada radialmente para dentro a partir do diâmetro externo da sede 60 e forma um aro 72 ao longo da periferia externa do recesso 70.

[029] O anel da sede 68 tem uma face de engate 74 com um revestimento de baixo atrito 76 para facilitar o deslizamento entre a comporta 62 e o anel da sede 48. Assim como nas realizações previamente discutidas, o anel da sede 68 e a comporta 62 do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste ajudam a prevenir a deflexão local e o acúmulo de tensão associado relacionado a metais mais maleáveis. A carga de apoio líquida pode ser então aumentada e por fim, menos energia é demandada para atuar a válvula, eliminando potencialmente a necessidade de atuadores maiores.

[030] Em mais uma realização, ilustrada na Figura 7, é mostrada uma combinação das realizações previamente discutidas. Sedes de válvula em forma de anel 80 formam vedações de encontroa a um rebaixamento 24 formado sobre o corpo 11. Assim como na realização previamente descrita, as sedes 80 têm aberturas que circunscrevem a passagem 12 em lados opostos da comporta 14. As sedes 80 são fabricadas de um compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste, como carboneto de

13/15 tungstênio com um aglutinante de cobalto ou níquel. Uma comporta 82 é composta de um material metálico localizado entre duas placas de compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste 84, cujas superfícies de engate 87 são revestidas com um revestimento com material de baixo atrito 86 ou outro material adequado. Como já discutido, em uma realização exemplificativa mostrado, a placa 84 é unida à comporta 82, por exemplo, por meio de soldagem, brasagem, ou soldadura. A sede 80 tem uma face de engate 88 que também é revestida por um revestimento de baixo atrito 90 para facilitar o deslizamento entre a comporta 82 e a sede 80. Assim como nas realizações previamente discutidas, a placa do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste 84 da comporta 82 e da sede 80 ajudam a prevenir a deflexão local e o acúmulo de tensão associado relacionados a metais mais maleáveis. A carga de apoio líquida pode ser então aumentada e por fim, há menos demanda de energia para atuar a válvula 10, eliminando potencialmente a necessidade de atuadores maiores.

[031] Em ainda outra realização, ilustrada na Figura 8, é mostrado um revestimento contra desgaste alternativo. Sedes de válvula em forma de anel 100 formam vedações de encontro a um rebaixamento 24 formado sobre o corpo 11. Assim como na realização previamente descrita, as sedes 100 têm aberturas que circunscrevem a passagem 12 em lados opostos da comporta 102. Uma camada de revestimento contra desgaste do compósito da matriz da liga de revestida contra desgaste e/ou cerâmica 104, 105 com espessura média igual ou inferior a 0,3175 cm (1/8 de polegada) é aplicada por soldagem, o compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste sobre as superfícies de engate 106, 108 de pelo menos uma das duas sedes 100 (uma mostrada) ou a comporta 102. Soldar o compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste sobre a superfície de engate pode produzir uma série de glóbulos que podem ser

14/15 removidos por trituração para formar uma superfície plana. No entanto, métodos além da soldagem podem ser utilizados para produzir a camada revestida contra desgaste. Nesta realização, as sedes 100 são compostas de material metálico e um revestimento de baixo atrito 110 é aplicado à camada revestida contra desgaste 104 aplicada à sede 100. O revestimento de baixo atrito pode ser um revestimento de WCCoCr ou outro material adequado. Um revestimento de DLC opcional também pode ser utilizado junto com o revestimento de WCCoCr. Um revestimento de baixo atrito 112 também é aplicado às camadas revestidas contra desgaste 105 da comporta 102. Assim como nas realizações previamente descritas, as camadas de revestimento contra desgaste do compósito da matriz da liga de revestida contra desgaste e/ou cerâmica 104, 105 das sedes 100 e a comporta 102 ajudam a impedir a deflexão local e o acúmulo de tensão associado relacionados a metais mais maleáveis. A carga de apoio líquida pode ser então aumentada e por fim, há menos demanda de energia para atuar a válvula 10, eliminando potencialmente a necessidade de atuadores maiores. A técnica de revestimento contra desgaste pode ser utilizada em cada uma das realizações apresentadas acima como uma alternativa ao uso de uma placa compósita de matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste para formar o substrato e proporcionar uma superfície mais rígida.

[032] As combinações de placas de compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste, anéis da sede, revestimento contra desgaste, comporta e sedes metálicas descritos acima proporcionam aumento da dureza e rigidez à comporta e sede para reduzir a possibilidade de deflexão local que degrada o desempenho na comporta e sede de uma válvula. As realizações descritas, portanto, resultam em aprimoramento da capacidade de carga de apoio nas válvulas de comporta e

15/15 válvulas e atuadores menores e mais econômicos devido à redução das demandas de energia para atuar a válvula.

[033] Esta descrição por escrito utiliza exemplos para revelar a invenção, inclusive o melhor modo, e também para habilitar um técnico no assunto a praticar a invenção, inclusive produzindo e utilizando quaisquer dispositivos ou sistemas e executando quaisquer métodos incorporados. Estas realizações não visam limitar o escopo da invenção. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram a um técnico no assunto. Estes outros exemplos pretendem estar inseridos no escopo das reivindicações se tiverem elementos estruturais que não difiram da redação literal das reivindicações, ou se incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais em relação à redação literal das reivindicações.

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Claims

Reivindicações

1. APARELHO PARA UM POÇO, caracterizado por compreender:

uma válvula de comporta (10) que tem um corpo (11) com uma câmara (18);

uma passagem de fluxo (12) tendo um eixo e que é estendida através e que intercepta a câmara (18);

uma sede anular (20) na interseção da passagem de fluxo (12) e da câmara (18); e uma comporta (14) na cavidade (18) e que tem uma face de engate (26) que engata deslizantemente em uma face de engate (28) sobre a sede (20) ao mesmo tempo em que é movida entre as posições aberta e fechada, sendo que pelo menos uma das faces de engate (26, 28) da sede anular (20) e a face de engate da comporta (14) compreendem um substrato compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste (44, 48) com um revestimento de baixo atrito (30).
2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste compreende carboneto de tungstênio.
3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste compreende uma matriz de cobalto para o carboneto de tungstênio.
4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste tem um módulo de elasticidade de pelo menos 330948,44 MPa (48.000 ksi).
5.

APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,

2/3 caracterizado pelo fato de que o substrato do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste compreende uma placa (44, 48) que compreende um compósito de matriz metálica e/ou cerâmica unido a pelo menos uma entre a face de engate (28) da sede anular (20) e a face de engate (26) da comporta (42).
6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o substrato do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste (44,48) compreende uma camada que compreende um compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste soldada a pelo menos uma entre a face de engate (28) da sede anular (20) e a face de engate (26) da comporta (42).
7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o substrato do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste (44, 48) compreende uma comporta (42) consistindo essencialmente de um compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste.
8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o substrato do compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste compreende uma sede (20) consistindo essencialmente de um compósito da matriz de cerâmica e/ou liga para revestimento contra desgaste.
9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento de baixo atrito (30) compreende um revestimento de carbono semelhante a diamante.
10. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA VÁLVULA DE COMPORTA (10), caracterizado por compreender as etapas de:

soldar um material compósito de matriz de liga para revestimento contra desgaste (44, 48) sobre uma face de engate (26) de uma válvula de

3/3 comporta (42); e depositar um revestimento de baixo atrito (30) sobre a face de engate acima do material compósito de matriz de liga para revestimento contra desgaste.
11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a face de engate (26) compreende Inconel e a soldagem de um material compósito de matriz de liga para revestimento contra desgaste (44,48) sobre a face de engate (28) da válvula de comporta (42) compreende soldar o material compósito de matriz de liga para revestimento contra desgaste (44, 48) sobre o Inconel.

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