BR102013003033B1

BR102013003033B1 - Conjunto de válvula e método para operar uma válvula

Info

Publication number: BR102013003033B1
Application number: BR102013003033-3A
Authority: BR
Inventors: Sivakumar Natarajan; Thirupathi Dommati; Robert Samuel Buchan
Original assignee: Vetco Gray Inc
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2022-06-28
Also published as: US20130214189A1; GB2499518B; AU2013200640A1; MX2013001880A; NO20130174A1; GB201302525D0; GB2499518A; US8925894B2; CN103256021A; BR102013003033A2; NO340549B1

Abstract

CONJUNTO DE VÁLVULAS E MÉTODO PARA OPERAR UMA VÁLVULA. Um conjunto de válvula de esfera inclui um Invólucro para suportar a válvula de esfera durante a atuação. Em uma realização, o Invólucro pode ser um Invólucro dividido, e pode ter aberturas de suporte de munhão para engatar os munhões na válvula de esfera. Em uma realização, um par de braços de ligação é usado para transferir força a partir de um par de membros de atuação para a válvula de esfera. Os braços de ligação podem ser localizados em um recesso nos membros de atuação, tal que os membros de atuação e a face dos munhões definem uma cavidade para envolver e proteger os braços de ligação.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se em geral a uma válvula de esfera e, em particular, a uma válvula de esfera que tem um invólucro para reduzir deflexão durante operação.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A esfera de válvulas de esfera não flutuantes tem tipicamente, munhões que se projetam a partir dos lados da esfera. O conjunto de válvula inclui geralmente uma placa de munhão para suportar munhões. Válvulas de esfera podem parar antes do fim dos ciclos de vida pretendidos das mesmas devido ao ingresso de resíduos, formação de contaminação, corrosão, e lavagem de lubrificação. Esses eventos podem levar a tensão excessiva e deformação do mecanismo, o qual pode tornar a válvula inoperável. Válvulas de esfera em aplicações de tensão alta podem ser mais suscetíveis a problemas devido ao torque aumentado na válvula de esfera e as placas de munhão plana que suportam a esfera.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[003] Em uma realização de um conjunto de válvula de esfera, uma válvula de esfera inclui um invólucro do tipo dividido ao redor da esfera. O invólucro pode ter aberturas alinhadas para localização e suporte de munhões na esfera, os quais podem fornecer suporte aumentado para a esfera e melhor orientação durante rotação de esfera. A válvula pode ter assentos dianteiros e traseiros localizados dentro do invólucro dividido. Perfis de bloqueio, ou ranhuras, no invólucro podem engatar flanges correspondentes em cada um dos assentos dianteiros e traseiros. Braços de atuação em cada lado da esfera podem ser fixados à cruzeta através de um perfil afilado duas vezes. O perfil afilado duas vezes pode ser um par de ranhuras nos braços de atuação que se conectam a um par de flanges na cruzeta. Braços de ligação retidos dentro dos braços de atuação podem ser conectados à esfera por meio de rolamentos e converter uma força axial de pistão para uma força rotacional para operação de fechamento e cisalhamento. Um pistão pode ser roscado à cruzeta para atuação do conjunto de válvula.

[004] Em uma realização, durante a rotação da válvula de esfera a partir da posição de fechar e abrir e reverso, os munhões de esfera podem produzir nas aberturas no invólucro dividido em formato esférico ao redor da esfera. Sob condições de fricção altas, as quais poderiam causar deformação nos munhões de placa individual convencionais, o invólucro pode fornecer suporte adicional e orientação e assim reduzir sobrecarga no mecanismo de atuação. Espaço livre ideal pode ser fornecido entre o invólucro e a esfera, tal que qualquer contaminação sólida é menos provável de assentar e impedir a rotação de esfera. O perfil afilado duplo de braço de atuação pode ser montado com um perfil de emparelhamento similar na cruzeta com parafusos em ambos os lados. Os parafusos podem criar pré-carga entre o braço de atuação e a cruzeta para compensar para a força radial criada pela força axial de pistão requerida para rotação de esfera durante uma condição de esfera parada que pode surgir sob carga de fricção alta. Um perfil único é feito no braço de atuação para suportar o braço de ligação e acomodar o caminho do braço de ligação durante a rotação de esfera de aberto para fechado e reverso. Esse perfil pode envolver o braço de ligação e reduzir o apresamento de resíduos na área de suporte. Durante movimento de pistão ascendente, o alinhamento da passagem de esfera com o caminho de fluxo pode ser assegurado por um anel de alinhamento que pode ser fixado no topo de ambos os braços de atuação. O anel de alinhamento pode ser maquinado em conformidade como o mesmo irá tocar o alojamento interno durante a condição aberta totalmente. O alinhamento pode ser feito por maquinagem do anel antes do conjunto final. O mesmo pode ainda, dar estabilidade estrutural para o lado dianteiro do braço de atuação durante a carga.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[005] Para que a maneira na qual as funções, vantagens e objetivos da invenção, assim como outras que se tornarão evidentes, sejam alcançados e possam ser entendidos em mais detalhes, a descrição mais particular da invenção brevemente resumida acima pode ser tida como referência para a realização da mesma que é ilustrada nos desenhos anexos, tais desenhos formam uma parte deste relatório descritivo. Deve-se notar, entretanto, que os desenhos ilustram apenas uma realização preferida da invenção e, portanto, não deve ser considerada como limitadora do escopo da mesma já que a invenção pode admitir outras realizações igualmente efetivas.

[006] A Figura 1 é uma vista em seção parcial de uma realização exemplificativa de um conjunto de válvula que têm um invólucro de esfera.

[007] A Figura 2 é uma vista em conjunto da esfera e invólucro do conjunto de válvula da Figura 1.

[008] A Figura 3 é uma vista em seção transversal do conjunto de válvula da Figura 1, tirada ao longo da linha 3-3.

[009] A Figura 4 é uma vista em conjunto do mecanismo de atuação do conjunto de válvula da Figura 1.

[010] A Figura 5 é uma vista em seção transversal dividida do conjunto de válvula da Figura 1, que mostra uma condição de válvula fechada no lado esquerdo e uma condição de válvula aberta no lado direito.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[011] A presente invenção será agora descrita de maneira mais completa a seguir com referência aos desenhos anexos que ilustram as realizações da invenção. Essa invenção pode, entretanto, ser incorporada em várias formas diferentes e não deve ser interpretada como limitada às realizações ilustradas apresentadas no presente documento. Melhor, essas realizações são fornecidas tal que essa revelação será minuciosa e completa, e transmitirá completamente o escopo da invenção para um técnico no assunto. Conforme números referem-se a elementos similares por toda parte, e a notação primordial, se usada, indica elementos similares em realizações alternativas.

[012] Em referência à Figura 1, o conjunto de válvula 100 pode ser localizado em um caminho de fluxo tal como, por exemplo, em uma cabeça de poço submarina. O conjunto de válvula 100 pode ter um alojamento externo. Na realização mostrada na Figura 1, o alojamento externo pode incluir alojamento externo inferior 102 e um alojamento externo superior 104, que podem ser unidos pelo anel de bloqueio médio 106. Anéis de bloqueio, tais como os anéis de bloqueio inferior 108 e anéis de bloqueio superior 110, podem ser usados para conectar vários elementos de alojamento. Por exemplo, anéis de bloqueio inferior 108 podem ser usados para conectar o alojamento externo inferior 102 ao alojamento traseiro 112. Similarmente, anéis de bloqueio superior 110 podem ser usados para conectar o alojamento externo superior 104 ao alojamento dianteiro 114. O alojamento interno 116 pode ser um membro anular localizado concentricamente dentro do alojamento externo superior 104, do alojamento externo inferior 102, ou dentro de ambos, conforme mostrado na Figura 1. O alojamento dianteiro pode incluir conexões hidráulicas 118, embora as conexões hidráulicas possam ser localizadas em outro lugar.

[013] O furo 120 pode passar através do conjunto de válvula 100 para definir um caminho de fluxo. O eixo geométrico de furo 120 pode ser geralmente o mesmo que o eixo geométrico de cada um dos componentes de alojamento. A esfera 122 pode ser usada para fechar de maneira vedante o furo 120. A esfera 122 é mostrada na posição aberta na Figura 1. Conforme melhor mostrado nas Figuras 2 e 5, a esfera 122 pode ter um formato esférico geralmente com a exceção de passagem 124 e munhões 126. A passagem 124 pode ser uma passagem cilíndrica, ou furo, através do centro da esfera 122. A superfície de selagem em posição aberta 128 pode ser uma superfície lisa geralmente ao redor da abertura de passagem 124 em uma ou outra ou ambas as extremidades de passagem 124. A superfície exterior 130 de esfera 122 pode ser uma superfície geralmente lisa.

[014] Os munhões 126 podem ser protrusões a partir do lado de esfera 122. Em uma realização, os munhões 126 podem ser protrusões cilíndricas que se estendem a partir dos lados da esfera 122, perpendicular ao eixo geométrico de passagem 124. Os munhões 126 podem incluir uma parede lateral de munhão 132. A extremidade de munhão 126 pode ser definida pela face de munhão 134, a qual pode ser uma superfície plana geralmente paralela ao eixo geométrico de passagem 124. A face de munhão 134 pode incluir um conector de ligação para conectar os braços de ligação 138 ao munhão 126, tal como, por exemplo, recesso cilíndrico 136 na face de munhão 134. O conector de ligação pode ser desviado a partir do eixo geométrico de munhão 126. Em outras realizações, o conector de ligação pode ser, por exemplo, um conector de prego ou roscado que se projeta a partir da face de munhão 134.

INVÓLUCRO DE ESFERA

[015] Em referência à Figura 2, o invólucro de esfera 140 pode ser um invólucro para proteger e suportar a esfera 122. O Invólucro de esfera 140, o qual pode ter um formato esférico geralmente, pode incluir um invólucro lateral esquerdo 142 e um invólucro lateral direito 144, os quais podem ser unidos para criar o invólucro 140. O invólucro lateral esquerdo 142 e o invólucro lateral direito 144 podem ser unidos, por exemplo, por fechos rosqueados 146, os quais podem passar através de orifícios de parafuso 148 para os orifícios roscados 150, conforme mostrado na Figura 2. Alternativamente, outros métodos podem ser usados para unir o invólucro lateral esquerdo 142 e o invólucro lateral direito 144 tais como, por exemplo, porcas e parafusos, soldagem ou grampos. Algumas realizações podem usar pinos localizadores (não mostrados) para facilitar o alinhamento de componentes de invólucro 140. As superfícies conjugadas 152, 154 do invólucro lateral esquerdo 142 e um invólucro lateral direito 144 podem ter um perfil afilado em que a união entre as superfícies conjugadas se estende em um ângulo, em vez de perpendicularmente, a partir do eixo geométrico do furo de esfera 122, conforme mostrado na Figura 3. A união entre as superfícies conjugadas 152, 154 pode se estender axialmente, conforme mostrado na Figura 2, ou pode ser em outras localizações ou configurações. Por exemplo, os componentes de invólucro de esfera 140 poderiam ser componentes dianteiros e traseiros (não mostrados), com uma superfície de união que se estende perpendicular ao eixo geométrico do furo. O invólucro lateral esquerdo 142 e um invólucro lateral direito 144 podem ser simétricos, geralmente, um com o outro ou um pode ter um formato diferente e proporções diferentes do que o outro, fornecido que o conjunto suporte e proteja a esfera 122 conforme descrito no presente documento.

[016] O invólucro de esfera 140 pode ter uma superfície contornada interior 156 e uma superfície externa 160. O formato de superfície contornado interior 156 pode ser co-extensiva com a superfície esférica externa da esfera 122, assim, geralmente, combinando ao formato esférico do exterior da esfera 122. Em uma realização, a superfície contornada interior 156 pode ser um interior esférico que é co-extensiva com as porções esféricas do exterior da esfera 122. A distância entre a superfície contornada interior 156 e superfície exterior 130 da esfera 122 pode ser uma fenda 158 (Figura 5) que tem uma distância radial predeterminada. As extremidades do invólucro de esfera 140 podem ter aberturas de furos 162 e 164, os quais podem ser aberturas radiais que têm um diâmetro menor do que o diâmetro da esfera 122. As extensões cilíndricas do invólucro 166, 168 podem ser um membro cilíndrico que se estende a partir do invólucro de esfera 140. As aberturas de furos 162 e 164 podem ser definidas pelas extremidades das extensões cilíndricas do invólucro 166, 168. O encaixe de assento superior 170 e encaixe de assento inferior 172 são ranhuras anulares que podem ser localizadas nas paredes interiores das extensões cilíndricas 166 e 168. O encaixe de assento superior 170 e o encaixe de assento inferior 172 definem o perfil de bloqueios para segurança de um lábio de um membro anular, tal como um lábio 224 ou o assento superior 222 ou lábio 234 do assento traseiro inferior 228 (conforme será descrito com mais detalhes, abaixo).

[017] As paredes laterais do invólucro 174 podem ser superfícies exteriores que são geralmente perpendiculares ao eixo geométrico de furo do invólucro de esfera 140. As paredes laterais do invólucro 174 podem ter, geralmente, uma superfície plana ou podem ter um contorno. Os orifícios de suporte de munhão 176 podem ser localizados nas paredes laterais do invólucro 174. Cada orifício de suporte de munhão 176 pode ser um orifício cilíndrico dimensionado para acomodar e suportar o munhão 126. O formato esférico do invólucro de esfera 140 pode fornecer suporte ao orifício de suporte de munhão 176, e esse suporte pode impedir o orifício de suporte de munhão 176 de flexionar em resposta ao torque a partir do munhão 126. Além disso, o perfil afilado de superfícies conjugadas 152, 154 pode fornecer força e reduzir a deflexão nas proximidades do orifício de suporte de munhão 176.

BRAÇOS DE ATUAÇÃO

[018] Conforme melhor mostrado nas Figuras 1 e 3 a 5, os membros de atuação, tais como os braços de atuação 178, podem ser usados para transferir força para a esfera 122. Em uma realização, quando vista de cima, os braços de atuação 178 podem ter um formato semicircular ou de meia-lua, conforme mostrado na Figura 3. Nessa realização, a superfície externa do braço de atuação 180 pode ter um formato liso, contornado. A superfície interna do braço de atuação 182 que é a superfície que está voltada para a esfera 122 (assim definida como uma superfície voltada para a esfera) pode ter geralmente, um formato plano. A superfície interna do braço de atuação pode ser geralmente, paralela à face de munhão 134 e às paredes laterais do invólucro 174. Quando os braços de atuação 178 estão localizados ao lado das paredes laterais do invólucro 174, as superfícies exteriores do conjunto podem ter, geralmente, um formato esférico. Os braços de atuação 178 podem ter outros formatos que incluem, por exemplo, superfície externa poligonal (não mostrada).

[019] Em referência às Figuras 3 e 4, as superfícies dianteiras 184 do braço de atuação 178 podem ser conectadas ao anel de alinhamento 186 (Figura 4) por qualquer técnica que inclui, por exemplo, por fechos rosqueados 188. O anel de alinhamento 186 pode facilitar o alinhamento de braços de atuação 178 durante a montagem e pode, ainda, impedir a deflexão de braços de alinhamento durante a operação. O anel de alinhamento 186 pode ter uma rigidez predeterminada igual à distância desejada entre a superfície superior do braço de atuação 178 e uma superfície de parada. Em uma realização, a superfície de parada pode ser uma superfície inferior 190 (Figura 1) do alojamento interno 116. Outras superfícies podem ser usadas como uma superfície de parada. Por ter essa rigidez predeterminada, o anel de alinhamento 186 pode contatar uma superfície de parada, tal como a superfície inferior do alojamento interno 116, quando a passagem de esfera 124 está apropriadamente alinhada para uma condição aberta totalmente. O anel de alinhamento 186, assim, pode impedir que a esfera 122 gire muito longe quando o mesmo está aberto.

[020] A superfície interna do braço de atuação 182 (Figura 4) pode ter um perfil de recesso 192. O perfil de recesso 192 pode ser um recesso que tem várias funções e que inclui, por exemplo, o suporte de rolamento 194 e canal de movimento do braço de ligação 196 (Figura 4). Suporte de rolamento 194 pode ser, por exemplo, um recesso cilíndrico para suportar e assegurar o rolamento axial 198. O canal de movimento do braço de ligação 196 pode ser dimensionado para permitir o movimento do braço de ligação 138.

BRAÇOS DE LIGAÇÃO

[021] Conforme melhor mostrado nas Figuras 2 e 5, o braço de ligação 138 é um braço de ligação que pode transferir força a partir do braço de atuação 178 para a esfera 122. Em uma realização, o braço de ligação 138 pode incluir dois braços unidos por uma dobradiça ou pino. As extremidades do braço de ligação 138 podem ser conectadas ao rolamento axial 198 e rolamento 200 (Figura 2). O rolamento 198 pode estar localizado no suporte de rolamento 194 no perfil de recesso do braço de atuação 192. Similarmente, o rolamento 200 pode ser localizado no recesso 136. Quando o braço de ligação 138 está localizado no perfil de recesso 192, o braço de ligação 138 é coberto substancialmente em todos os lados por uma cavidade definida por um perfil de recesso 192 e uma face de munhão 134. Em uma realização, o rolamento de suporte do braço de atuação 201 pode ser usado para suportar o raio do braço de ligação 138 sob condições de carga altas. Em uma realização, o suporte do braço de ligação 201 pode ser combinado com o rolamento 198 como um item individual. A combinação do suporte do braço de ligação 201 e o rolamento 198 pode ser, por exemplo, usada para manter espaços vazios de conjunto corretos.

[022] A superfície interna do braço de atuação 182 (Figura 5), a superfície voltada para a esfera, podem ter funções para conectar a cruzeta 202 (Figura 5) tais como, por exemplo, a ranhura 204 (Figura 4). A ranhura 204 pode ser uma ranhura localizada na superfície interna 182. A ranhura 204 pode ter uma traseira contornada, o que significa que a profundidade da ranhura é mais profunda perto do centro de superfície interna do braço de atuação 182 do que perto das extremidades. A traseira contornada pode facilitar o engate de um membro anular tal que o membro anular repousa mais profundo na ranhura perto do centro de superfície interna do braço de atuação, mas não tão profundo perto das extremidades. A superfície interna do braço de atuação pode ter mais do que uma ranhura 204. Por exemplo, a mesma pode ter uma, duas, três, ou mais ranhuras 204. Em algumas realizações, nenhuma ranhura é usada. O braço de atuação 170 pode ter orifícios 206 para receber os fechos 208, os quais podem passar através do braço de atuação 178 para a cruzeta 202.

CRUZETA

[023] Em referência às Figuras 4 e 5, a cruzeta 202 pode ser um membro anular para transferência de força ao braço de atuação 178. Em uma realização, a cruzeta 202 pode ter um flange que se projeta adiante, tal como o primeiro lábio 210 e segundo lábio 210. Cada lábio de cruzeta 210 pode ter um perfil que encaixa em uma ranhura 204. A cruzeta 202 pode ter, ainda, orifícios roscados 212 para receber os fechos 208. Nessa realização, os fechos 208 passam através de orifícios 206 e engatam orifícios roscados 212. Os fechos 208 podem ser parafusos de pré-carga, por meio do qual o torque dos parafusos cria uma força de pré-carga entre a cruzeta 202 e os braços de atuação 178.

[024] A cruzeta 202 pode ter um diâmetro exterior ou interior roscado para engatar outro membro. Conforme mostrado na Figura 5, a cruzeta 202 pode ter roscas 214 em uma superfície de diâmetro interior. Outros acoplamentos podem ser usados para conectar cruzeta 202 a outro membro. Em uma realização, a cruzeta 202 pode ser conectada ao pistão 216.

PISTÃO

[025] Em referência à Figura 1, o pistão 216 pode ser um pistão para atuar o conjunto de válvula 100. O pistão 216 pode ter um acoplamento para conectar a cruzeta 202 tal como, por exemplo, conexão roscada 218. Na realização mostrada nas Figuras 4 e 5, a conexão roscada 218 está localizada em um diâmetro externo de pistão 216 e pode, assim, conectar a roscas 214 na cruzeta 202. Em algumas realizações, outras técnicas podem ser usadas para transferir a força entre o pistão 216 e o braço de atuação 178. Em uma realização, as conexões hidráulicas 118 podem conectar a passagens de fluido (não mostradas) que podem levar ao pistão 216. Outras técnicas podem ser usadas para atuar o pistão 216.

ASSENTOS

[026] Em referência à Figura 1, o assento superior 222 pode ser um assento localizado em uma extremidade do invólucro de esfera 140. O assento superior 222 pode ser um anel anular que tem um perfil de parede lateral que inclui um flange tal como o lábio 224. O lábio 224 pode ser uma protrusão anular que pode encaixar a um encaixe de assento superior 170 do invólucro de esfera 140. A vedação 226 pode ser localizada entre o assento superior 222 e a esfera 122. Quando a esfera 122 está em uma posição aberta, tal que a passagem de esfera 124 esteja alinhada com o furo 120, conforme mostrado na Figura 1, superfície de vedação 128 pode engatar de maneira vedante a vedação 226 para impedir o fluido de sair do caminho de fluxo e, por exemplo, entrar na fenda 158. Quando a esfera 122 está em uma posição fechada, porções da superfície exterior 130 podem engatar a vedação 226, e a passagem de esfera 124 pode ser transversal, ou parcialmente transversal, ao furo 120, o que restringe, desse modo, o fluxo através do conjunto de válvula 100. O assento traseiro 228 pode ser um assento localizado na outra extremidade do invólucro de esfera 140. O assento traseiro 228 pode ter uma superfície de assento 230 e um cilindro 232. O assento superior similar 222 e o assento traseiro 228 podem ter um flange, tal como o lábio 234, para engatar o encaixe de assento inferior 172. Em uma realização, a vedação (não mostrada) pode ser localizada entre o assento traseiro 228 e esfera 122.

[027] O anel de alinhamento 236 pode ser um anel anular localizado em um diâmetro externo de cilindro 232. Um diâmetro externo do anel de alinhamento 236 pode engatar um diâmetro interno do pistão 216. Uma superfície superior 238 do anel de alinhamento 236 pode registrar contra uma superfície traseira do invólucro de esfera 140. Em uma realização, o anel 236 pode ser um anel ajustável que pode ser usado para compensar para os erros de tolerância do conjunto para garantir que o alojamento dianteiro 114 e o alojamento traseiro 112 possam ser assentados corretamente dentro do alojamento externo superior 104 e o alojamento externo inferior 102, respectivamente.

OPERAÇÃO

[028] Durante a montagem, a esfera 122 pode ser localizada dentro do invólucro 140 e alinhada com o assento superior 222 e o assento traseiro 228 antes da montagem final dentro dos membros de alojamento tal como o alojamento externo inferior 102. Na operação de uma realização exemplificativa, o conjunto de válvula 100 pode ser fechado com a aplicação de pressão hidráulica na conexão hidráulica 118. Fazer isso pode fazer com que o pistão 216 se mova para baixo. A força do pistão 216 pode fazer com que os braços de atuação 178 se movam para baixo. O movimento dos braços de atuação 178 pode puxar para baixo nos braços de ligação 138. O movimento para baixo do braço de ligação pode ser transferido para a esfera 122. Devido à esfera 122 ser restrita pelo invólucro de esfera 140 e o recesso 136 serem desviado a partir do eixo geométrico de munhão 126, a força para baixo a partir do braço de ligação 138 no recesso 136 faz com que a esfera 122 gire ao longo do eixo geométrico dos munhões 126. Os braços de ligação 138, assim, convertem a força axial do pistão em força rotacional para a operação de cisalhamento e fechamento da esfera. O braço de ligação 138, que é conectado a face de munhão 134, deve mover-se normalmente lado a lado dentro do perfil de recesso 192. O perfil de recesso 192 é dimensionado para possibilitar tal movimento do braço de ligação 138. O braço de ligação 138, e os rolamentos conectados ao mesmo, podem permanecer envolvidos dentro da cavidade definida pelo perfil de recesso 192 e a face de munhão 134 durante o movimento. A esfera 122, que é restrita pela interface das paredes laterais de munhão 132 e pelo orifício de suporte de munhão 176, pode girar, mas não se move axialmente durante a atuação. Ao fechar, a superfície exterior 130 pode engatar na vedação 226 para deter o fluxo de fluido através do furo 120. Quando a esfera 122 é usada como uma válvula de cisalhamento, o suporte fornecido pelo invólucro de esfera 140 pode impedir ou reduzir a deflexão da esfera 120 apesar das forças de torque e cisalhamento causadas pelo fechamento da esfera 122 contra os elementos a serem cortados. Durante o movimento de pistão ascendente, o alinhamento da passagem de esfera 124 com o caminho de fluxo pode ser garantido pelo anel de alinhamento 186, o qual pode ser fixado no topo dos braços de atuação 178. O anel de alinhamento 186 pode tocar uma superfície do alojamento interno 116 durante a condição aberta totalmente. O anel de alinhamento 186 pode fornecer, ainda, estabilidade para a lateral superior do braço de atuação durante a carga. Similarmente, o anel de alinhamento 236 pode facilitar o alinhamento durante a montagem e operação.

CONJUNTO DE VÁLVULA DUPLAS

[029] Em referência novamente à Figura 1, uma realização do conjunto de válvula 100 pode incluir mais do que uma esfera 122 e os membros associados para formação de uma vedação contra a esfera 122. Na realização mostrada na Figura 1, o conjunto de esfera superior 240 pode ser um conjunto de esfera de vedação e o conjunto de esfera inferior 242 pode ser um conjunto de esfera de cisalhamento. Nessa configuração exemplificativa, o conjunto de esfera inferior 242 pode ser usado para os membros de cisalhamento que passam através do furo 120 tais como, por exemplo, cabos ou tubulações. O conjunto de esfera inferior 242 e o conjunto de esfera superior 240, cada, podem ser construídos conforme descrito no presente documento, ou um dos mesmos pode ser um tipo diferente de válvula. Em uma realização, controles independentes, tais como conexões hidráulicas múltiplas 118, podem ser usadas para operar o conjunto de esfera inferior 242 e o conjunto de esfera superior 240, independentemente. Em outra realização, os mesmos podem ser atuados simultaneamente.

[030] As realizações do conjunto de válvula 100 têm vantagens múltiplas sobre projetos de válvula anteriores. Por exemplo, a natureza de embrulhar ao redor do invólucro de esfera 140 fornece suporte maior para os munhões 126. A esfera 122 pode experimentar o torque tremendo no fechamento e na abertura a partir de, por exemplo, incrustação ou cabos que devem ser cortados no fechamento. As placas de munhão planas (não mostradas) podem flexionar a partir do torque. O invólucro de esfera 140, entretanto, fornece suporte nos eixos geométricos X, Y, e Z e, assim, fornece resistência maior a flexão.

[031] Outra vantagem das realizações descritas no presente documento é a resistência ao ingresso de resíduos. Em projetos de válvula anteriores, os resíduos, tais como areia, rocha e hidrocarbonetos espessos, podem incrustar os braços de ligação e a própria esfera, impedindo assim as mesmas de se moverem. Nas presentes realizações, os braços de ligação 138 são envolvidos no recesso 192. A fenda estreita entre a superfície interna do braço de atuação 182 e ambas as paredes laterais do invólucro 174 e a face de munhão 134 impede que os resíduos e a incrustação entrem no recesso 192 e assim, incrustem os braços de ligação 138. De fato, os resíduos e incrustação que podem alcançar os braços de ligação 138 não podem ser maiores do que o tamanho da fenda entre a superfície interna do braço de atuação 182 e as paredes laterais do invólucro 174 e a face de munhão 134. Similarmente, a esfera 122 está protegida da incrustação e dos resíduos pelo invólucro de esfera 140. Incrustação e resíduos que podem alcançar a superfície exterior 130 da esfera 122 não podem ser maiores do que o tamanho da fenda 158. Vantagens adicionais da presente invenção são evidentes a partir da descrição das realizações no presente documento.

[032] Enquanto a invenção tem sido mostrada ou descrita em apenas algumas das formas da mesma, deve ser evidente para um técnico no assunto que a mesma não é tão limitada, mas sim suscetível a várias mudanças sem sair do escopo da invenção.

Claims

1. CONJUNTO DE VÁLVULA (100), compreendendo: um alojamento (102, 104, 112, 114, 116) que tem um eixo geométrico longitudinal; um invólucro (140) de esfera localizado concentricamente e montado de maneira estacionária dentro do alojamento (102, 104, 112, 114, 116), sendo que o invólucro (140) de esfera tem um formato interior esférico com um par de aberturas de furo (162, 164) e um par de aberturas de suporte de munhão (176); uma esfera (122) está localizada dentro do invólucro (140) de esfera, que tem uma abertura através do mesmo, um eixo geométrico de esfera de rotação perpendicular ao eixo geométrico longitudinal, e um par de munhões (126) que se projetam ao longo do eixo geométrico de esfera, sendo que os munhões (126) têm um formato exterior cilíndrico que é concêntrico com o eixo geométrico de esfera, com uma face (134) de munhão que define uma extremidade do formato exterior cilíndrico, sendo que os munhões (126) são engatados de maneira rotativa nas aberturas de suporte de munhão (176); um assento superior (222), sendo que o assento superior engata um perfil de bloqueio localizado no invólucro (140) de esfera; um assento inferior (228) conectado ao invólucro (140) de esfera, sendo que o assento tem um lábio (234) para engatar um perfil de bloqueio no invólucro (140) de esfera, e pelo menos um braço de ligação (138) que tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, sendo que a primeira extremidade está conectada a pelo menos uma face (134) de munhão e desviada do eixo geométrico de esfera tal que quando a segunda extremidade se move de maneira axial, a primeira extremidade gira ao redor do eixo geométrico de esfera para fazer com que a esfera (122) gire dentro do invólucro (140); e caracterizado por compreender: um membro de atuação (178), sendo que o membro de atuação (178) tem um lado interno plano (182) voltado para a face (134) de munhão, sendo que o lado interno plano (182) tem um perfil de recesso (192) e o braço de ligação (138) localizado dentro de uma cavidade definida pelo perfil de recesso (192) e a face (134) de munhão; o membro de atuação (178) conectado de maneira operável entre o braço de ligação (138) e um pistão (216) tal que o movimento axial do pistão (216) é transmitido pelo membro de atuação (178) para fazer com que a segunda extremidade do braço de ligação (138) se mova de maneira axial.

2. CONJUNTO DE VÁLVULA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo invólucro (140) de esfera ser um invólucro dividido que tem um primeiro (142) e segundo (144) membros unidos por fechos (146).

3. CONJUNTO DE VÁLVULA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo lado interno plano (182) ter o perfil de recesso (192) e uma porção do braço de ligação (138) que engata o perfil de recesso (192) do membro de atuação (178) e a face (134) de munhão.

4. CONJUNTO DE VÁLVULA (100), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo membro de atuação (178) ser conectado a uma cruzeta (202) por parafusos (208), sendo que os parafusos (208) criam pré-carga entre o membro de atuação (178) e a cruzeta (202) para compensar a força radial durante a operação, e sendo que a cruzeta (202) é conectada ao pistão (216), em que o membro de atuação (178) tem um par de ranhuras no lado interno plano (182) e em que a cruzeta (202) tem um par de protrusões, sendo que as protrusões engatam as ranhuras.

5. CONJUNTO DE VÁLVULA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, um anel de alinhamento (186), o anel de alinhamento conectado aos membros de atuação (178) para fornecer suporte rotacional e radial aos membros de atuação (178), em que o anel de alinhamento (186) toca o alojamento interno (116) durante condição totalmente aberta.

6. CONJUNTO DE VÁLVULA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, uma fenda (158) entre a superfície externa (130) da esfera e superfície interna (156) do invólucro, em que a fenda (158) radial não é maior do que uma distância predeterminada.

7. CONJUNTO DE VÁLVULA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, um pistão (216), um assento traseiro (228), sendo que o assento traseiro tem um flange e uma extensão cilíndrica (232), e um anel de alinhamento inferior (236) localizado concentricamente ao redor da extensão cilíndrica (232), sendo que o anel de alinhamento inferior (236) engata um diâmetro interno do pistão e o flange que engata uma ranhura inferior no invólucro.

8. MÉTODO PARA OPERAR UMA VÁLVULA, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, o método compreendendo as etapas de: (a) fornecer um alojamento (102, 104, 112, 114, 116) que tem um eixo geométrico longitudinal; (b) fornecer um invólucro (140) de esfera localizado concentricamente e montado de maneira estacionária dentro do alojamento (102, 104, 112, 114, 116), sendo que o invólucro (140) de esfera tem um formato interior esférico com um par de aberturas de furos (162, 164) e um par de aberturas de suporte de munhão (176); (c) fornecer uma esfera (122) localizada dentro do invólucro (140) de esfera, que tem uma abertura através do mesmo, um eixo geométrico de esfera de rotação perpendicular ao eixo geométrico longitudinal, e um par de munhões (126) que se projetam ao longo do eixo geométrico de esfera, sendo que os munhões (126) têm um formato exterior cilíndrico que é concêntrica com o eixo geométrico de esfera, com uma face (134) de munhão que define uma extremidade do formato exterior cilíndrico, sendo que os munhões (126) são engatados de maneira rotativa nas aberturas de suporte de munhão (176); (d) fornecer um assento superior (222), sendo que o assento superior (222) engata um perfil de bloqueio localizado no invólucro (140) de esfera; (e) fornecer um assento inferior (228) conectado ao invólucro (140) de esfera, sendo que o assento (228) tem um lábio (234) para engatar um perfil de bloqueio no invólucro (140) de esfera, o método caracterizado por compreender as etapas de: (f) fornecer pelo menos um braço de ligação (138) que tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, sendo que a primeira extremidade é conectada a pelo menos uma face (134) de munhão e desviada a partir do eixo geométrico de esfera e a segunda extremidade conectada a um membro de atuação (178), tal que quando o membro de atuação (178) se move de maneira axial, a segunda extremidade se move de maneira axial, e a primeira extremidade gira ao redor do eixo geométrico de esfera para fazer com que a esfera (122) gire dentro do invólucro (140); (g) conectar um pistão (216) ao pelo menos um membro de atuação (178); (h) fazer com que o pistão (216) se mova em uma direção axial, sendo que o movimento axial do pistão é transferido para a esfera (122) por meio do pelo menos um membro de atuação (178) e do braço de ligação (138), para fazer com que a esfera (122) gire ao longo do eixo geométrico de esfera para mudar o alinhamento da passagem de uma primeira posição para uma segunda posição relativa ao eixo geométrico longitudinal.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela etapa (f) compreender adicionalmente uma subetapa de envolver o braço de ligação (138) em uma cavidade definida por um perfil de recesso (192) em uma superfície voltada para a esfera do membro de atuação e uma face (134) do munhão.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela etapa (f) compreender adicionalmente uma subetapa de conectar uma ligação entre outro dentre os munhões (126) e outro membro de atuação (178), e conectar um anel de alinhamento (186, 236) a ambos dentre os membros de atuação (178), a esfera (122), o invólucro (140) de esfera, e o assento (222, 228) antes de conectar os mesmos ao alojamento (102, 104, 112, 114, 116).

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender, ainda, as etapas de fornecer um assento (222, 228) que tem um lábio (224, 234) anular e fornecer uma ranhura anular em uma extensão cilíndrica (232) do alojamento de esfera, sendo que o lábio (224, 234) engata a ranhura anular.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo invólucro (140) de esfera ser um invólucro dividido e que compreende adicionalmente a etapa de unir um invólucro lateral primário (142) e um invólucro lateral secundário (144) para estabelecer o invólucro (140) de esfera.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela etapa (f) compreender adicionalmente a etapa de conectar uma cruzeta (202) anular ao pelo menos um membro de atuação (178) e a outro membro de atuação (178) pelo uso de fechos rosqueados (188), sendo que os fechos rosqueados (188) criam uma força de pré-carga nos membros de atuação (178), e conectam o pistão (216) à cruzeta (202).

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender, ainda, a etapa de localizar uma pluralidade de flanges na cruzeta (202), sendo que cada flange se estende ao redor de pelo menos uma porção da circunferência da cruzeta (202), para uma pluralidade de ranhuras em uma superfície voltada para a esfera de cada um dos membros de atuação (178).