BR102021018649A2

BR102021018649A2 - Sistema de vedação de metal

Info

Publication number: BR102021018649A2
Application number: BR102021018649-6A
Authority: BR
Inventors: Laurent Guimet; Michel Lefrancois; Etienne BOYER; Marin TESSIER; Jean-Jacques Darque; Bertrand THEVENON
Original assignee: Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives; Technetics Group France Sas
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2021-09-20
Publication date: 2022-05-10
Also published as: CN114251468A; JP2022053524A; US11644103B2; EP3974686B1; US20220090685A1; EP3974686A1; CA3130725A1; FR3114368A1; FR3114368B1; KR20220041015A

Abstract

O objetivo principal da invenção é um sistema de vedação de metal (6) para uma válvula borboleta de tripla excentricidade (30) compreendendo: uma vedação de metal dinâmica (21), compreendendo um núcleo de metal rodeado por um revestimento externo; um invólucro de metal (15) com uma superfície externa que tem uma forma cônica inclinada, compreendendo um primeiro alojamento dentro do qual a vedação de metal dinâmica (21) é montada; uma tampa de metal (29) fixada ao invólucro de metal (15) para permitir que ela feche por encaixe nivelado das faces superior ou inferior da tampa de metal (29) e do invólucro de metal (15), o invólucro de metal compreendendo um segundo alojamento no qual a tampa de metal se encaixa, a vedação de metal dinâmica (21) sendo localizada entre a tampa de metal (29) e a superfície do invólucro de metal (15) definindo o primeiro alojamento.

Description

SISTEMA DE VEDAÇÃO DE METAL

CAMPO TÉCNICO

[001] Esta invenção se refere ao campo de sistemas de vedação para válvulas borboleta de tripla excentricidade e está mais especificamente relacionada ao sistema de vedação principal de válvula que fornece vedação “em linha”, ou seja, vedação em torno da periferia do disco quando a válvula é fechada.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] A Patente US 9.273.789 B2 revela um arranjo típico de uma válvula borboleta de tripla excentricidade. A primeira excentricidade consiste em um deslocamento da haste em relação à superfície do disco, ao longo do eixo do conduto. Esta mesma haste também é deslocada lateralmente do eixo do conduto para obter a segunda excentricidade. Por fim, a superfície de apoio da vedação é cônica, com certo ângulo de inclinação que forma a terceira excentricidade.

[003] Este arranjo é bem conhecido por um técnico no assunto e, quando a válvula é fechada, pode trazer simultaneamente todos os pontos da superfície cônica da vedação principal em contato com a superfície de vedação cônica do corpo, posteriormente referido como a “sede”. Portanto, este arranjo é útil para o usuário, uma vez que ele não deve aplicar quase nenhum torque ao disco antes de fechar. O usuário só precisa aplicar um torque após o contato ter sido feito para forçar um contato íntimo entre a vedação e a sede.

[004] Além disso, nesta patente US 9.273.789 B2, a vedação é montada no disco (móvel) e a sede está no corpo de válvula (fixa). A vedação tem então uma forma cônica “macho” e a sede tem uma forma cônica “fêmea”. No entanto, é perfeitamente possível instalar a vedação na parte fixa - passará então a ter a forma cônica fêmea - e a sede pode ficar no disco que passará a ter a forma cônica macho.

[005] No entanto, as restrições de fabricação e desenvolvimento são muito reais para o fabricante de válvulas. Para que o arranjo funcione de maneira ideal, as superfícies cônicas da vedação e da sede devem se encaixar perfeitamente. Isso inclui três aspectos em particular: 1) a vedação deve ter um grau de liberdade lateral para estar na posição correta - a cinemática ideal imposta por este tipo de construção é perturbada pelas diferentes tolerâncias de fabricação da montagem e, portanto, é importante para permitir que o sistema se auto-ajuste; 2) as geometrias das partes cônicas devem ser as mais precisas possíveis; 3) as geometrias das partes cônicas não devem deformar com o tempo, por exemplo, durante aumentos de temperatura.

[006] Apesar de tudo isso, o conceito de “ajuste perfeito” continua difícil de ser aplicado e não é muito utilizado por um técnico no assunto. As partes cônicas macho e fêmea não podem ser estritamente topologicamente idênticas. Se o cone macho for ligeiramente menor que o cone fêmea, no final do fecho haverá um campo de aberturas mais ou menos extenso entre as duas superfícies, e a função de vedação estará de fato muito deteriorada.

[007] A resposta do técnico no assunto a este problema residirá no método de tolerância das duas superfícies cônicas. Ele criará alguma interferência, principalmente na penetração do cone macho no cone fêmea ou vice-versa, para garantir a ausência de um campo de aberturas. Isso funciona, mas o contato simultâneo de todos os pontos da superfície cônica macho na superfície cônica fêmea é perdido. Um estudo cinemático mostra que o contato será feito primeiramente nas áreas mais próximas ao eixo de operação da válvula, alguns graus antes do final do fecho; ele então se espalhará progressivamente para as áreas mais distantes do referido eixo de operação da válvula. Portanto, haverá uma pequena quantidade de torque durante os graus finais de fechamento.

[008] Portanto, será entendido que juntas cônicas potencialmente muito rígidas eventualmente terão que ser usadas que, portanto, não são muito propícias à acomodação superfície a superfície, o que seria benéfico para a vedação, em favor de um ganho finalmente pequeno na redução dos torques operacionais.

[009] A rigidez das vedações cônicas pode ser reduzida substituindo uma vedação cônica de metal de peça única por uma vedação lamelar, composta por uma pilha de grafite e tiras de metal, por exemplo, visíveis na Figura 4 da patente US 9.273.789 B2 descrita acima. No entanto, o ganho final em flexibilidade permanece muito pequeno. Deve-se notar também que este tipo de construção pode não ser aplicável, particularmente em aplicações para as quais o grafite não é compatível. O desgaste do componente de grafite ao longo do tempo também é um problema, uma vez que o grafite é bastante friável e, portanto, altamente sujeito a erosão em serviço.

[010] Fora do campo técnico de válvulas borboleta de tripla excentricidade, pode-se verificar que é comum trabalhar com diferentes soluções de vedação de metal. Por exemplo, o pedido de patente francesa FR 2 615 580 A1 apresenta uma solução interessante para válvulas borboleta de dupla excentricidade. Como um lembrete, nesta construção, a forma da superfície de vedação é cônica ou radiada, mas em qualquer caso sem inclinação (com referência à patente US 9.273.789 B2, isso significa que não existe mais o ângulo de inclinação mencionado acima). A vedação é feita pelo princípio de um anel em C de metal com núcleo de mola: este é um projeto especial de um anel em C de metal com núcleo de mola, por exemplo, como a vedação HELICOFLEX® comercializada pela empresa francesa Technetics Group, cujo princípio básico é explicitamente descrito no pedido de patente francesa FR 2 151 186 A1. A vedação compreende dois toros: um toro dinâmico que o disco comprimirá a cada fechamento e um toro estático que faz a vedação entre o interior do conduto e o ambiente externo. Uma membrana de vedação faz a conexão entre os dois toros. Esta membrana é, na verdade, a continuidade dos revestimentos de vedação dos dois toros. Esta solução tem bons desempenhos para válvulas borboleta de dupla excentricidade para pressões de vedação de até 70 bar.

[011] A adaptação deste conceito às válvulas borboleta de tripla excentricidade pode, portanto, ser legitimamente questionada. Uma dificuldade geométrica é então encontrada. Em uma configuração de dupla excentricidade, a superfície de contato do toro está localizada em um plano perpendicular ao eixo do conduto. Nesse plano, a superfície de contato tem forma circular: um círculo é obtido pela intersecção de um cone ou outra superfície de rotação com um plano ortogonal ao eixo desse cone ou outra superfície de rotação. Portanto, da mesma maneira, a forma geral da vedação é circular. Em uma válvula borboleta de tripla excentricidade, a superfície de contato da vedação está localizada em um plano perpendicular ao eixo do conduto, exatamente da mesma maneira. Por outro lado, o eixo da superfície de contato cônica é inclinado em relação ao eixo do conduto. Portanto, a intersecção do cone e do plano é uma elipse. Portanto, a vedação dupla proposta no pedido de patente francesa FR 2 615 580 A1 deve ter uma forma geralmente elíptica. Isso apresenta uma complexidade significativa. Em termos de fabricação, todas as placas que formam a vedação devem ser deformadas por ferramentas de estampagem elíptica, que são caras e requerem usinagens complexas. Outra alternativa poderia ser a fabricação inicial de uma vedação circular, que então seria deformada em uma forma elíptica. Isso é impossível na prática, porque a membrana de vedação de fato confere uma rigidez axissimétrica muito alta à montagem, evitando deformações gerais da estrutura da vedação.

[012] O pedido de patente europeia EP 2 228 572 A1 revela uma solução de vedação de metal diferente. Nesta aplicação, um suporte de vedação comprime uma vedação secundária montada no disco. Este suporte de vedação compreende um alojamento que abrigará uma vedação, tal como um anel de vedação em O de metal ou mesmo um anel de vedação em C. No entanto, este pedido EP 2 228 572 A1 não revela como fazer simultaneamente uma vedação correta entre a vedação e a sede, e entre a vedação e seu suporte, usando tal vedação. A forma em C proposta não pode garantir esta função de vedação dupla. A vedação de metal em forma de C deveria ser comprimida axialmente entre o suporte da vedação e a tampa, e teria então uma forma oblonga na direção radial, com regularidade incerta em torno da circunferência (dependendo das tolerâncias locais). Portanto, o controle da interferência da vedação/ sede não é revelado. Porém, um técnico no assunto sabe que este é um dos principais princípios de confiabilidade para este tipo de aplicação (controle do torque operacional da válvula, otimização da resistência no atrito, otimização da taxa de vazamento etc.). Além disso, neste pedido EP 2 228 572 A1, a vedação que se encaixa no alojamento de suporte de vedação é presa entre o suporte de vedação e o anel de fixação. Este tipo de construção apresenta muitas dificuldades no manuseio e montagem, principalmente no correto posicionamento da vedação para que possa desempenhar sua função de forma ideal. As operações de manutenção, incluindo a substituição da vedação, são complicadas por esta construção.

[013] Além disso, um sistema com um anel de vedação em O de elastômero em uma sede foi revelado no pedido internacional WO 98/04376 A2. As considerações de interferência-controle são menos importantes, dada a flexibilidade natural de um elastômero. Por outro lado, o uso deste conceito com uma vedação de metal não é óbvio. Surge a questão de como definir a ranhura e a vedação, de forma a obter uma interferência ideal em toda a superfície de contato da sede e também para limitar o risco de o disco ficar preso, devido à rigidez excessiva da montagem de invólucro/vedação. Normalmente, a substituição de um anel de vedação em O de elastômero por um anel de vedação em O de metal nesta aplicação sem maiores considerações provavelmente causaria obstrução da válvula porque a montagem seria muito rígida.

[014] Como resultado, há uma necessidade de revelar uma solução para uma vedação de metal, dando melhores desempenhos do que as soluções de vedação convencionais para válvulas borboleta de tripla excentricidade e facilmente adaptando-se à natureza elíptica da superfície de contato. Esta solução deve permitir otimizar os parâmetros de vedação, a vida útil e o torque operacional.

Apresentação da Invenção

[015] O objetivo da invenção é remediar, pelo menos parcialmente, as necessidades mencionadas acima e as desvantagens nas formas de realização de acordo com o estado da técnica.

[016] Outro objetivo de um dos aspectos da invenção é um sistema de vedação de metal para uma válvula borboleta de tripla excentricidade, compreendendo:

- uma vedação de metal dinâmica, de preferência compreendendo um núcleo de metal rodeado por um revestimento externo,
- um invólucro de metal com uma superfície externa cônica inclinada, que compreende um primeiro alojamento dentro do qual a vedação de metal dinâmica é montada, e
- uma tampa de metal, fixada ao invólucro de metal para permitir que ela feche por encaixe nivelado das faces superior ou inferior da tampa de metal e do invólucro de metal, o invólucro de metal compreendendo um segundo alojamento no qual a tampa de metal se encaixa, a vedação de metal dinâmica sendo localizada entre a tampa de metal e a superfície do invólucro de metal definindo o primeiro alojamento.

[017] Outro propósito de acordo com um dos aspectos da invenção é uma válvula borboleta de tripla excentricidade, que compreende:

- um corpo de válvula definindo um conduto e compreendendo uma parte cônica inclinada formando a sede de válvula,
- uma haste de válvula guiada em rotação em cada lado do conduto, conectada a uma haste de controle da válvula borboleta,
- um disco girando simultaneamente com a haste de válvula, alojado no conduto do corpo de válvula,

caracterizado por compreender também um sistema de vedação de metal encaixado no disco, ou no corpo de válvula, sustentando por esmagamento em uma vedação secundária que faz a vedação entre o sistema de vedação de metal e o disco ou o corpo de válvula, e do qual uma parte cônica inclinada externa ou interna, respectivamente, faz a vedação com a sede de válvula ou o disco, respectivamente, e em que o referido invólucro está em contato com a vedação secundária.

[018] O sistema de vedação de metal pode ser instalado indiferentemente no corpo de válvula ou no disco. Vantajosamente, o sistema de vedação de metal tem uma capacidade de acomodação radial e não se deforma devido ao rolamento axial na vedação secundária durante a instalação no disco ou no corpo de válvula.

[019] O sistema de vedação de metal e a válvula borboleta de acordo com a invenção também podem compreender uma ou várias das seguintes características tomadas isoladamente ou em qualquer combinação tecnicamente possível.

[020] A vedação de metal dinâmica pode ser de diferentes tipos. Em particular, pode ser um anel de vedação em O ou um anel de vedação em C, entre outros. A vedação de metal dinâmica preferencialmente compreende um núcleo de metal rodeado por um revestimento externo.

[021] O núcleo de metal pode ser composto por uma mola, em particular uma mola helicoidal com voltas adjacentes que se fecha sobre si mesma e que tem a forma de um toro quando no estado de repouso.

[022] O revestimento externo, dentro do qual o núcleo de metal é inserido, pode ter a forma de uma superfície toroidal para a qual o círculo gerador não se fecha sobre si mesmo, quando no estado de repouso.

[023] Em particular, a vedação de metal dinâmica pode ser uma vedação em C com um núcleo de mola, por exemplo, tal como a vedação HELICOFLEX® comercializada pela empresa francesa Technetics Group, cujo princípio básico é descrito no pedido de patente francesa FR 2 151 186 A1.

[024] Além disso, o primeiro alojamento do invólucro de metal pode compreender uma superfície de apoio lateral com a qual a vedação de metal dinâmica é posicionada em contato.

[025] A superfície de apoio lateral pode ter qualquer forma, em particular uma forma não circular e, em particular, configurada para obter uma interferência variável em torno da periferia do sistema de vedação. A forma pode assim ser definida como desejado para obter uma interferência predeterminada em cada ponto em torno da periferia do sistema de vedação.

[026] Em particular, a superfície de apoio lateral pode ser elíptica. A vedação de metal dinâmica pode ser de forma circular. Também pode ser radialmente compressível para assumir uma forma elíptica.

[027] Além disso, o primeiro alojamento do invólucro de metal pode compreender uma superfície de apoio lateral com a qual a vedação de metal dinâmica é posicionada em contato, a superfície de apoio lateral sendo de forma elíptica.

[028] A vedação de metal dinâmica pode ter uma forma geralmente elíptica, sua elipse interna sendo substancialmente idêntica à elipse da superfície de apoio lateral (com uma ligeira folga ou aperto). Dependendo da rigidez da vedação e da diferença de dimensão entre os eixos principal e secundário, também pode ser considerado que a vedação é de forma geral circular, sendo sua forma elíptica assumida durante a instalação no primeiro alojamento, especialmente por ligeiro estiramento ao longo do eixo principal. É então o próprio primeiro alojamento que permite que a vedação dinâmica mantenha sua forma elíptica.

[029] Além disso, a vedação de metal dinâmica pode ser uma vedação em forma de “U”, com uma abertura voltada para a face superior ou inferior do invólucro, especialmente com uma abertura deslocada por um ângulo máximo de 30° da linha central do invólucro.

[030] Em outras palavras, é possível manter uma forma em “U” ligeiramente inclinada. Isso pode ser útil, por exemplo, para evitar que as extremidades do “U” prendam inadequadamente na sede de válvula ao fechar e empurrar ou dobrar o revestimento da vedação dinâmica.

[031] A vedação de metal dinâmica pode ser uma vedação em “U”.

[032] O revestimento da vedação de metal dinâmica pode ser composto de um único metal, por exemplo, níquel. Alternativamente, o revestimento pode compreender uma parte rígida, por exemplo feita de aço inoxidável ou inconel®, na qual um depósito flexível é adicionado apenas na superfície, por exemplo, um depósito de prata, politetrafluoroetileno (PTFE) e/ou níquel-PTFE.

[033] Em algumas aplicações, desempenhos de vedação mais baixos podem ser acomodados, porque a válvula provavelmente fará um grande número de operações de abertura/fechamento e é desejado limitar o desgaste da superfície. O revestimento pode então compreender uma parte rígida, por exemplo, feita de aço inoxidável ou inconel® que foi endurecida na superfície, por exemplo, por meio de um endurecimento do invólucro ou processo de endurecimento de superfície, tal como o denominado Kolsterising® da Bodycote.

[034] Além disso, a vedação de metal dinâmica pode compreender uma textura de superfície, de modo a aumentar sua capacidade de criar um contato íntimo com a sede de válvula.

[035] O sistema de vedação de metal pode ser configurado de modo que possa ser encaixado no disco ou no corpo de válvula, de uma válvula borboleta de tripla excentricidade compreendendo um corpo de válvula definindo um conduto e compreendendo uma parte cônica inclinada formando a sede de válvula, uma haste de válvula guiada em rotação em cada lado do conduto, conectada a uma haste de controle da válvula borboleta e um disco girando simultaneamente com a haste de válvula. O sistema de vedação de metal pode sustentar em uma vedação secundária, esmagando-a para fazer a vedação entre o sistema de vedação de metal e o disco ou o corpo de válvula, e do qual uma seção cônica inclinada externa ou interna fornece, respectivamente, a vedação com a sede de válvula ou o disco, respectivamente, e o referido invólucro pode estar em contato com a vedação secundária.

[036] O sistema de vedação de metal pode ser configurado para ser instalado em um recesso no disco ou em um recesso no corpo de válvula.

[037] O disco pode compreender uma ranhura que aloja a vedação secundária quando o sistema de vedação de metal é instalado no disco, ou o corpo de válvula pode compreender uma ranhura que aloja a vedação secundária quando o sistema de vedação de metal é instalado no corpo de válvula.

[038] Esta ranhura pode ser integrada no invólucro. Esta alternativa apresenta as seguintes vantagens: o fabricante da válvula pode evitar a operação de usinar uma ranhura no disco ou no corpo de válvula; o fabricante da vedação pode ter controle ideal sobre as tolerâncias de usinagem da ranhura da vedação secundária, o que pode ser um ponto crítico para a operação da vedação.

[039] A vedação secundária pode ser uma junta enrolada em espiral ou uma vedação forjada, em particular feita de grafite.

[040] O sistema de vedação de metal pode ser configurado para ser encaixado no disco, e o sistema de vedação de metal e a vedação secundária podem ser configurados para serem comprimidos axialmente por um flange, fixado ao disco por uma rede de porcas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[041] A invenção será melhor compreendida após a leitura da seguinte descrição detalhada de formas de realização de exemplo não limitativas da invenção e um exame das figuras esquemáticas e parciais no desenho anexo em que:
A Figura 1 é uma vista em corte em perspectiva em um plano perpendicular ao eixo da haste de controle do disco de uma válvula borboleta de tripla excentricidade, ilustrando um exemplo de um sistema de vedação de metal em conformidade com a invenção para uma válvula borboleta de tripla excentricidade,
A Figura 2 e a Figura 3 são vistas em corte detalhadas no plano da haste de controle de válvula, ilustrando o sistema de vedação de metal na Figura 1 com a válvula borboleta fechada,
A Figura 4 e a Figura 5 são vistas em perspectiva e frontal, respectivamente, ilustrando um exemplo de um invólucro de um sistema de vedação em conformidade com a invenção,
A Figura 6 é uma vista em corte em perspectiva que ilustra um exemplo de um sistema de vedação em conformidade com a invenção, compreendendo o invólucro de metal, a tampa de metal e a vedação de metal dinâmica, e
A Figura 7 é uma vista em corte detalhada, ilustrando uma forma de realização variante do sistema de vedação de metal em conformidade com a invenção.

[042] Em todas essas figuras, referências idênticas podem designar elementos idênticos ou semelhantes.

[043] Além disso, as diferentes partes mostradas nas figuras não estão necessariamente todas na mesma escala, para tornar as figuras mais facilmente compreensíveis.

Apresentação Detalhada de Formas de Realização Particulares

[044] Exemplos de formas de realização da invenção serão agora descritos com referência às Figuras 1 a 7.

[045] Em primeiro lugar, um primeiro exemplo de uma válvula borboleta de tripla excentricidade (30) compreendendo um sistema de vedação de metal (6) em conformidade com a invenção será descrito com referência às Figuras 1 a 6.

[046] A Figura 1 é, portanto, uma vista em corte que ilustra a válvula borboleta (30) na posição aberta e o sistema de vedação de metal (6) em um plano perpendicular ao eixo da haste de controle do disco (3).

[047] As Figuras 2 e 3 são vistas em corte detalhadas no plano da haste de controle da válvula borboleta (30) na posição fechada.

[048] A válvula borboleta de tripla excentricidade (30) compreende, assim, um corpo de válvula oco (1), que é oco para definir um conduto (4). Além disso, em sua periferia interna delimitando sua parte oca, o corpo de válvula (1) compreende uma parte anular interna cônica e inclinada que forma a sede de válvula (5), visível por exemplo na Figura 1. Em outras palavras, a sede de válvula (5) compreende uma superfície interna (5a) com uma forma cônica inclinada.

[049] Esta superfície interna (5a) se estende entre uma face lateral a montante (5b) e uma face lateral a jusante (5c) da sede de válvula (5). Deve-se notar que os termos “a montante” e “a jusante” devem ser entendidos como sendo relativos à direção de fluxo normal do fluido de montante para jusante, conforme representado pela seta (F) na Figura 1.

[050] A superfície lateral a montante (5b) e a superfície lateral a jusante (5a) estão contidas em planos perpendiculares ao eixo X do conduto (4). Além disso, se a sede de válvula (5) é intersectada por um plano perpendicular ao eixo X do conduto (4) e está localizada entre os dois planos nos quais as superfícies laterais (5b) e (5a) estão inscritas, a borda interna da sede de válvula (5) teria forma elíptica.

[051] A válvula borboleta (30) também tem uma passagem de haste (2), na qual a haste de válvula (não mostrada) se encaixará, que é guiada em rotação em cada lado do conduto (4) e está conectada a uma haste de controle da válvula borboleta (30). A válvula borboleta (30) também compreende um disco (3) alojado no conduto (4) e através do qual a haste (2) passa e irá girar simultaneamente com a haste de válvula (2) na direção indicada pela seta (7) na Figura 1.

[052] Além disso, na sua periferia, o disco (3) compreende um recesso (13) para a integração de um sistema de vedação (6) conforme a invenção, como pode ser visto, por exemplo, na Figura 6, na parte inferior do qual uma ranhura (14) é usinada. Alternativamente, se o sistema de vedação de metal (6) estiver instalado no corpo de válvula (1), o recesso estaria localizado no corpo de válvula (1). Da mesma forma, a ranhura poderia ser formada no corpo de válvula (1) se o sistema de vedação de metal (6) fosse instalado no corpo de válvula (1).

[053] Uma vedação secundária (10) é posicionada na ranhura (14) e o sistema de vedação de metal (6) então cobre a vedação secundária (10). A vedação secundária (10) pode ser, por exemplo, uma vedação em espiral. É projetada para interromper o caminho de vazamento entre o sistema de vedação de metal (6) e o disco (3).

[054] A montagem formada pelo sistema de vedação de metal (6) e a vedação secundária (10) é comprimida axialmente por um flange (11), que é ele próprio preso por uma rede de porcas (12).

[055] A Figura 2 mostra uma vista detalhada a 90° do eixo da válvula, mostrando o sistema de vedação (6) no disco (3) na posição fechada.

[056] O sistema de vedação (6), portanto, compreende um invólucro (15), adaptado para ser instalado no recesso (13) formado no disco (3). Como mostrado na Figura 2, há uma folga (J) entre o diâmetro interno (17) do invólucro (15) e o diâmetro externo (16) do disco (3), no recesso (13), para que a montagem possa se posicionar durante o primeiro fechamento.

[057] A superfície externa (18) do invólucro (15) tem uma forma cônica inclinada, com dimensões tais que fica em contato uniforme com a sede de válvula (5) no final do fechamento.

[058] Além disso, um primeiro alojamento (19) é formado no invólucro (15). Este primeiro alojamento (19) compreende uma superfície de apoio lateral (20), de preferência paralela ao eixo central (T) do invólucro (15), mostrado na Figura 4. Deve-se notar que as duas superfícies perpendiculares ao eixo central (T) do invólucro (15) são referidas como a “face superior” e a “face inferior” do invólucro (15). Por convenção, a “face superior” é a superfície mais próxima do topo do cone que forma a superfície externa. Ao contrário de uma vedação sólida de acordo com o estado da técnica, o primeiro alojamento (19) seria então formado por remoção de material na superfície superior ou na superfície inferior. Neste caso, o primeiro alojamento (19) é formado na face superior do invólucro (15), mas pode ser formado na face inferior sem sair da estrutura da invenção.

[059] O primeiro alojamento (19) é assim aberto para o exterior. Se o invólucro (15) é interceptado em um plano contendo o eixo central (T), uma geometria semelhante à geometria de uma escada é observada, interceptando o cone externo. O fundo (19f) do primeiro alojamento (19) é de preferência plano, enquanto a superfície de apoio lateral (20) é de preferência paralela ao eixo central (T).

[060] Além disso, deve-se notar que, como pode ser visto na Figura 4, o invólucro (15) incorpora um sistema de indexação (40) de modo que pode ser posicionado em um ângulo correto no disco (3), por exemplo, um entalhe para um pino em seu diâmetro interno. Na verdade, toda a parte interna do invólucro (15) é tal que pode ser posicionada no disco (3).

[061] Assim, o invólucro (15) é indexado em uma posição angular no recesso (13) por um pino axial encaixado no disco (3) e passando pelo entalhe (40) no invólucro (15), esta disposição não sendo totalmente representada.

[062] A Figura 5 representa uma vista superior do invólucro (15). Observa-se que a superfície de apoio lateral (20) é de forma elíptica com um eixo principal (23) e um eixo secundário (22). O eixo principal (23) é coincidente com o eixo médio horizontal do diâmetro interno (17) do invólucro (15). O eixo secundário (22) é paralelo ao eixo médio vertical (24) do diâmetro interno (17) do invólucro (15) com um deslocamento igual a um valor e.

[063] Além disso, uma vedação de metal dinâmica (21) é encaixada no primeiro alojamento (19). Compreende uma mola helicoidal (26) e um revestimento (27). Por exemplo, pode ser uma vedação de toro em “U” simples. Deve-se notar que o termo abertura em “C” é usado quando a abertura está voltada para o diâmetro interno ou externo do invólucro. Quando visto em uma vista em corte, neste caso, a abertura é orientada para a face superior ou inferior, de modo que o termo abertura em “U” é usado. Em outras palavras, a posição está a 90° de uma abertura em “C”. Esta vedação dinâmica (21) tem partes lisas em seus diâmetros interno e externo e, portanto, pode fazer uma vedação radial quando seus diâmetros interno e externo entram em contato.

[064] Por exemplo, pode ser uma vedação HELICOFLEX® comercializada pela empresa francesa Technetics Group, cujo princípio básico é descrito no pedido de patente francesa FR 2 151 186 A1. Pode-se notar que a diferença nas dimensões entre o eixo secundário (22) e o eixo principal (23) é visualmente muito pequena. A vedação (21) pode ser fabricada em forma circular e, então, pode ser esticada manualmente durante a instalação no primeiro alojamento (19) para assumir sua forma elíptica, sendo retida pela superfície de apoio lateral (20).

[065] Uma vez posicionada em seu primeiro alojamento (19), a periferia interna da vedação dinâmica (21) está em contato com a superfície de apoio lateral (20) ou a superfície vertical do primeiro alojamento (19). Em uma seção em um plano contendo o eixo central (T), a seção da periferia externa da vedação dinâmica (21) intersecta a superfície cônica fictícia prolongando a superfície cônica real que forma a forma externa do invólucro (15). A penetração máxima do arco de círculo do toro da vedação dinâmica (21) no cone, medida perpendicularmente à superfície do cone, é referida como “interferência”. Quando a válvula (30) é fechada, o sistema de vedação (6) se moverá para a posição em contato com a sede de válvula (5) com uma forma cônica inclinada feita de modo que, no final do fechamento, sua superfície seja coincidente com a superfície cônica inclinada formando a forma externa do invólucro (15). O invólucro (15) pode atuar como um batente, se não houver batentes em outro lugar na válvula (30), e a interferência corresponderá à compressão efetiva da vedação dinâmica (21) na sede de válvula (5). Conforme indicado em na apresentação do estado da técnica, as superfícies cônicas do invólucro (15) e da sede de válvula (5) não podem combinar perfeitamente. No entanto, isso não é um problema porque a vedação é feita pela interferência da vedação dinâmica (21) e não por um encaixe perfeito das duas superfícies cônicas.

[066] O revestimento (27) tem uma forma de “U”. No exemplo descrito, o ângulo da abertura (28) do “U” é ligeiramente desviado para dentro da sua posição normal, isto é, paralelo ao eixo central (T) do invólucro (15); portanto, é certo que as extremidades do revestimento (27) não podem pegar a sede de válvula (5) durante os movimentos da válvula (30), o que danificaria o revestimento (27). Independentemente da posição exata da abertura (28), é importante que ela não intersecte os diâmetros externo e interno da vedação em qualquer circunstância, pois a vedação será feita nestes diâmetros.

[067] Além disso, uma tampa (29) fecha o sistema de vedação de metal (6) por encaixe nivelado, ou com uma superfície substancialmente contínua, entre a superfície superior (29p) da tampa (29) e a superfície superior (15p) do invólucro de metal (15) de modo que o sistema de vedação (6) possa ser posicionado em contato com o flange (11). Esta tampa (29) é vantajosamente posicionada em um segundo alojamento (39) no invólucro (15), formado neste caso por um recorte (15s) na face superior (15p) do invólucro (15) (mas também poderia ser a face inferior). Além disso, a tampa (29) é mantida no lugar por três parafusos axiais (32), visíveis nas Figuras 1 e 6. Esses parafusos (32) devem ser capazes de segurar a tampa (29) no lugar durante o transporte e montagem do sistema de vedação (6). Finalmente, a montagem é mantida no lugar na válvula (30) pelo flange (11) e as porcas (12). Em outras palavras, o sistema de vedação (6) forma uma montagem que compreende a vedação (21) entre o invólucro (15) e a tampa (29) que é homogênea e independente do flange (11). A presença da tampa (29) em um segundo alojamento (39) do invólucro (15), projetada de modo que a face superior do sistema de vedação (6) seja formada pela tampa (29) e uma parte do invólucro (15), facilita vantajosamente o manuseio do sistema de vedação (6) e facilita a montagem. Além disso, qualquer operação de manutenção, e particularmente a substituição da vedação (21), é facilitada pelo uso desta tampa (29).

[068] A forma externa da tampa (29) é inclinada e cônica. O ângulo entre a tampa (29) e o invólucro (15) é indexado. Após a montagem, a área cônica inclinada formando o exterior da tampa (29) substitui a área cônica inclinada equivalente de uma vedação de metal simples convencional que foi removida do mesmo local ao criar o primeiro alojamento (19) para a vedação dinâmica (21).

[069] Além disso, uma folga (J’) é formada entre o exterior da tampa (29) e a sede de válvula (5). Além disso, a tampa (29) nunca entra em contato com a sede de válvula (5). Vantajosamente, dada sua pequena espessura, isso evita o risco de torcer a tampa (29) quando a válvula (30) está fechada. Ao fechar, a compressão radial da vedação dinâmica (21) será feita como resultado da interferência (i) entre a periferia da vedação (21) e a sede de válvula (5).

[070] Na Figura 3, que mostra uma vista em corte semelhante à da Figura 2, mas em um plano contendo a linha central da válvula, não mostrada, há também interferência (i’) da vedação (21). Em uma forma de realização preferencial, um técnico no assunto será capaz de determinar os comprimentos do eixo principal (23) e do eixo secundário (22), e o deslocamento e, de modo a criar uma interferência uniforme da vedação dinâmica (21) com a sede de válvula (5) em torno de toda a periferia do sistema de vedação (6) de modo a obter i = i’. No entanto, o comprimento do eixo secundário (22) pode ser reduzido de modo a obter i < i’. Isto pode ser útil para reduzir os torques operacionais e as forças de torção no revestimento (27) na haste e, portanto, fazer uma limitação consequente do desgaste do revestimento (27). Em geral, um técnico no assunto pode modificar toda ou parte da forma da superfície de apoio (20) para gerenciar a interferência localmente.

[071] Durante a montagem, o sistema de vedação de metal (6) assim definido é posicionado no disco (3) da mesma forma que uma vedação de metal sólida que ele substitui. Ele entra em contato com a vedação secundária (10), evitando o vazamento em torno de si, e a montagem é comprimida pelo flange (11).

[072] Deve-se notar que a área cônica inclinada da tampa (29) é preferencialmente posicionada para estar ligeiramente recuada da área cônica inclinada equivalente de uma vedação simples convencional. Isso permite a retenção ideal da vedação dinâmica (21) no primeiro alojamento (19), sem obter contato entre a sede de válvula (5) e a tampa (29) ao fechar. Tal contato não contribuiria para a vedação, mas criaria tensões mecânicas na tampa (29), que poderiam danificá-la.

[073] Além disso, a elipse formada pela superfície de apoio lateral (20) do primeiro alojamento (19) é definida de modo que a interferência efetiva da vedação dinâmica (21) seja idêntica em torno de toda a periferia do sistema de vedação (6). Especificamente, isso é conseguido otimizando as dimensões dos eixos principal e secundário. O centro da elipse também é ajustado em posição na linha colinear com seu próprio eixo principal.

[074] Além disso, a interferência em torno do perímetro do sistema de vedação (6) pode ser variável. Para conseguir isso, esta superfície de apoio lateral (20) do primeiro alojamento elíptico (19) deve ser reconsiderada e também deve ser definida como tendo uma forma arbitrária. Pode então ser definido como desejado obter uma interferência específica da vedação dinâmica (21) em cada ponto cardinal do sistema de vedação (6). Isso tem várias vantagens: por exemplo, pode ser útil limitar a interferência em áreas próximas ao eixo, de modo a limitar o torque de fechamento da válvula (30). Essas áreas são também as áreas nas quais o material da vedação dinâmica (21) é tensionado em torção, o que reduz sua vida potencial. Conforme explicado no estado da técnica, a interferência se tornará manifesta no momento do fechamento nessas áreas próximas ao eixo de controle e, portanto, irá gerar um torque resistivo e torção na superfície da vedação dinâmica (21). No entanto, essas áreas também são as áreas em que a interferência de vedação dinâmica (21)/ sede de válvula (5) é mais facilmente controlada, em termos da precisão das dimensões e do posicionamento entre o sistema de vedação (6) e a sede de válvula (5). Portanto, seria possível reduzi-la localmente nestas áreas. Neste caso específico, uma superfície de apoio (20) da vedação dinâmica de forma elíptica (21) pode ser retida, mas o eixo secundário da qual é reduzido para reduzir a interferência em áreas próximas ao eixo. A superfície de apoio (20) também pode ser feita da seguinte forma: uma superfície de apoio de forma elíptica é tomada como base dando interferência com compressão uniforme. Esta elipse é então intersectada por linhas paralelas ao eixo principal. Isso reduz a interferência nas passagens da haste.

[075] Uma melhoria pode consistir na criação de uma mola completa (26), soldando vários comprimentos livres de molas. O diâmetro da volta é o mesmo para todos os comprimentos livres. No entanto, o diâmetro do fio da mola e/ou do material do fio pode ser diferente. Portanto, a rigidez de cada comprimento livre será diferente, possibilitando diferentes comportamentos mecânicos locais. Obviamente, áreas com rigidez diferente devem ser identificadas para que cada uma possa ser posicionada em seu local correspondente durante a instalação da montagem.

[076] Além disso, a Figura 7 mostra uma versão da invenção com uma configuração “invertida”, ou seja, o sistema de vedação (6) é montado no corpo de válvula (1), entrando em contato com uma sede de válvula formada pela superfície externa do disco (3). Deve-se notar que, neste caso, a vedação secundária (10) é uma vedação em espiral e não um anel de vedação em O. A invenção não se restringe a um tipo particular de vedação secundária.

[077] Obviamente, a invenção não está limitada às formas de realização de exemplo que acabaram de ser descritas. Um técnico no assunto pode fazer várias modificações nela.

Claims

SISTEMA DE VEDAÇÃO DE METAL (6) para uma válvula borboleta de tripla excentricidade (30), caracterizado por compreender:
- - uma vedação de metal dinâmica (21), compreendendo um núcleo de metal (26) rodeado por um revestimento externo (27),
- - um invólucro de metal (15) com uma superfície externa cônica inclinada (18), que compreende um primeiro alojamento (19) dentro do qual a vedação de metal dinâmica (21) é montada, e
- - uma tampa de metal (29), fixada ao invólucro de metal (15) para permitir que ela feche por encaixe nivelado das faces superior ou inferior da tampa de metal (29) e do invólucro de metal (15), o invólucro de metal compreendendo um segundo alojamento (39) no qual a tampa de metal (29) se encaixa, a vedação de metal dinâmica (21) sendo localizada entre a tampa de metal (29) e a superfície do invólucro de metal (15) definindo o primeiro alojamento (19).
SISTEMA DE VEDAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo núcleo de metal (26) ser composto por uma mola, em particular uma mola helicoidal com voltas adjacentes que se fecha sobre si mesma e que tem a forma de um toro quando no estado de repouso.
SISTEMA DE VEDAÇÃO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo revestimento externo (27), dentro do qual o núcleo de metal (26) é inserido, possuir a forma de uma superfície toroidal para a qual o círculo gerador não se fecha sobre si mesmo, quando no estado de repouso.
SISTEMA DE VEDAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo primeiro alojamento (19) do invólucro de metal (15) compreender uma superfície de apoio lateral (20) com a qual a vedação de metal dinâmica (21) é posicionada em contato, a superfície de apoio lateral (20) tendo uma forma não circular, configurada em particular para obter uma interferência variável em torno da periferia do sistema de vedação (6).
SISTEMA DE VEDAÇÃO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela superfície de apoio lateral (20) ter forma elíptica.
SISTEMA DE VEDAÇÃO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela vedação de metal dinâmica (21) ter forma circular e poder ser comprimida radialmente para assumir uma forma elíptica.
SISTEMA DE VEDAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela vedação de metal dinâmica (21) ser uma vedação em forma de “U”, com uma abertura voltada para a face superior ou inferior do invólucro (15), em particular com uma abertura deslocada por um ângulo máximo de 30° da linha central (T) do invólucro (15).
SISTEMA DE VEDAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por ser configurado para ser encaixado no disco (3) ou no corpo de válvula (1), de uma válvula borboleta de tripla excentricidade (30) que compreende um corpo de válvula (1) definindo um conduto (4), e compreendendo uma parte cônica inclinada formando a sede de válvula (5), uma haste de válvula guiada em rotação em cada lado do conduto (4), conectada a uma haste de controle da válvula borboleta (30), e um disco (3) girando simultaneamente com a haste de válvula (2);
o sistema de vedação de metal (6) sustentando em uma vedação secundária (10), esmagando-a para fazer a vedação entre o sistema de vedação de metal (6) e o disco (3) ou o corpo de válvula (1), e do qual uma seção cônica inclinada externa ou interna fornece respectivamente a vedação com a sede de válvula (5) ou o disco (3), respectivamente,
e o referido invólucro (15) estando em contato com a vedação secundária (10).
SISTEMA DE VEDAÇÃO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo sistema de vedação de metal (6) ser configurado para ser instalado em um recesso (13) no disco (3) ou em um recesso no corpo de válvula (1).
SISTEMA DE VEDAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado pelo sistema de vedação de metal (6) estar configurado para ser encaixado no disco (3), e em que o sistema de vedação de metal (6) e a vedação secundária (10) são configurados para serem comprimidos axialmente por um flange (11), fixado ao disco (3) por uma rede de porcas (12).