BR102023000136A2 - Dispositivo atuador de válvula - Google Patents

Abstract

A presente invenção se refere a um dispositivo atuador de válvula, que consiste em uma placa superior (1) e uma placa inferior (2) voltadas uma para a outra que definem um alojamento dentro do qual está alojado um cilindro (3) que possui uma barra. Esta barra se conecta a um braço rotor (7) através de um elemento guia (8) que se insere e desliza linearmente entre uma posição inferior e uma posição superior dentro de ranhuras guia (9,9') dispostas nas respectivas placas superior (1) e inferior (2), em que o referido braço do rotor (7) está configurado para girar sobre um eixo de rotação (11) disposto em um elemento rotatório (12). Este elemento rotatório (12) é constituído por duas porções: uma porção adaptadora (12') para sua conexão com a barra de uma válvula que compreende o eixo de rotação (11) no qual o braço rotor (7) está inserido e uma porção de visualização (12'') que compreende um indicador visual (17) e um sistema de sensores de posição (18, 18') para detectar uma posição aberta e uma posição fechada.

Description

DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA RELATÓRIO DESCRITIVO CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO

[001] A presente invenção pertence ao campo técnico de válvulas para controle de fluxo de fluido; mais especificamente, atuadores de válvulas para controle de fluxo de fluido em instalações industriais ou instalações de extração de petróleo ou água.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O dispositivo atuador de válvula para controle de fluxo de fluidos da presente invenção foi projetado para conseguir o acionamento de válvulas para o controle de fluxos de fluidos de forma simples e segura. Com um design simples e robusto, é possível o abastecimento dos componentes do dispositivo a partir do centro de mecanismo sem a necessidade de maquinário complexo, o que permite o fornecimento dos componentes do dispositivo atuador desde qualquer lugar do mundo.

[003] Graças à simplicidade do seu design, é possível realizar sua manutenção de forma rápida e segura, podendo ser feita no terreno ou no local, sem a necessidade de deslocar o equipamento para um centro de manutenção. Isso implica uma redução significativa de tempo, custos associados à logística e pessoal qualificado.

[004] Além disso, não são necessárias ferramentas especiais nem máquinas complexas para a sua manutenção, porque permite a desmontagem total de todos os seus componentes para reparo, calibração ou troca de qualquer um de seus componentes.

[005] Uma das principais vantagens deste atuador é o seu peso, já que possibilita manejá-lo sem necessidade de maquinário extra permitindo exercer um torque de saída de aproximadamente 2000 Nm com uma pressão de trabalho de 2500 PSI. Isso garante a segurança e o bem-estar dos operadores.

[006] Portanto, o presente dispositivo atuador de válvulas para o controle de fluxo de fluidos apresenta inúmeras vantagens na função a qual se destina em relação aos atuadores existentes, graças ao seu design inovador que lhe confere segurança, robustez, facilidade de operação e manutenção a baixos custos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] A presente invenção refere-se a um atuador de ¼ de volta, especialmente configurado para ser utilizado em válvulas do tipo válvula macho, ou válvulas rotativas, como as válvulas esféricas ou borboleta.

[008] O dispositivo atuador de válvula da presente invenção compreende:

[009] Uma placa superior e uma placa inferior voltadas uma para a outra que definem um alojamento dentro do qual está alojado um cilindro que possui uma barra. Esta barra se conecta a um braço rotor por meio de um elemento guia que se insere e desliza linearmente entre uma posição inferior e uma posição superior dentro de ranhuras guia dispostas nas respectivas placas superior e inferior, em que o referido braço do rotor está configurado para girar sobre um eixo de rotação disposto em um elemento rotativo. Este elemento rotatório é constituído por duas porções: uma porção adaptadora para sua conexão com a barra de uma válvula compreendendo o eixo de rotação no qual o braço do rotor está inserido e uma porção de visualização que compreende um indicador visual e um sistema de sensores de posição para detectar uma posição aberta e uma posição fechada.

[0010] O dispositivo atuador da presente invenção é de projeto simples e robusto, de fácil fabricação e manutenção, que permite a operação de válvulas em instalações industriais ou de extração de petróleo ou água, com pressão diferencial de até 15.000 PSI, gerando torque máximo de 2.000 NM, com uma pressão de trabalho de 2.500 PSI.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0011] FIGURA 1 Mostra uma vista em perspectiva do atuador de um quarto de volta da presente invenção.

[0012] FIGURA 2 Mostra uma vista em elevação frontal do atuador de um quarto de volta da presente invenção.

[0013] FIGURA 3 Mostra uma vista em detalhe da disposição do cilindro, do elemento guia, do braço do rotor e do elemento rotatório.

[0014] FIGURA 4 Mostra uma visão em detalhe do sistema de sensores de posição.

[0015] FIGURA 5 Mostra uma vista expandida do atuador da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0016] A seguir, a invenção será descrita com referência às figuras 1 a 5, nas quais é mostrado um exemplo preferencial da invenção. Porém, a invenção não se limita ao referido exemplo, abrangendo modificações óbvias para uma pessoa de médio conhecimento no assunto.

[0017] O dispositivo atuador de válvula da presente invenção compreende uma placa superior 1 e uma placa inferior 2 voltadas uma para a outra, que definem uma estrutura de apoio dentro da qual está alojado um cilindro 3 hidráulico ou pneumático que possui duas extremidades, uma extremidade de fixação 4 e uma extremidade móvel 4 ´de uma barra 5. A extremidade de fixação 4 é fixada às respectivas placas superior 1 e inferior 2 por meios de fixação 6, como um parafuso passante.

[0018] A barra 5 do referido cilindro 3 se conecta a um braço rotor 7 por meio de um elemento guia 8. O referido elemento guia 8 possui duas extremidades opostas que são inseridas nas respectivas ranhuras guia 9, 9' dispostas nas respectivas placas superior 1 e inferior 2 que estão alinhadas com o eixo axial da haste 5. As referidas extremidades opostas do referido elemento guia 8 incluem, preferencialmente, casquilhos guia 17 para facilitar seu deslizamento dentro das ranhuras guia 9, 9'. As ranhuras guia 9.9´ em conjunto com os casquilhos guia 17 suportam as cargas axiais que ocorrem no momento de atuação do cilindro 3 (fig.3).

[0019] O elemento guia 8 pode mover-se dentro das referidas ranhuras 9, 9', entre uma posição superior e uma posição inferior colinearmente com a direção do movimento da barra 5 quando recebe a carga do cilindro 3 ao ser acionado.

[0020] Conforme indicado anteriormente, a barra 5 é conectada ao braço rotor 7 por meio de um elemento guia 8 cujas respectivas extremidades são inseridas e deslocadas dentro das respectivas ranhuras guia 9, 9' localizadas nas placas superior 1 e inferior 2. Este movimento linear traduzse num movimento de rotação do braço rotor 7, graças ao fato de que o elemento guia 8 se insere de forma deslizante no interior de uma ranhura 10 do braço rotor 7. Desta forma, ao acionar o cilindro 3, a barra 5 move o referido elemento guia 8 entre uma posição superior e uma posição inferior guiado pelas respectivas ranhuras guia 9, 9'. Esse deslocamento linear gera uma força de rotação no braço rotor 7 que gira sobre seu eixo de rotação 11 que faz parte de um elemento rotatório 12 (ver fig. 3).

[0021] Desta forma, o cilindro 3, o elemento guia 7, o braço do rotor 7 e parte do elemento rotatório 12 permanecem confinados no alojamento que é definido entre as placas superior 1 e inferior 2 (conforme mostrado na figura 1), e se montam por meio de uma pluralidade de orifícios passantes localizados nas placas superior 1 e inferior 2, e respectivos parafusos de ancoragem 13 e elementos espaçadores 22 para conferir resistência e robustez estrutural ao conjunto (ver fig. 5).

[0022] O elemento rotatório 12 é formado por duas porções: uma primeira porção ou porção adaptadora 12' para sua conexão com a barra de uma válvula A que apresenta uma extremidade com uma abertura configurada para receber um adaptador intercambiável para cada tipo de válvula A e uma extremidade oposta, na qual se projeta um eixo de rotação 11 para a inserção do braço do rotor 7. A primeira porção, ou porção adaptadora 12', é inserida em um orifício passante 28 na placa inferior 2 por meio de um casquilho 14, preferencialmente de bronze, e se projeta para fora do plano da placa inferior 2 (fig.5).

[0023] A segunda porção, ou porção de visualização 12'', do elemento rotatório 12 apresenta um corpo principal que apresenta um orifício passante 26, uma extremidade de apoio e uma extremidade ranhurada que funciona como um indicador visual 17 para o operador, indicando uma primeira posição aberta e uma segunda posição fechada da válvula A.

[0024] A referida segunda porção, ou porção de visualização 12'', está disposta coaxialmente com a primeira porção, ou porção adaptadora 12', em sua extremidade de apoio depois que o braço rotor 7 se insere no eixo de rotação 11 através de um orifício passante no braço rotor 15. O conjunto formado pela primeira porção, ou porção adaptadora 12', o braço rotor 7 e a segunda porção de visualização 12'', é montado entre si através de um meio de fixação 20 que é inserido em uma rosca disposta no eixo de rotação 11 para este fim.

[0025] O corpo principal da segunda porção de visualização 12'' é inserido em um orifício passante da placa superior 16; parte dele se projeta para fora do plano da placa superior 1 definindo um volume do corpo principal da porção de exibição. 12´´. Solidário ao referido volume do corpo principal da porção de visualização 12'' existe um sistema de sensores de posição constituído por um conjunto de elementos metálicos de referência 19, 19' e respectivos sensores 18, 18'. Os elementos metálicos de referência 19, 19' estão dispostos na superfície do referido volume do corpo principal da porção de visualização 12', preferencialmente rosqueados, e cooperam operacionalmente com os respectivos sensores de posição 18, 18' dispostos sobre a placa superior 1 para detectar um posição aberta e uma posição fechada da válvula A.

[0026] Os referidos sensores de posição 18, 18' são fixados à placa superior 1 por meio de suporte 21, preferencialmente do tipo bracket, e são dispostos sobre um arco de circunferência imaginário de 90° (quarto de volta). Desta forma, cada vez que o atuador atingir uma posição final, seja ela aberta ou fechada, os sensores 18, 18' detectarão as referidas posições por meio dos elementos metálicos de referência de posição 19, 19' dispostos na superfície da porção de visualização 12 ´´ do elemento rotativo 12 (ver fig. 4).

[0027] Os sensores de posição 18, 18' podem ser sensores de posição convencionais do tipo indutivo.

[0028] O sistema de sensores, bem como o corpo da porção de exibição 12'' do elemento rotativo 12, ficam confinados em um alojamento definido por uma tampa cobertura principal 23. A tampa cobertura 23 é fixada à placa superior 1 através de meios de fixação 24 que são inseridos nos respectivos orifícios 25 presentes na placa superior 1 (ver fig. 1).

[0029] A referida tampa cobertura principal 23 tem um orifício passante 27 para receber a porção de visualização 12'' do elemento rotatório 12, de modo que ambos os componentes, a tampa cobertura principal 23 e a porção de visualização 12'', formam um sistema de indicação visual para o operador de posição aberta ou posição fechada e, inclusive, posições intermediárias.

[0030] Como já indicado, quando o braço rotor 7 recebe a carga do cilindro 3 através do elemento guia 8, ele converte o movimento linear do referido elemento guia 8 em um movimento de rotação do braço rotor 7 sobre seu eixo de rotação 11 causando a rotação do elemento rotatório 12 que descreve um movimento de 90° entre a posição aberta e a posição fechada.

[0031] O dispositivo atuador da presente invenção é projetado para operar com um torque de saída: 2000 Nm, uma pressão de trabalho de 2500 PSI em uma faixa de temperatura de trabalho: -20° C a +80° C e pode girar 90° ±1°.
Números de referência
Placa superior 1
Placa inferior 2
Cilindro 3
Extremidade fixa do cilindro 4
Extremidade livre do cilindro 4'
Barra do cilindro 5
Meio de fixação do cilindro 6
Braço rotor 7
Elemento guia 8
Ranhuras guia 9,9'
Ranhura do rotor 10
Eixo de rotação 11
Elemento rotatório 12
Parafusos de ancoragem 13
Casquilho da placa inferior 14
Orifício passante do braço do rotor 15
Orifício passante da placa superior 16
Casquilhos guia 17
Sensores de posição 18,18'
Elementos de referência de posição 19, 19'
Parafuso 20
Meio de suporte do sensor 21
Elementos espaçadores 22
Tampa cobertura principal 23
Elementos de fixação da tampa cobertura 24
Orifícios da placa superior 25
Orifício passante da porção de visualização 26
Orifício passante da tampa cobertura 27
Orifício passante na placa inferior 28.

Claims (16)

1. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, caracterizado por uma placa superior (1) e uma placa inferior (2) voltadas uma para a outra que definem um alojamento dentro do qual está alojado um cilindro (3) que possui uma barra, esta barra se conecta a um braço rotor (7) por meio de um elemento guia (8) que se insere e desliza linearmente entre uma posição inferior e uma posição superior dentro de ranhuras guia (9,9') dispostas nas respectivas placas superior (1) e inferior (2), em que o referido braço do rotor (7) está configurado para girar sobre um eixo de rotação (11) disposto em um elemento rotatório (12), sendo este elemento rotatório (12) constituído por duas porções: uma porção adaptadora (12') para sua conexão com a barra de uma válvula que compreende o eixo de rotação (11) no qual o braço do rotor (7) está inserido e uma porção de visualização (12'') que compreende um indicador visual (17) e um sistema de sensores de posição (18, 18') para detectar uma posição aberta e uma posição fechada.
2. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido cilindro 3 ter uma extremidade de fixação (4) que é fixada às respectivas placas superior (1) e inferior (2) através de meios de fixação (6).
3. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido elemento guia (8) incluir casquilhos guia (17).
4. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as referidas ranhuras guia (9, 9') estarem alinhadas com o eixo axial da barra (5).
5. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o alojamento que é definido entre as placas superior (1) e inferior (2) ser montado por meio de uma pluralidade de orifícios passantes nas placas superior (1) e inferior (2) e respectivos parafusos de ancoragem (13) e elementos espaçadores (22).
6. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o braço do rotor (7) ser inserido no eixo de rotação (11) através de um orifício passante no braço rotor (15), entre a referida porção de visualização (12'') e a referida porção de adaptador (12').
7. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida porção de visualização (12'') e a referida porção de adaptador (12') estarem dispostas coaxialmente entre si.
8. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o conjunto formado pela porção adaptadora (12'), o braço rotor (7) e a porção de visualização (12'') ser montado através de um meio de fixação (20) que é inserido por um orifício passante da porção de visualização (12'') em uma rosca prevista para este fim no eixo de rotação (11).
9. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o corpo principal da segunda porção de visualização (12'') ser inserido em um orifício passante da placa superior (16), e parte dele se projetar para fora do plano da placa superior (1) definindo um volume do corpo principal da porção de visualização (12’’).
10. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por sobre a superfície do referido volume do corpo principal da porção de visualização (12’’) dispor-se um par de elementos metálicos de referência de posição (19, 19’) que cooperam operacionalmente com os respectivos sensores de posição (18, 18') dispostos sobre a placa superior (1) para detectar uma posição aberta e uma posição fechada da válvula A.
11. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por os referidos sensores de posição (18, 18') se fixarem à placa superior (1) através de meios de suporte (21).
12. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por os referidos sensores de posição (18, 18') estarem dispostos sobre um arco de circunferência imaginário de 90° (quarto de volta).
13. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por os sensores de posição (18, 18') serem sensores de posição do tipo indutivo.
14. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de sensores (18, 18''), bem como o volume do corpo principal da porção de visualização (12'') estarem confinados em um alojamento definido por uma tampa cobertura principal (23).
15. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por a referida tampa cobertura principal (23) ter um orifício passante (27) para receber o referido volume do corpo principal da porção de visualização (12'').
16. DISPOSITIVO ATUADOR DE VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a tampa cobertura principal (23) e a porção de visualização (12'') formarem um sistema indicador visual para o operador de uma posição aberta ou posição fechada ou de posições intermediárias.

Images