BR112014000673B1

BR112014000673B1 - Conjunto de válvula

Info

Publication number: BR112014000673B1
Application number: BR112014000673-3A
Authority: BR
Inventors: Adrian Marica
Original assignee: National Oilwell Varco, L.P.
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2021-11-03
Also published as: EP2732163A2; EP2732163B1; WO2013009432A2; US20140261790A1; WO2013009432A3; BR112014000673A2; US9903480B2; US8714193B2; US20130015385A1

Abstract

conjunto de válvula. uma válvula de assento axial com um atenuador integrado é exposta. em algumas modalidades, a válvula inclui uma guia de gatilho com uma haste e um gatilho oco é exposto. o gatilho oco recebe a haste de guia de gatilho no mesmo, definindo assim uma cavidade interna. o gatilho é móvel em relação à guia de gatilho para ajustar o volume da cavidade interna. o gatilho é também móvel em relação a um assento de válvula entre uma posição assentada e uma posição não assentada. o gatilho pode incluir um corpo com uma ranhura de vedação e uma vedação elástica disposta dentro da ranhura de vedação. a vedação é configurada para engatar o assento de válvula antes do corpo de gatilho quando o gatilho se move para a posição assentada. a válvula pode incluir um sistema de pivô de guia de gatilho que permite o pivotamento da guia de gatilho e do gatilho em relação a uma linha central axial da válvula.

Description

ANTECEDENTES

[0001] A descrição se refere geralmente a sistemas e métodos para reduzir a criação de pulsações em um fluido que passa através de uma válvula.

[0002] Para formar um poço de petróleo ou de gás, um conjunto de fundo de poço (BHA), incluindo uma broca de perfuração, é acoplado a um comprimento de tubo de perfuração para formar uma coluna de perfuração. A coluna de perfuração é então inserida no furo descendente, onde a perfuração começa. Durante a perfuração, fluido de perfuração, ou “lama,” é circulado para baixo através da coluna de perfuração para lubrificar e resfriar a broca de perfuração bem como para prover um veículo para a remoção dos detritos de perfuração a partir do furo de poço. Depois de abandonar a broca, o fluido de perfuração retorna para a superfície através do espaço anular formado entre a coluna de perfuração e a parede de fundo de poço circundante.

[0003] Instrumentação para realizar várias medições no furo descendente e dispositivos de comunicação são comumente montados dentro da coluna de perfuração. Muitos de tais instrumentação e dispositivos de comunicação operam por envio e recepção de pulsos de pressão através da coluna anular de fluido de perfuração mantido no furo de poço.

[0004] Bombas de lama são comumente usadas para fornecer o fluido de perfuração para a coluna de perfuração durante as operações de perfuração. Muitas bombas de lama convencionais são bombas de movimento alternativo, tendo um ou mais conjuntos de êmbolo-cilindro acionados por um eixo de manivela e hidraulicamente acoplados entre um coletor de sucção e um coletor de descarga. Cada conjunto de êmbolo-cilindro tem um êmbolo alojado dentro de um cilindro. Uma válvula de sucção posicionada entre o cilindro e o coletor de sucção é operável para controlar o fluxo de fluido de perfuração a partir do coletor de sucção para dentro do cilindro. Da mesma maneira, uma válvula de descarga posicionada entre o cilindro e o coletor de descarga é operável para controlar o fluxo de fluido de perfuração a partir do cilindro para o coletor de descarga.

[0005] Durante a operação da bomba de lama, o êmbolo é acionado para se movimentar alternadamente dentro do cilindro. Quando o êmbolo se move para expandir o volume dentro do cilindro, a válvula de descarga é fechada, e fluido de perfuração é puxado a partir do coletor de sucção através da válvula de sucção para dentro do cilindro. Depois de o êmbolo reverter a direção, o volume dentro do cilindro diminui, a pressão de fluido de perfuração contida com o cilindro aumenta, a válvula de sucção se fecha, e o fluido de perfuração, agora pressurizado, é descarregado a partir do cilindro através da válvula de descarga para dentro do coletor de descarga. Enquanto a bomba de lama está operacional, este ciclo se repete, frequentemente a uma alta taxa cíclica, e fluido de perfuração pressurizado é continuamente alimentado à coluna de perfuração a uma taxa substancialmente constante.

[0006] Muitas válvulas de sucção e descarga convencionais são válvulas de assento axial, cada uma de tal válvula tendo um gatilho que é móvel em relação a um assento de válvula entre uma posição assentada, em que o gatilho engata o assento de válvula para impedir o fluxo de fluido através da válvula, e uma posição não assentada, em que o gatilho é desengatado a partir do assento de válvula e fluido pode passar através da válvula. No movimento entre as posições assentada e não assentada, é comum que o gatilho tremule. Quando usada aqui, a expressão “tremular” se refere ao movimento instável do gatilho causado pelo menos em parte por forças exercidas sobre o gatilho pelo fluido que passa em torno do gatilho através da válvula.

[0007] A tremulação cria pulsações no fluido de perfuração, que podem perturbar os dispositivos de comunicação e instrumentação no furo descendente por degradar a precisão de medições feitas pela instrumentação e dificultando as comunicações entre os dispositivos no furo descendente e os sistemas de controle na superfície. Ao longo do tempo, as pulsações podem também causar dano por fadiga ao tubo da coluna de perfuração e a outros componentes do furo descendente. Além disso, quando o gatilho está próximo ao assento de válvula, a tremulação resulta em contato repetido entre o gatilho e o assento de válvula. Ao longo do tempo, o impacto repetido do gatilho contra o assento de válvula causa o desgaste em cada componente, que reduz sua vida útil de serviço.

[0008] Consequentemente, existe uma necessidade de uma válvula de assento axial que seja configurada para reduzir, ou eliminar, a tremulação.

SUMÁRIO

[0009] Uma válvula de assento axial com um atenuador integrado é exposta. Em algumas modalidades, a válvula de assento axial, ou conjunto de válvula, inclui uma guia de gatilho e um gatilho oco. A guia de gatilho tem uma haste. A haste de guia de gatilho é recebida dentro do gatilho, definindo assim uma cavidade interna. O gatilho é móvel em relação à guia de gatilho para ajustar o volume da cavidade interna.

[00010] Em algumas modalidades, a válvula inclui um gatilho, uma guia de gatilho, e um sistema de pivô de guia de gatilho. O sistema de pivô de guia de gatilho engata a guia de gatilho e tem uma linha central axial. O sistema de pivô de guia de gatilho permite o pivotamento para a guia de gatilho em torno da linha central axial. O gatilho recebe uma extremidade da guia de gatilho no mesmo e é pivotável com a guia de gatilho.

[00011] Em algumas modalidades, a válvula tem um gatilho para engate com um assento de válvula. O gatilho é móvel em relação ao assento de válvula entre uma posição assentada, em que o gatilho de válvula engata o assento de válvula, e uma posição não assentada, em que o gatilho de válvula é desengatado a partir do assento de válvula. O gatilho inclui um corpo de gatilho tendo uma superfície externa com uma ranhura de vedação formada na mesma e uma vedação elástica disposta dentro da ranhura de vedação. A vedação engata o assento de válvula antes do corpo de gatilho quando o gatilho se move para a posição assentada.

[00012] Assim, modalidades descritas aqui compreendem uma combinação de funcionalidades e características pretendidas para abordar vários inconvenientes associados com as válvulas de assento axial, convencionais. As várias características descritas acima, bem como outras funcionalidades, serão imediatamente aparentes para aqueles especializados na técnica na leitura da seguinte descrição detalhada das modalidades preferidas, e por com referência aos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00013] Para uma descrição detalhada das modalidades expostas, referência será agora feita aos desenhos anexos, nos quais:

[00014] a FIG. 1 é uma vista em perspectiva de uma bomba incluindo uma pluralidade de válvulas de acordo com os princípios expostos aqui;

[00015] as FIGS. 2A e 2B são vistas em perspectiva da bomba da FIG. 1 na ausência dos conjuntos de êmbolo-cilindro, ilustrando o bloco de válvulas;

[00016] a FIG. 3 é uma vista de seção transversal de um bloco de válvula, ilustrando os conjuntos de válvula de sucção e descarga, dispostos no mesmo;

[00017] a FIG. 4 é uma vista em seção transversal axial ampliada do conjunto de válvula de sucção da FIG. 3; e

[00018] a FIG. 5 é uma vista em seção transversal axial, em perspectiva, do gatilho e assento de válvula da FIG. 4.

DETAILED DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERÊNCIAIS

[00019] A seguinte descrição é dirigida a modalidades de exemplo da válvula de assento axial com um atenuador integrado. As modalidades expostas não devem ser interpretadas, ou usadas de outra maneira, como limitativas o escopo da descrição, incluindo as reivindicações. Uma pessoa especializada na técnica compreenderá que a seguinte descrição tem ampla aplicação, e que a discussão é destinada somente para ser exemplificativa das modalidades descritas, e não pretende sugerir que o escopo da descrição, incluindo as reivindicações, é limitado somente àquelas modalidades.

[00020] Certos termos são usados através de toda da seguinte descrição e das reivindicações para se referir a particulares funcionalidades ou componentes. Como uma pessoa especializada na técnica apreciará, diferentes pessoas podem se referir à mesma funcionalidade ou componente por nomes diferentes. Este documento não pretende distinguir entre componentes ou funcionalidades que diferem em nome, mas não em função. Além disso, as FIGS. dos desenhos não estão necessariamente em escala. Certas funcionalidades e componentes descritos aqui podem estar mostrados exageradas em escala ou de forma algo esquemática, e alguns detalhes de elementos convencionais podem não ser mostrados no interesse de clareza e concisão.

[00021] Na seguinte discussão e nas reivindicações, os termos “incluindo” e “compreendendo” são usados de uma maneira com finalidade aberta, e assim devem ser interpretados para significar “incluindo, mas não limitado a...”. Também, o termo “acoplar” ou “acopla” é destinado a significar ou uma conexão indireta ou direta. Assim, se um primeiro dispositivo acopla-se a um segundo dispositivo, a conexão entre o primeiro dispositivo e o segundo dispositivo pode ser através de uma conexão direta, ou através de uma conexão indireta via outros dispositivos e conexões intermediários. Ainda, os termos “axial” e “axialmente” geralmente significam ao longo de, ou paralelo a, um eixo central ou longitudinal. Os termos “radial” e “radialmente” geralmente significam perpendicular ao eixo central ou longitudinal, enquanto os termos “azimute” ou “azimutalmente” geralmente significam perpendicular ao eixo central ou longitudinal e um eixo radial normal ao eixo central ou longitudinal. Quando usados aqui, os termos são consistentes com seus significados usualmente entendidos com relação a um sistema de coordenadas cilíndrico.

[00022] Com referência agora à FIG. 1, é mostrada uma bomba 100 incluindo uma pluralidade de válvulas de acordo com os princípios expostos aqui. A bomba 100 é operável para pressurizar um fluido de trabalho, tal como, mas não limitado a, lama de perfuração, para uma pressão desejada. O fluido de trabalho é puxado a partir de um coletor de sucção (não mostrado) através de uma entrada de bomba 105 para dentro da bomba 100, pressurizado pela bomba 100, e descarregado a partir da bomba 100 através de uma saída de bomba 110 para dentro de um coletor de descarga (não mostrado).

[00023] Na modalidade ilustrada, a bomba 100 é uma bomba hexagonal, tendo seis conjuntos de êmbolo-cilindro 115 acionados por um excêntrico axial em comum (não mostrado). Cada conjunto de êmbolo-cilindro 115 é acoplado a um bloco de válvula 120. Ainda, cada conjunto de êmbolo-cilindro 115 inclui um êmbolo movelmente disposto dentro de um cilindro e acoplado ao excêntrico axial. Durante a operação da bomba 100, o excêntrico axial rotaciona, causando com que os êmbolos transladem, ou se movam alternadamente, dentro de seus respectivos cilindros.

[00024] Voltado para as FIGS. 2A e 2B, as quais representam a bomba 100 na ausência dos conjuntos de êmbolo-cilindro 115, cada bloco de válvula 120 tem uma cavidade interna 122. O bloco de válvula 120 também tem um orifício de cilindro 130 em comunicação fluida com o cilindro do conjunto de êmbolo- cilindro associado 115, um orifício de sucção 135 em comunicação fluida com a entrada de bomba 105, e um orifício de descarga 140, posicionado na base do bloco de válvula 120, em comunicação fluida com a saída de bomba 110. O orifício de cilindro 130, o orifício de sucção 135, e o orifício de descarga 140 estão em comunicação fluida com a cavidade interna 122.

[00025] A bomba 100 inclui ainda um conjunto de válvula de sucção 145 e um conjunto de válvula de descarga 150, dispostos dentro da cavidade interna 122 de cada bloco de válvula 120. A região da cavidade interna 122, disposta entre o conjunto de válvula de sucção 145, o conjunto de válvula de descarga 150, e o cilindro define uma câmara de bombeamento 125 (FIG. 3). O conjunto de válvula de sucção 145 é operável para controlar o fluxo de fluido de trabalho a partir da entrada de bomba 105 para dentro da câmara de bombeamento 125. O conjunto de válvula de descarga 150 é operável para controlar o fluxo de fluido de trabalho pressurizado a partir da câmara de bombeamento 125 para a saída de bomba 110.

[00026] A FIG. 3 representa uma seção transversal de um bloco de válvula 120, que bissecciona o conjunto de válvula de sucção 145 e o conjunto de válvula de descarga 150 dispostos no mesmo ao longo de suas linhas centrais axiais. Como descrito previamente, o conjunto de válvula de sucção 145 é disposto dentro da cavidade de bloco de válvula interna 122 para controlar o fluxo de fluido de trabalho a partir da entrada de bomba 105 através do orifício de sucção 135 do bloco de válvula 120 para dentro da câmara de bombeamento 125. O conjunto de válvula de descarga 150 é disposto dentro da cavidade interna de bloco de válvula 122 para controlar o fluxo de fluido de trabalho pressurizado a partir da câmara de bombeamento 125 através do orifício de descarga 140 (posicionado atrás do conjunto de válvula de descarga 150 nesta vista) do bloco de válvula 120 para a saída de bomba 110. Na modalidade ilustrada, o conjunto de válvula de sucção 145 e o conjunto de válvula de descarga 150 são substancialmente idênticos, tanto em estrutura quanto em operação. No interesse de brevidade, somente o conjunto de válvula de sucção 145 será descrito em detalhe. Todavia, sua descrição é também aplicável ao conjunto de válvula de descarga 150.

[00027] O conjunto de válvula de sucção 145 inclui um conjunto de cobertura de válvula 200, um retentor 205, um sistema de pivô de guia de gatilho 210, uma guia de gatilho 215, um conjunto de anel de encaixe 220, uma mola de gatilho 225, uma arruela 227, um anel de tolerância 230, um gatilho 235, e um assento de válvula 240. Como seu nome implica, o retentor 205 retém os componentes restantes do conjunto de válvula de sucção 145, exceto o conjunto de cobertura de válvula 200 dentro da cavidade de bloco de válvula interna 122. O retentor 205 tem uma extremidade externa alargada 255, definida em relação à superfície externa do bloco de válvula 120, que se apoia na superfície externa do bloco de válvula 120 para limitar a posição do retentor 205 em relação ao bloco de válvula 120. O conjunto de cobertura de válvula 200 é acoplado à extremidade 255 do retentor 205.

[00028] Com referência em seguida à FIG. 4, a qual é uma vista ampliada do conjunto de válvula de sucção 145, a extremidade interna 260 do retentor 205 inclui um rebaixo para ação telescópica 265 tendo um diâmetro que varia com sua profundidade. A porção mais profunda 270 do rebaixo 265 tem um diâmetro adaptado para receber o sistema de pivô de guia de gatilho 210 com folga radial desprezível entre eles, como mostrado. A porção mais rasa 275 do rebaixo 265 tem um diâmetro adaptado para receber a guia de gatilho 215, deixando dentro tanto folga radial 280 quanto folga axial 285 entre a guia de gatilho 215 e o retentor 205. Como será descrito abaixo, as folgas 280, 285 permitem o movimento pivotante limitado da guia de gatilho 215 em relação ao retentor 205. A porção intermediária 277 do rebaixo 265 tem um diâmetro adaptado para prover folga radial entre o sistema de pivô de guia de gatilho 210.

[00029] Para impedir a perda de fluido de trabalho a partir da câmara de bombeamento 125, o retentor 205 inclui ainda uma ou mais ranhuras anulares 290 formadas em sua superfície externa e um elemento de vedação 295 assentado em cada uma. Em algumas modalidades, o elemento de vedação 295 é um anel em O. Os elementos de vedação 295 engatam de forma vedante a superfície interna do bloco de válvula 120 delimitando a câmara de bombeamento 125 para limitar ou impedir que o fluido de trabalho passe entre o conjunto de válvula de sucção 145 e o bloco de válvula 120.

[00030] O sistema de pivô de guia de gatilho 210 permite o pivotamento da guia de gatilho 215 em relação à linha central axial do retentor 205. Na modalidade ilustrada mostrada na FIG. 4, o sistema de pivô de guia de gatilho 210 é assentado no rebaixo de retentor 265. O sistema de pivô de guia de gatilho 210 inclui um anel externo 300, um anel interno 305, um parafuso rosqueado 310, e uma mola ondulada 315. O anel externo 300 é assentado dentro da porção de rebaixo de retentor 270. O anel interno 305 é disposto dentro de porção de rebaixo de retentor 277, adjacente ao, e engatando o, anel externo 300. Existe folga radial desprezível entre o anel externo 300 e o retentor 205. Consequentemente, o anel externo 300 é impedido de realizar movimento radial apreciável em relação ao retentor 205. Nenhuma porção do anel interno 305 é recebida dentro do rebaixo de retentor 270. Assim, o movimento radial e/ou azimutal do anel interno 305 não é limitado pelo ressalto retentor circundando a porção de rebaixo 270. O anel externo 300 inclui uma superfície côncava 320 encostando-se ao anel interno 305. O anel interno 305 inclui uma superfície convexa 325 encostando-se ao anel externo 300. Essas superfícies 320, 325 têm curvaturas configuradas especulares, as quais permitem que o anel interno 305 se mova em relação ao anel externo 300. Além disso, folga radial entre o retentor 205 e o anel interno 305 permite o movimento do anel interno 305 em relação ao anel externo 300.

[00031] A mola ondulada 315 é disposta em torno do parafuso 310 entre a cabeça do parafuso 310 e o anel interno 305. O parafuso 310 é rosqueado dentro de um furo 335 no retentor 205 para prender o sistema de pivô de guia de gatilho 210 ao retentor 205. Quando instalada como mostrado, a mola ondulada 315 se expande para manter os anéis externo e interno 300, 305 em engate. Consequentemente, o anel interno 305 é móvel ou deslizável contra o anel externo 300.

[00032] Em uma modalidade alternativa, o sistema de pivô de guia de gatilho 210 pode incluir um anel elástico (não mostrado) disposto entre o retentor 205 e a guia de gatilho 215. O anel elástico é compressível sob carga e expansível quando a carga é reduzida ou removida. A compressão e a expansão localizadas do anel permitem que a guia de gatilho 215 pivote em torno da linha central axial do retentor 205.

[00033] O conjunto de anel de encaixe 220 é disposto entre a guia de gatilho 215 e o retentor 205, e mantém a guia de gatilho 215 em engate com o sistema de pivô de guia de gatilho 210. O conjunto de anel de encaixe 220 inclui um anel de encaixe externo 340 conectado à guia de gatilho 215, um anel de encaixe interno 345 conectado ao retentor 205, e uma mola 350 disposta entre eles. A mola 350 é axialmente compressível e expansível contra os anéis de encaixe 340, 345. A expansão da mola 350 contra o anel de encaixe externo 340 causa com que a guia de gatilho 215 permaneça engatada com o anel interno 305.

[00034] Como descrito acima, o anel interno 305 do sistema de pivô de guia de gatilho 210 é móvel contra o anel externo 300, e a guia de gatilho 215 é assentada contra o anel interno 305. A capacidade do anel interno 305 se mover em relação ao anel externo 300 e folgas 280, 285 entre a guia de gatilho 215 e o retentor 205 permitem que a guia de gatilho 215 pivote em torno da linha central do retentor axial. Dependendo de sua direção de pivô, a mola 350 sofre compressão localizada em algumas regiões entre os anéis de encaixe 340, 345 e expansão localizada nas outras regiões entre os anéis de encaixe 340, 345. O movimento subsequente da guia de gatilho 215 novamente causa com que a mola 350 sofra a compressão e a expansão localizadas para permitir que a guia de gatilho 215 pivote, quando necessário. Assim, o conjunto de anel de encaixe 220 permite um acoplamento elástico entre a guia de gatilho 215 e o retentor 205.

[00035] A guia de gatilho 215 inclui uma base de guia 360 e uma haste 365 se estendendo axialmente a partir da mesma. A base de guia 360 é assentada contra o anel interno 305 do sistema de pivô de guia de gatilho 210. A haste 365 é recebida dentro do gatilho 235 com folga radial desprezível entre eles e alinha o gatilho 235 de forma que a linha central axial do gatilho 235 se alinha com a linha central axial da haste 365. Quando o gatilho 235 pivota em relação à linha central axial do assento de válvula 240, por exemplo, em resposta ao contato com o assento de válvula 240, a guia de gatilho 215 pivota similarmente devido ao engate entre a haste 365 e o gatilho 235.

[00036] A base de guia 360 inclui um rebaixo anular 370 em torno da base da haste 365 e uma superfície côncava 375 se estendendo a partir da mesma. A curvatura da superfície côncava 375 permite que fluido de trabalho contorne o gatilho 235, para ser dirigido para o conjunto de válvula de descarga 150 de uma maneira que minimiza a criação de turbulência dentro do fluido. (A correspondente superfície 375 no conjunto de válvula de descarga 150 direciona fluido de trabalho pressurizado na direção para a saída de descarga 140 do bloco de válvula 120).

[00037] O rebaixo anular 370 recebe uma extremidade da mola de gatilho 225. Um ressalto 380 da base de guia 360 adjacente ao rebaixo anular 370 retém a extremidade da mola 225 na proximidade da haste 365. A extremidade oposta da mola de gatilho 225 encosta-se a uma arruela anular 227 assentada contra o gatilho 235. A mola de gatilho 225 é expansível e compressível entre a base de guia 360 e a arruela 227 e, por conseguinte, entre a guia de gatilho 215 e o gatilho 235. A expansão e compressão da mola de gatilho 225 permite o movimento axial do gatilho 235 em relação à guia de gatilho 215. Ainda, a mola de gatilho 225 tensiona o gatilho 235 para a posição assentada contra o assento de válvula 240. Quando a força exercida sobre o gatilho 235 pelo fluido de trabalho a montante do conjunto de válvula de sucção 145 excede a força exercida sobre o gatilho 235 pela mola de gatilho 225 e fluido de trabalho na câmara de bombeamento 125, o gatilho 235 se move axialmente na direção para a guia de gatilho 215, comprimindo a mola 225. De forma inversa, quando a força exercida sobre o gatilho 235 pelo fluido de trabalho a montante do conjunto de válvula de sucção 145 é menor do que a força exercida sobre o gatilho 235 pela mola de gatilho 225 e fluido de trabalho na câmara de bombeamento 125, o gatilho 235 se move axialmente para longe a partir da guia de gatilho 215, permitindo que a mola 225 se expanda.

[00038] A base de guia 360 inclui ainda uma ranhura anular 385 em sua superfície externa, radialmente falando. O anel de tolerância 230 é assentado dentro da ranhura 385. O anel de tolerância 230 é radialmente compressível sob carga e expansível na ausência de carga. Quando a guia de gatilho 215 pivota, como descrito previamente, o anel de tolerância 230 sofre compressão localizada, dependendo da direção de pivô, devido ao contato com o bloco de válvula 120. Quando a guia de gatilho 215 pivota novamente e as cargas de compressão localizada no anel de tolerância 230 são removidas, o anel de tolerância 230 se expande e retorna para seu formato descarregado. A natureza elástica do anel de tolerância 230 reduz o desgaste na guia de gatilho 215, o qual, de outra maneira, pode ocorrer na ausência do anel de tolerância 230. Além disso, o anel de tolerância 230 permite a centralização da guia de gatilho 215 e do gatilho 235 acoplado à mesma dentro da cavidade interna 122 do bloco de válvula 120.

[00039] O assento de válvula 240 é um elemento anular disposto dentro da cavidade de bloco de válvula 122 em encosto com um ressalto 450 do bloco de válvula 120. O assento de válvula 240 inclui uma superfície interna convergente 455 e uma superfície interna convergente 460. A superfície convergente 455 direciona fluido de trabalho a partir do orifício de sucção 135 do bloco de válvula 120 na direção para o gatilho 235. A superfície divergente 460 promove o fluxo do fluido de trabalho em torno do gatilho 235 quando o gatilho 235 está não assentado, significando desengatado a partir do assento de válvula 240. A superfície divergente 460 é também aquela porção do assento de válvula 240 que engata o gatilho 235 quando o gatilho 235 está assentado, ou engatado com o assento de válvula 240. Consequentemente, a superfície divergente 460 é conformada para promover a vedação efetiva com o gatilho 235.

[00040] Como mais bem visto na FIG. 5, o gatilho 235 inclui um corpo de gatilho 245 com uma vedação 250 disposta em torno do mesmo. Em algumas modalidades, o corpo de gatilho 245 compreende pelo menos um dentre aço tratado termicamente e aço inoxidável tratado termicamente. O corpo de gatilho 245 tem uma cabeça oca 400 e uma haste tubular 405 se estendendo a partir da mesma. A cabeça oca 400 permite uma reduzida espessura de parede do corpo de gatilho 245. A reduzida espessura de parede, por sua vez, permite que o corpo de gatilho 245 seja flexível e responda elasticamente a impactos com o assento de válvula 240. Isto reduz o desgaste tanto do gatilho 235 quanto do assento de válvula 240, que ocorreria, de outra maneira, se o gatilho 235 fosse mais rígido, como é o caso para muitas válvulas de assento axial convencionais. Consequentemente, a natureza flexível do corpo de gatilho 245 promove vidas úteis de serviço elevadas para o gatilho 235 e o assento de válvula 240. Ainda, a cabeça 400 tem uma superfície externa conformada um pouco conicamente 410 e uma ranhura de vedação 415 formada na mesma. A superfície externa 410 é conformada para promover a vedação efetiva com o assento de válvula 240 e para permitir o suave fluxo de fluido em torno do gatilho 235, quando não assentado, com mínima criação de turbulência. Na modalidade de exemplo mostrada na FIG. 5, a superfície divergente 460 do assento de válvula 240, bem como a porção da superfície externa 410 da cabeça 400 que vai para o engate com a superfície 460, é substancialmente plana, quando observada em seção transversal. Todavia, essas superfícies 410, 460 podem ser encurvadas, em outras modalidades.

[00041] A ranhura 415 recebe a vedação 250 na mesma. A superfície da cabeça de gatilho 400 adjacente à ranhura 415 forma uma projeção 435 que se estende radialmente para dentro da ranhura 415 e tem uma porção encurvada ou côncava “conformada em forma de cesto” 437. A ranhura 415 tem uma porção interna 422 e uma porção externa 425 definidas por um plano radial 430 que substancialmente bissecciona a projeção 435. Pelas razões descritas abaixo, a ranhura 415 é dimensionada de forma que a porção externa 425 tenha um volume que excede aquele da porção interna 422. Em algumas modalidades, o volume da porção externa 425 é 4% maior do que aquele da porção interna 422.

[00042] A vedação 250 compreende um material resiliente flexível ou elástico, tal como, mas não limitado a, poliuretano e/ou borracha. As dimensões da vedação 250 são selecionadas de forma que, quando o gatilho 235 se desloca na direção para o assento de válvula 240, tal como para perto do conjunto de válvula de sucção 145, a vedação 250 contata o assento de válvula 240 antes de qualquer porção do corpo de gatilho 245. Na modalidade de exemplo, a vedação 250 tem uma projeção que se estende radialmente, ou protuberância, 252 adjacente a uma porção de diâmetro reduzido, ou rebaixada, 254. A protuberância 252, que se estende radialmente além da cabeça de gatilho 400, é a porção da vedação 250 que faz o contato inicial com o assento de válvula 240, como mostrado. O contato inicial pela vedação 250 com o assento de válvula 240 permite que a vedação 250 comprima até um grau e o movimento do gatilho 235 seja tornado lento antes de a cabeça de gatilho 400 engatar o assento de válvula 240, ambos dos quais compreendem material que é mais rígido do que aquele da vedação 250. Tornando lento o gatilho 235 desta maneira antes de a cabeça de gatilho 400 engatar o assento de válvula 240 reduz a força de impacto entre o assento de válvula 240 e a cabeça de gatilho 400. Isto, por sua vez, reduz o desgaste naqueles componentes 240, 400 e permite que eles tenham vidas úteis de serviço mais longas.

[00043] O movimento continuado do gatilho 235 contra o assento de válvula 240 causa com que a vedação 250 ainda se comprima dentro da ranhura 41. A compressão da vedação 250 é promovida pelo formato da vedação 250, em particular a porção de diâmetro reduzido 254, e a ranhura de vedação 415. Como descrito previamente, a porção externa 425 da ranhura 415 tem um volume que excede aquele da porção interna 422. Quando o gatilho 235 se move contra o assento de válvula 240, a compressão localizada da vedação 250 ocorre próximo ao assento de válvula 240. O material da vedação 250 se comporta como um fluido muito viscoso quando exposto a alta pressão. Consequentemente, quando a vedação 250 sofre compressão localizada devido ao contato com o assento de válvula 240, algum material de vedação na porção interna 422 escoa para dentro da maior porção externa 425. Em contraste, ranhuras de vedação convencionais não podem acomodar esse deslocamento de material de vedação sob compressão. Como um resultado, o material de vedação, sem lugar para se mover, se estira, ao invés de se comprimir, e ao longo do tempo sofre dano por fadiga. A curvatura “conformada em cesto” ou côncava da porção 437 da superfície da cabeça de gatilho delimitando a ranhura de vedação 415 ainda promove a compressão da vedação 250 por direcionamento do material de vedação para dentro do interior da ranhura de vedação 415.

[00044] Durante a fabricação do gatilho 235, um lubrificante pode ser aplicado a uma porção da superfície do corpo de gatilho 245 delimitando a ranhura de vedação 415, tal como, mas não limitado a, projeção 435. O material de vedação elástica é então despejado dentro da ranhura de vedação 415. Depois da solidificação do material de vedação, a vedação 250 adere à superfície do corpo de gatilho 245, exceto sobre a projeção lubrificada 435. Assim, a vedação 250 é não afixada à projeção 435 do corpo de gatilho 245. Quando a vedação 250 engata o assento de válvula 240 durante a operação do conjunto de válvula de sucção 145, a vedação 250 encurva-se e se comprime em torno da projeção 435, mas não puxa e estira-se devido à afixação com a projeção 435.

[00045] A haste de gatilho 405 recebe a haste de guia de gatilho 365 na mesma, definindo uma cavidade interna 420 entre a haste de guia de gatilho 365 e a superfície interna do gatilho 235. A haste de gatilho 405 tem um ou mais orifícios radiais 475 se estendendo através da mesma. Adicionalmente, a haste de gatilho 405 tem um ou mais canais axiais 480 ao longo de sua superfície interna. Os orifícios radiais 475 e canais axiais 480 permitem a comunicação fluida entre a câmara de bombeamento 125 (FIG. 4) e a cavidade interna 420. Quando o gatilho 235 se move axialmente na direção para o assento de válvula 240 em relação à haste de guia de gatilho 365 (FIG. 4), fluido de trabalho escoa livremente a partir da câmara de bombeamento 125 através de orifícios radiais 475 e canais axiais 480 para dentro da cavidade interna 420. De forma inversa, quando o gatilho 235 se move axialmente na direção oposta, algum fluido de trabalho na cavidade interna 420 é deslocado pela haste de guia de gatilho 365. O fluido de trabalho deslocado escoa livremente a partir da cavidade interna 420 através dos canais axiais 480 e orifícios radiais 475 para dentro da câmara de bombeamento 125.

[00046] A taxa de fluxo de fluido para dentro de, ou para fora da, cavidade interna 420 do gatilho 235 é dependente do número e dimensão de seção transversal dos orifícios radiais 475 e canais axiais 480. A velocidade na qual o gatilho 235 responde à diferença de pressão, como descrito previamente, e se move em relação à guia de gatilho 215 é, por sua vez, dependente da taxa de fluido para dentro da, ou para fora da cavidade interna 420. Quanto maior o número e/ou quanto maior o tamanho dos orifícios 475 e canais 480, quanto mais rápido o gatilho 235 responde e se move. De forma inversa, quanto menor o número e/ou então quanto menor o tamanho dos orifícios 475 e canais 480, quanto mais lento o gatilho 235 responde e se move. Em outras palavras, o movimento do gatilho 235 é atenuado. Por esta razão, o conjunto de válvula de sucção 145 pode ser descrito como tendo um atenuador integrado. Nas modalidades preferidas, o número e dimensão de seção transversal dos orifícios 475 e canais 480 são selecionados para atenuar o movimento do gatilho 235 suficientemente a minimizar a criação de pulsações no fluido de trabalho devidas ao movimento do gatilho. Ao mesmo tempo, o número e tamanho dos orifícios 475 e canais 480 são selecionados de forma que os orifícios 475 e canais 480 não impedem ou restringem o fluxo de fluido até um grau que causa com que o fluido de trabalho escoe na direção para o módulo de sucção. (No conjunto de válvula de descarga 150, o número e tamanho dos orifícios 475 e canais 480 são selecionados de forma que os orifícios 475 e canais 480 não impedem ou restringem o fluxo de fluido até um grau, que causa com que o fluido de trabalho escoe na direção para o módulo de sucção).

[00047] Durante a operação da bomba 100, os êmbolos se movem alternadamente dentro de seus respectivos cilindros. Quando cada êmbolo se move de volta, um vácuo é puxado sobre a câmara de bombeamento 125 (FIG. 3) do bloco de válvula 120, ao qual o êmbolo é acoplado. Devido ao diferencial de pressão entre a câmara de bombeamento 125 e fluido de trabalho a jusante do conjunto de válvula de descarga 150, o gatilho de descarga 235 se move axialmente ao longo do gatilho de guia 215 na direção para o assento de válvula 240. O movimento do gatilho de descarga 235 causa com que fluido de trabalho seja puxado através de orifícios radiais 475 e canais axiais 480 do gatilho de descarga 235 para dentro de sua cavidade interna 420. Devido ao tamanho e número de orifícios 475 e canais 480, a taxa na qual fluxos de fluido para dentro da cavidade interna 420 é controlada, atenuando o movimento do gatilho 235 em resposta a fluido que passa sobre o gatilho 235 e reduzindo a tendência de o gatilho 235 tremular à medida que ele se aproxima ao assento de válvula 240. Quando o gatilho de descarga 235 está próximo ao assento de válvula 240, a vedação 250 engata o assento de válvula 240, comprimindo e tornando lento o movimento do gatilho 235. O movimento continuado do gatilho 235 na direção para o assento de válvula 240 ainda comprime a vedação 250, causando com que algum material de vedação escoe a partir da porção interna 422 da ranhura de vedação 415 para dentro da porção externa 425, até o gatilho de descarga 235 ser assentado contra o assento de válvula 240. A combinação do formato da superfície de assento de válvula 460, engate entre o gatilho de haste de descarga 405 e a haste de guia de gatilho de descarga 365, e a capacidade de a guia de gatilho de descarga 215 pivotar, como descrito previamente, permitem a centralização do gatilho de descarga 235 contra o assento de válvula 240 para formar uma vedação completa entre eles. Desta maneira, o conjunto de válvula de descarga 150 é fechado.

[00048] Da mesma maneira, devido ao diferencial de pressão entre a câmara de bombeamento 125 (FIG. 4) e fluido a montante do conjunto de válvula de sucção 145, o gatilho de sucção 235 se move axialmente ao longo da guia de gatilho 215 para longe a partir do assento de válvula 240. Em resposta, algum fluido de trabalho dentro da cavidade interna 420 do gatilho de sucção 235 é deslocado a partir da cavidade interna 420 através dos canais axiais 480 e orifícios radiais 475 para dentro da câmara de bombeamento 125. Devido ao tamanho e número de orifícios 475 e canais 480, a taxa na qual fluxos de fluido saindo da cavidade interna 420 é controlada, atenuando o movimento do gatilho 235 em resposta a fluido que passa sobre o gatilho 235 e reduzindo a tendência de o gatilho 235 tremular à medida que ele se move para longe a partir do assento de válvula 240. Também, quando o gatilho de sucção 235 não se assenta, a vedação 250 se expande, retornando para seu estado não comprimido dentro da ranhura de vedação 415. Desta maneira, o conjunto de válvula de sucção 145 é aberto.

[00049] Com o conjunto de válvula de descarga 150 fechado e o conjunto de válvula de sucção 145 aberto, fluido de trabalho passa a partir do coletor de sucção através da entrada de bomba 105 e do orifício de sucção 135 do bloco de válvula 120 em torno do gatilho de sucção não assentado 235 para encher a câmara de bombeamento 125, incluindo o cilindro. Algum do fluido de trabalho que passa em torno do gatilho 235 contata a base de guia de gatilho 360. Devido ao formato encurvado da superfície de guia de gatilho 375 (FIG. 4), o fluido de trabalho é dirigido na direção para o conjunto de válvula de descarga 150 com mínima criação de turbulência.

[00050] Quando o êmbolo atinge o final de seu curso, o êmbolo reverte a direção e começa a se mover para frente. Quando o êmbolo se move para frente, a pressão de fluido no cilindro e na câmara de bombeamento aumenta. Quando a força exercida sobre o gatilho de sucção 235 por fluido na câmara de bombeamento 125 e a mola de gatilho de sucção 225 excede a força exercida sobre o gatilho de sucção 235 por fluido a montante do gatilho 235, o conjunto de válvula de sucção 145 se fecha de uma maneira idêntica àquela descrita acima com relação ao fechamento do conjunto de válvula de descarga 150. Depois de o conjunto de válvula de sucção 145 ser fechado, a câmara de bombeamento 125 cessa de receber fluido de trabalho a partir do coletor de sucção.

[00051] Quando a força exercida sobre o gatilho de descarga 235 por fluido na câmara de bombeamento 125 excede a força exercida sobre o gatilho de descarga 235 por fluido a jusante do gatilho 235 e a mola de gatilho de descarga 225, o conjunto de válvula de descarga 150 se abre de uma maneira idêntica àquela descrita acima com relação à abertura do conjunto de válvula de sucção 145. Depois de o conjunto de válvula de descarga 150 ser aberto, fluido pressurizado na câmara de bombeamento 125 escoa em torno do gatilho de descarga 235 através do orifício de descarga 140 do bloco de válvula 120 e a saída de bomba 110 para dentro do coletor de descarga. Some do fluido de trabalho que passa em torno de o gatilho de descarga 235 contata a base de guia de gatilho 360. Devido ao formato encurvado da superfície de guia de gatilho 375, o fluido de trabalho é dirigido na direção para o orifício de descarga 140 com mínima criação de turbulência. Quando o êmbolo atinge o final de seu curso, ele novamente reverte a direção, e começa a se mover para fora, puxando um vácuo na câmara de bombeamento 125 e assim por diante, como descrito acima. Enquanto a bomba 100 continua a operar, esse processo se repete, e fluido de trabalho pressurizado é descarregado a partir de a saída de bomba 110.

[00052] Conjuntos de válvula 145, 150 com atenuadores integrados foram descritos. Nas modalidades de exemplo, o conjunto de válvula tem a cavidade interna 420 que recebe e descarrega fluido. A taxa na qual o fluido entra ou abandona a cavidade interna 420 atenua o movimento do gatilho 235 em resposta a fluido que passa sobre o gatilho 235 e reduz a tendência de o gatilho 235 tremular. O gatilho 235 tem a vedação 250 que, durante o fechamento do conjunto de válvula, contata o assento de válvula 240 antes de qualquer porção da cabeça de gatilho 400. A compressão subsequente da vedação 250 torna lento o movimento do gatilho 235 e reduz forças de impacto entre a cabeça de gatilho 400 e o assento de válvula 240. Isso, por sua vez, reduz o desgaste nesses componentes 240, 400, permitindo que eles tenham vidas úteis de serviço mais longas. O gatilho 235 também tem uma ranhura de vedação 415 que é conformada para permitir a compressão, ao invés de estiramento, da vedação 250 durante o contato com o assento de válvula 240. Isso impede dano por fadiga na vedação 250. A guia de gatilho de conjunto de válvula 215 é pivotável. Isso promove a centralização do gatilho 235 contra o assento de válvula 240, o que permite a vedação efetiva entre esses componentes e o fechamento completo do conjunto de válvula. O formato encurvado da base de guia de gatilho 360 direciona o fluxo de fluido de trabalho através do conjunto de válvula com mínima criação de turbulência que, de outra maneira, geraria pulsações no fluido.

[00053] Embora várias modalidades tenham sido mostradas e descritas, modificações das mesmas podem ser feitas por uma pessoa especializada na técnica sem se afastar do espírito e ensinamentos dados aqui. As modalidades aqui são somente exemplificativas, e não são limitativas. Muitas variações e modificações do aparelho exposto aqui são possíveis e estão dentro do escopo da invenção. Consequentemente, o escopo de proteção não é limitado pela descrição exposta acima, mas é somente limitado pelas reivindicações que seguem, este escopo incluindo todos os equivalentes da matéria das reivindicações.

Claims

1. Conjunto de válvula (150, 145), compreendendo:uma guia de gatilho (215);um sistema de pivô de guia de gatilho (210) que engata a guia de gatilho e que possui uma linha central axial, o sistema de pivô de guia de gatilho permitindo o pivotamento da guia de gatilho em relação à linha central axial; eum gatilho (235) que recebe uma extremidade da guia de gatilhono mesmo,em que o sistema de pivô de guia de gatilho compreende:um anel interno (305) tendo uma primeira superfície queengata a guia de gatilho e uma segunda superfície convexa (325) que é oposta à primeira superfície; e,um anel externo (300) tendo uma superfície côncava (320) que engata a superfície convexa do anel interno e que tem uma superfície oposta;dito conjunto de válvula sendo caracterizado pelo fato de que o sistema de pivô de guia de gatilho compreende adicionalmente:um prendedor (310) disposto através do anel interno e doanel externo, o prendedor compreendendo uma porção de cabeça; euma mola (315) disposta entre aquela porção de cabeça do prendedor e o anel interno, a mola tensionando o anel interno para engate com o anel externo;em que o anel interno é deslizável em relação ao anel externo ao longo das superfícies encurvadas encaixadas, e a guia de gatilho é pivotável em relação à linha central axial com movimento do anel interno;em que o gatilho é pivotável com a guia de gatilho; eem que a superfície convexa (325) e a superfície côncava (320) são interceptadas pela linha central axial do sistema de pivô.

2. Conjunto de válvula (150, 145) de acordo com a reivindicação1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um retentor (205) com um rebaixo para ação telescópica, no qual o anel interno (305) e o anel externo (300) são assentados, em que o anel externo é impedido de se mover radialmente em relação ao retentor, e em que uma folga radial entre o retentor e o anel interno permite movimento radial do anel interno em relação ao retentor.

3. Conjunto de válvula (150, 145) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um retentor (205) com uma primeira porção de rebaixo (275), para dentro da qual a guia de gatilho (215) se estende, em que há uma folga entre o retentor e a guia de gatilho que permite o movimento pivotável da guia de gatilho em relação à linha central axial.

4. Conjunto de válvula (150, 145) de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de compreender ainda:um primeiro anel de encaixe (345) disposto entre a guia de gatilho (215) e o retentor (205), o primeiro anel de encaixe acoplado ao retentor;um segundo anel de encaixe (340) disposto entre a guia de gatilho e o retentor, o segundo anel de encaixe acoplado à guia de gatilho; euma mola (350) disposta entre o primeiro anel de encaixe (345) e o segundo anel de encaixe (340).

5. Conjunto de válvula (150, 145) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um anel de tolerância elástico (230) disposto em torno da guia de gatilho (215), o anel de tolerância sendo compressível sob carga e expansível quando a carga é reduzida.

6. Conjunto de válvula (150, 145) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o sistema de pivô de guia de gatilho (210) compreende um anel de pivô elástico, contra o qual aquela guia de gatilho (215) é assentada, o dito anel de pivô sendo localmente compressível e expansível para permitir o pivotamento da guia de gatilho em relação à linha central axial.

7. Conjunto de válvula (150, 145), compreendendo: uma guia de gatilho (215) possuindo uma base (360) e uma haste (365) se estendendo da mesma; eum corpo de gatilho (245) com uma cabeça oca (400) e uma haste tubular (405) que recebe a haste de guia de gatilho no mesmo, em que o corpo de gatilho (245) e a guia de gatilho (215) definem uma cavidade interna (420), dito corpo de gatilho (245) caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente:um corpo de gatilho geralmente cônico tendo uma superfície externa (410);uma ranhura de vedação anular (415) na superfície externa (410) do corpo de gatilho; euma vedação anular elástica (250) para o engate com uma sede de válvula (240), a vedação disposta dentro da ranhura de vedação, a dita vedação compreendendo uma protuberância anular que se estende radialmente (252) que se estende além da superfície externa (410) do corpo de gatilho e que compreende um recesso anular (254) adjacente àquela protuberância anular que se estende radialmente;em que o corpo de gatilho é móvel em relação à guia de gatilho para ajustar o volume da cavidade interna.

8. Conjunto de válvula (150, 145) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a haste tubular de gatilho (405) tem um orifício radial (475) se estendendo através da mesma e um canal axial (480) formado ao longo de uma superfície interna da haste tubular de gatilho, o canal axial provendo comunicação fluida entre a cavidade interna e o orifício radial.

9. Conjunto de válvula (150, 145) de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a haste de guia de gatilho tem um furo de fluxo axial que se estende através da mesma, o referido furo de fluxo axial em comunicação fluida com a cavidade interna.

10. Conjunto de válvula (150, 145) de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um anel interno (305);um anel externo (300) engatando o anel interno; eum prendedor (310) se estendendo através do anel interno e do anel externo, o prendedor tendo uma cabeça; euma mola (315) disposta entre a cabeça do prendedor e o anel interno, a mola tensionando o anel interno para o engate com o anel externo, em que a base da guia de gatilho engata o anel interno.

11. Conjunto de válvula (150, 145) de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:um retentor (205) tendo um rebaixo para ação telescópica; eum anel (340, 345) disposto entre o retentor e a guia de gatilho;em que o referido rebaixo para ação telescópica compreende uma primeira porção de rebaixo (275), na qual dito anel encontra-se disposto, e uma segunda porção de rebaixo (270), dentro da qual a guia de gatilho é recebida.

12. Conjunto de válvula (150, 145) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender ainda:um retentor (205) possuindo um rebaixo, dentro do qual a guia de gatilho é recebida;um primeiro anel de encaixe (345) disposto entre aquela guia de gatilho e o retentor, o primeiro anel de encaixe acoplado ao retentor;um segundo anel de encaixe (340) disposto entre aquela guia de gatilho e o retentor, o segundo anel de encaixe acoplado à guia de gatilho; euma mola (350) disposta entre o primeiro anel de encaixe (345) e o segundo anel de encaixe (340).

13. Conjunto de válvula (150, 145) de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 12, caracterizado pelo fato de a superfície externa (410) do corpo de gatilho delimitando a ranhura de vedação (415) compreender uma protuberância que se estende radialmente (435); em que tal ranhura de vedação compreende duas porções (422,425) que são definidas por um plano radial que substancialmente corta em dois a protuberância da ranhura de vedação, uma porção tendo um volume maior do que aquele da outra porção, a porção maior (425) sendo distal à sede de válvula (240) e a porção menor (422) estando disposta entre a porção maior e a sede de válvula.