BR112016019245B1

BR112016019245B1 - Conjunto de válvula giratória de alívio de pressão

Info

Publication number: BR112016019245B1
Application number: BR112016019245-1A
Authority: BR
Inventors: Geoffrey Brazier; John Tomasko
Original assignee: Bs&B Innovation Limited
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2021-11-23
Also published as: EP3108169A1; BR112016019245A2; CN106574726B; US20170059048A1; JP2017506317A; EP3108169B1; WO2015127268A1; CA2940274A1; CN106574726A; JP6643241B2

Abstract

unidade de válvula de alívio de pressão giratória. trata-se de uma unidade de válvula de alívio de pressão giratória. a unidade de válvula de alívio de pressão giratória compreende um bujão giratório instalado dentro de um corpo de válvula, junto com um mecanismo de liberação configurado para engatar-se ao eixo e manter o bujão na posição fechada até que uma pressão de abertura da unidade de válvula seja atingida. a unidade pode incluir um amortece-dor configurado para absorver energia rotacional cinética ou um mecanismo de captura configurado para manter o bujão na posição aberta quando ele girar à posição aberta. o bujão pode ser em forma de asa ou ter uma massa balanceada ao longo de um eixo giratório deslocado de um diâmetro do bujão. a unidade pode incluir um pino de flambagem, pino de torque, membro de tensão ou outro mecanismo de liberação, que pode ser pré-carregado. uma blindagem térmica também pode ser providenciada.

Description

Campo

[001] A presente invenção refere-se a uma unidade de válvula giratória para sangrar pressão a partir de um sistema pressurizado. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a uma unidade de válvula giratória ou a um componente associado de uma unidade de válvula giratória com características de fluxo aprimoradas.

Antecedentes

[002] Existem muitos tipos de sistemas que processam ou usam fluido pressurizado. Para garantir a segurança desses tipos de sistema, geralmente eles incluem um dispositivo de segurança desenvolvido para impedir a pressurização excessiva do sistema. Em uma situação de emergência, quando o fluido no sistema atinge um nível ou pressão insegura, a alta pressão do fluido atua sobre o dispositivo de segurança de modo a gerar uma abertura para liberar fluido do sistema. O escape do fluido para o ambiente externo ou para um reservatório de segurança através dessa abertura diminui a pressão no sistema e impede que outra parte do sistema falhe em decorrência da alta pressão do fluido.

[003] Um tipo de dispositivo de segurança para um sistema pressurizado compreende uma válvula de alívio de pressão, que pode ser uma válvula com refechamento e uma válvula sem refechamento. Normalmente, utiliza-se uma mola, um pino ou uma combinação de ambos para manter um bujão ou disco móvel em engate vedante com o corpo ou alojamento do dispositivo enquanto conectado ao sistema pressurizado. Quando a pressão do fluido chega ao nível de segurança predeterminado nesses sistemas, a força exercida pelo fluido pressurizado contra o bujão supera a força da mola ou ultrapassa a resistência do pino que mantém o bujão no lugar. Quando qualquer um desses eventos acontece, o fluido pressurizado move o bujão de modo a expor uma abertura através da qual o fluido pode escapar para aliviar a pressão no sistema.

[004] Um tipo de válvula de alívio de pressão é uma unidade de válvula giratória. Unidades de válvula giratória conhecidas são reveladas nas Patentes dos EUA de mesmo titular no 5.607.140, 5.947.445, 5.984.269, 6.098.495, 6.367.498, 6.488.044 e 6.491.055, cujos conteúdos incorporam-se expressamente ao presente documento na íntegra por referência. Uma válvula giratória inclui um bujão, que é instalado em um eixo giratório e gira entre uma posição fechada, na qual bloqueia o fluxo de fluido, e uma posição aberta, na qual permite que o fluido atravesse a válvula. Na posição fechada, a face do bujão é orientada ao sistema pressurizado. Enquanto na posição aberta, a face do bujão é orientada substancialmente em paralelo ao fluxo do fluido sendo liberado. A rotação do bujão à posição aberta pode ser iniciada manualmente ou por outra força externa. Como alternativa, o bujão pode ser instalado no eixo de tal modo que seu eixo de rotação seja deslocado em relação ao centro do bujão, fazendo com que o fluido pressurizado exerça torque contra o eixo e faça o bujão girar. Um dispositivo pode ser acoplado ao eixo para impedi-lo de girar até que o torque contra ele atinja um nível predeterminado, indicando que a pressão do fluido chegou a uma situação de sobrepressão. Nessa hora, o eixo é liberado e o bujão gira para abrir a válvula e sangrar o sistema.

[005] Quando a unidade de válvula giratória abre, pode ser desejável maximizar a taxa de fluido através da válvula aberta. Fatores que influenciam na taxa de fluxo incluem área de fluxo e turbulência de fluxo.

[006] Tipicamente, a área de fluxo é maximizada quando a face do bujão de válvula é substancialmente paralela à direção do fluxo de fluido; isto é, quando o bujão assume uma orientação “totalmente aberta”. Em alguns casos, contudo, o bujão pode abrir com uma velocidade de rotação elevada, o que faz com que ele gire além da orientação totalmente aberta (fechando assim parcialmente a via de fluxo de fluido) e/ou faz com que ele oscile ou “vacile” entre uma orientação totalmente aberta e uma orientação parcialmente fechada à medida que o fluido liberado escapa do sistema. Nesse caso, a via de fluxo de um fluido liberado pode ser obstruída, diminuindo assim a taxa de fluxo ou adicionando agitação indesejada ao fluxo de fluido, o que pode levar a dano a partes móveis da válvula em si. Logo, há uma necessidade por uma unidade de bujão de válvula com um ou mais recursos para manter o bujão de válvula na posição aberta, absorver a energia rotativa de um bujão de válvula abrindo e/ou diminuir a capacidade de o bujão de válvula oscilar entre as orientações totalmente aberta e parcialmente fechada.

[007] Mesmo quando um bujão de válvula típico assume a posição substancialmente aberta, a turbulência no fluxo de um fluido liberado pode diminuir o desempenho da válvula. Tipicamente, um bujão de válvula aberto exibe um formato angular ou contornos abruptos, o que tende a aumentar a turbulência do fluxo, causando potencialmente danos à capacidade de fluxo da válvula e estrutura de válvula. Logo, há uma necessidade por um bujão de válvula com formato tal para reduzir a turbulência de um fluido em escape.

[008] Muitas unidades de válvula giratória são usadas em aplicações onde uma grande quantidade de calor, incluindo calor radiante de processos, é gerada no ambiente. Temperaturas elevadas podem afetar adversamente o desempenho de uma unidade de válvula giratória. Por exemplo, temperaturas elevadas podem fazer com que os componentes da válvula empenem e exercer impacto negativo à operação da válvula. As temperaturas elevadas podem, por exemplo, distorcer o formato do bujão de válvula ou corpo de válvula em relação ao eixo giratório da válvula de uma maneira tal que pode interferir na capacidade da válvula de abrir. Em outro exemplo, temperaturas elevadas podem causar impacto ao desempenho de vedações do bujão de válvula, de lubrificantes do bujão de válvula, de mecanismos de liberação (por exemplo, pinos) ou de outros componentes com que a válvula conta para garantir o desempenho ideal. Tipicamente, só se utiliza blindagem térmica para proteger controles e componentes semelhantes contra o calor. Há uma necessidade por um mecanismo para proteger também uma unidade de válvula giratória (ou componentes dela) contra o calor ambiente.

[009] Em um bujão de válvula giratória munido de um eixo de rotação deslocado do centro do bujão, a massa do bujão de válvula é dividida de maneira irregular ao longo do eixo de rotação. Esse desequilíbrio pode causar impacto à capacidade do bujão de válvula de girar e pode causar impacto ao nível de pressão a que o bujão de válvula abre. Além disso, esse desequilíbrio pode ampliar a oscilação da válvula na via de fluxo, o que pode diminuir a capacidade de fluxo e danificar os componentes da válvula. Há uma necessidade por um bujão de válvula do tipo deslocado que seja desenvolvido para que tenha seu peso equilibrado ou para que seja gravitacionalmente neutro em relação ao eixo de rotação. Esse bujão pode oferecer um desempenho de válvula mais previsível porque o número de fatores que influenciam na pressão de abertura e posição de fluxo da válvula é reduzido.

[0010] Conforme mencionado acima, um dispositivo (por exemplo, um mecanismo de liberação) é incluído para impedir uma unidade de válvula giratória de abrir até que um diferencial de pressão predeterminado seja atingido. Esse mecanismo de liberação inclui, por exemplo, um mecanismo de falha deformável ou frangível, tal como um pino de flambagem, projetado para deformar-se ou quebrar em resposta a uma carga predeterminada. Válvulas conhecidas contam com o diferencial de pressão ao longo da válvula para gerar todo o torque de abertura. Isso requer que o torque necessário para fechar a válvula seja mantido baixo o bastante para não influenciar o torque necessário para abrir a válvula. Pode ser desejável pré-carregar um mecanismo de liberação a fim de somar ao torque de abertura. Esse pré-carregamento pode reduzir o impacto da inércia do bujão, do atrito estático (por exemplo, em vedações e ligações mecânicas da válvula) e de torques de fechamento à velocidade a que um bujão de válvula pode abrir. Pode ser desejável também pré-carregar mecanismos de liberação que não pinos de flambagem, tais como pinos de cisalhamento ou pinos ou placas projetados para falhar sob tensão.

[0011] A presente invenção supera uma ou mais das deficiências acima, proporciona uma ou mais das vantagens desejadas acima, supera outras deficiências na técnica e/ou oferece outros benefícios.

SUMÁRIO

[0012] Para superar uma ou mais das deficiências acima, proporcionar uma ou mais das vantagens acima ou superar outras deficiências e/ou oferecer outros benefícios, conforme concretizada e descrita neste documento, a presente invenção refere-se a uma unidade de válvula de alívio de pressão giratória, a qual compreende um corpo de válvula e um bujão instalado dentro do corpo, o bujão girando entre uma posição aberta e uma posição fechada em torno de um eixo giratório. Um mecanismo de liberação é construído para engatar-se ao eixo e manter o bujão na posição fechada até que uma pressão de abertura da unidade de válvula seja atingida, e um batente é configurado para absorver a energia rotacional cinética exercida pelo eixo quando o bujão de válvula gira à posição aberta.

[0013] A presente invenção refere-se também a uma unidade de válvula de alívio de pressão giratória, a qual compreende um corpo de válvula e um bujão instalado dentro do corpo, o bujão girando entre uma posição aberta e uma posição fechada em torno de um eixo giratório. Um mecanismo de liberação é configurado para engatar-se ao eixo e manter o bujão na posição fechada até que uma pressão de abertura da unidade de válvula seja atingida, e um mecanismo de captura é configurado para engatar-se ao eixo, quando o bujão de válvula girar à posição aberta, em que o mecanismo de captura é configurado ainda para manter o bujão na posição aberta.

[0014] A presente invenção refere-se também a uma unidade de válvula de alívio de pressão giratória, a qual compreende um corpo de válvula e um bujão instalado dentro do corpo, o bujão girando entre uma posição aberta e uma posição fechada em torno de um eixo giratório, em que o bujão é em forma de asa.

[0015] Também é revelada uma unidade de válvula de alívio de pressão giratória, a qual compreende um corpo de válvula, um eixo de válvula e um bujão engatado ao eixo de válvula e disposto dentro do corpo de válvula, em que o bujão possui diâmetro paralelo ao eixo, em que o diâmetro é deslocado do eixo e em que a massa do bujão é balanceada ao longo do eixo.

[0016] Também é revelada uma unidade de válvula de alívio de pressão giratória, a qual compreende um corpo de válvula e um bujão de válvula disposto dentro do corpo de válvula, o bujão de válvula incluindo um eixo definindo um eixo de rotação, em que o bujão de válvula é configurado para converter um diferencial de pressão dentro do corpo de válvula em um torque ao longo do eixo. Um pino de flambagem pode ser configurado para engatar-se ao eixo para receber o torque como uma primeira carga compressiva quando o bujão estiver na posição fechada, e um mecanismo de pré-carga pode ser configurado para pré-carregar o pino de flambagem com uma segunda carga compressiva. Além disso, o pino de flambagem pode ser configurado para falhar quando as cargas compressivas primeira e segunda combinadas atingirem um limite de carga definido, e o bujão de válvula pode ser configurado para girar à posição aberta quando o pino de flambagem falhar.

[0017] A revelação refere-se também a uma unidade de válvula de alívio de pressão giratória, a qual compreende um corpo de válvula definindo uma via de fluxo de fluido e um bujão de válvula com um eixo giratório, em que o bujão de válvula é configurado para girar ao longo do eixo giratório entre uma posição fechada e uma posição aberta e em que o bujão de válvula obstrui a via de fluxo de fluido quando na posição fechada. Um membro de falha por tensão pode ser configurado para engatar-se ao eixo para receber torque rotacional a partir do eixo na forma de uma primeira carga de tensão quando o bujão estiver na posição fechada. Um mecanismo de pré-carga pode ser configurado para pré-carregar o membro de falha por tensão com uma segunda carga de tensão. Além disso, o membro de falha por tensão pode ser configurado para falhar quando as cargas de tensão primeira e segunda combinadas atingirem um limite de carga definido, e o bujão de válvula pode ser configurado para girar à posição aberta quando o membro de falha por tensão falhar.

[0018] Em aditamento, a presente invenção refere-se a uma unidade de válvula de alívio de pressão giratória, a qual compreende um corpo de válvula definindo uma via de fluxo de fluido, o corpo de válvula com uma entrada e uma saída. Um bujão de válvula disposto dentro do corpo de válvula pode ser configurado para girar em torno de um eixo entre uma posição fechada e uma posição aberta e pode ser configurado para impedir que o fluido flua ao longo da via de fluxo de fluido quando na posição fechada. A unidade pode compreender ainda meios para manter o bujão de válvula na posição fechada até que um diferencial de pressão definido entre a entrada do corpo de válvula e a saída do corpo de válvula seja atingido e meios para manter o bujão de válvula na posição aberta após o bujão de válvula girar à posição aberta.

[0019] Também é revelada uma unidade de válvula de alívio de pressão giratória, a qual compreende um corpo de válvula definindo uma via de fluxo de fluido e com uma entrada e uma saída. Um bujão de válvula pode ser disposto dentro do corpo de válvula, o bujão de válvula configurado para girar em torno de um eixo entre uma posição fechada e uma posição aberta, em que o bujão de válvula é configurado para impedir que o fluido flua ao longo da via de fluxo de fluido quando na posição fechada. A unidade pode compreender ainda meios para manter o bujão de válvula na posição fechada até que um diferencial de pressão definido entre a entrada do corpo de válvula e a saída do corpo de válvula seja atingido e meios para absorver a energia rotacional cinética exercida pelo eixo quando o bujão girar à posição aberta.

[0020] Também é revelada uma unidade de válvula de alívio de pressão giratória, a qual compreende um corpo de válvula com uma entrada e uma saída e definindo uma via de fluxo de fluido, bem como um bujão de válvula disposto dentro do corpo de válvula, em que o bujão é configurado para girar entre uma posição fechada e uma posição aberta e em que o bujão é configurado para obstruir a via de fluxo de fluido quando orientado na posição fechada. Um mecanismo de liberação pode ser configurado para manter o bujão de válvula na posição fechada até que um diferencial de pressão definido ao longo da entrada e saída do corpo de válvula seja atingido. Uma blindagem térmica pode ser posicionada entre o corpo de válvula e uma fonte de calor externa ao corpo de válvula, e a blindagem térmica pode ser orientada para proteger o corpo de válvula contra o aquecimento assimétrico causado pela fonte de calor externa.

[0021] A presente invenção também se refere a uma unidade de válvula de alívio de pressão giratória, a qual compreende um corpo de válvula e um bujão de válvula disposto dentro do corpo de válvula. O bujão de válvula pode incluir um eixo definindo um eixo de rotação, e o bujão de válvula pode ser configurado para converter um diferencial de pressão dentro do corpo de válvula em um torque ao longo do eixo. A unidade pode compreender ainda um pino de flambagem com uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, bem como um suporte de pino. A primeira extremidade do pino de flambagem pode engatar-se ao eixo, e a segunda extremidade do pino de flambagem pode engatar-se ao suporte de pino. O pino de flambagem pode ser configurado para receber o torque do eixo como uma carga compressiva quando o bujão estiver na posição fechada. O pino de flambagem pode ser configurado para falhar quando a carga compressiva atingir um limite de carga definido, e o bujão de válvula pode ser configurado para girar à posição aberta quando o pino de flambagem falhar.

[0022] Além disso, a presente invenção refere-se ainda a uma unidade de válvula de alívio de pressão giratória, a qual compreende um corpo de válvula definindo uma via de fluxo de fluido e um bujão de válvula com um eixo giratório, em que o bujão de válvula é configurado para girar ao longo do eixo giratório entre uma posição fechada e uma posição aberta e em que o bujão de válvula obstrui a via de fluxo de fluido quando na posição fechada. A unidade pode compreender ainda um membro de falha por tensão com uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, junto com um suporte para o membro de falha por tensão. A primeira extremidade do membro de falha por tensão pode engatar-se ao eixo, e a segunda extremidade do membro de falha por tensão pode engatar-se ao suporte para o membro de falha por tensão. O membro de falha por tensão pode ser configurado para receber torque rotacional a partir do eixo na forma de uma carga de tensão quando o bujão estiver na posição fechada. O membro de falha por tensão pode ser configurado para falhar quando a carga de tensão atingir um limite de carga definido, e o bujão de válvula pode ser configurado para girar à posição aberta quando o membro de falha por tensão falhar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0023] Os desenhos anexos, que se incorporam ao presente Relatório Descritivo e constituem parte dele, ilustram várias concretizações e, junto com a descrição, servem para explicar princípios da invenção.

[0024] A FIG. 1 ilustra uma vista do lado de entrada de uma unidade de válvula giratória.

[0025] A FIG. 2 ilustra uma vista em corte da unidade de válvula giratória ilustrada na FIG. 1 ao longo da linha A-A.

[0026] As FIGs. 3A e 3B ilustram uma vista lateral da unidade de mecanismo de liberação da unidade de válvula giratória ilustrada na FIG. 1.

[0027] A FIG. 4 ilustra um mecanismo de liberação de uma unidade de válvula giratória incluindo um trinco e uma mola absorvedora de energia.

[0028] A FIG. 5 ilustra um mecanismo de liberação de uma unidade de válvula giratória incluindo um trinco e um fole absorvedor de energia.

[0029] A FIG. 6 ilustra um mecanismo de liberação de uma unidade de válvula giratória incluindo uma mola de torção configurada para adicionar um torque de abertura ao bujão de válvula.

[0030] A FIG. 7 ilustra um mecanismo de liberação de uma unidade de válvula giratória incluindo um ímã configurado para manter o bujão na orientação totalmente aberta quando a válvula abrir.

[0031] As FIGs. 8A e 8B ilustram uma vista lateral de um mecanismo de absorção de energia para uma unidade de bujão de válvula giratória, em que o mecanismo de absorção de energia é disposto no lado oposto ao mecanismo de liberação.

[0032] As FIGs. 9A e 9B ilustram uma vista lateral de um mecanismo de engate para uma unidade de bujão de válvula giratória, em que o mecanismo de engate é disposto no lado oposto ao mecanismo de liberação.

[0033] As FIGs. 10A e 10B ilustram uma vista em corte de uma unidade de válvula giratória incluindo um bujão de válvula em forma de asa.

[0034] A FIG. 11A ilustra uma unidade de válvula giratória incluindo uma blindagem térmica ligada à unidade de válvula.

[0035] A FIG. 11B ilustra uma unidade de válvula giratória incluindo uma blindagem térmica posicionada entre a unidade de válvula e uma fonte de calor.

[0036] A FIG. 12 ilustra um bujão de válvula giratória incluindo uma cavidade.

[0037] A FIG. 13 ilustra um bujão de válvula giratória incluindo um contrapeso.

[0038] A FIG. 14 ilustra um mecanismo de liberação para uma unidade de válvula giratória usando um pino de flambagem.

[0039] A FIG. 15 ilustra um mecanismo de liberação para uma unidade de válvula giratória usando um membro de falha por tensão.

[0040] A FIG. 16 ilustra uma vista parcial do lado de entrada de uma unidade de válvula giratória com um pino de cisalhamento.

[0041] A FIG. 17 ilustra uma vista lateral da unidade de válvula giratória da FIG. 16.

[0042] A FIG. 18 ilustra uma vista detalhada de um pino de cisalhamento como membro de falha instalado na unidade giratória ilustrada na FIG. 16.

[0043] A FIG. 19 ilustra um pino de flambagem engatado diretamente a um eixo de válvula de uma unidade de válvula giratória.

[0044] A FIG. 20 ilustra um membro de falha por tensão engatado diretamente a um eixo de válvula de uma unidade de válvula giratória.

[0045] A FIG. 21 ilustra um eixo entalhado para uso com uma unidade de válvula giratória.

[0046] As FIGs. 22A e 22B ilustram um trinco para uso com o eixo entalhado da FIG. 21.

[0047] As FIGs. 23A e 23B ilustram um alojamento com uma protuberância para uso com o eixo entalhado da FIG. 21.

[0048] A FIG. 24 ilustra um eixo com uma extremidade dentada.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0049] Doravante, far-se-á referência em detalhes às concretizações exemplificativas da presente invenção, cujos exemplos são ilustrados nos desenhos anexos. Sempre que possível, os mesmos números de referência serão utilizados ao longo dos desenhos para indicar partes iguais ou semelhantes. As figuras nos desenhos da presente invenção destinam-se a propiciar uma visão geral dos elementos funcionais do sistema subjacente. Logo, salvo menção em contrário, as figuras não oferecem uma representação literal com dimensões proporcionais nem as localizações precisas dos componentes inter-relacionados.

[0050] A FIG. 1 ilustra uma concretização de uma unidade de válvula giratória da presente invenção. A unidade inclui um corpo de válvula e um bujão de válvula. O bujão de válvula é instalado no corpo de válvula através de um eixo definindo um eixo de rotação. O corpo possui uma entrada e uma saída definindo uma via de passagem de fluido através do corpo. A entrada do corpo recebe fluido e pressão a partir de uma fonte de pressão de fluido (não ilustrada), tal como um vaso ou tubulação.

[0051] O eixo estende-se através do corpo e gira junto com o bujão, em relação ao corpo, em torno do eixo de rotação. O eixo pode ser um eixo simples e contínuo que se estende através de uma face do bujão ou através do bujão, ou pode ser uma ou mais extremidades de eixo, eixos de roda, orelhas ou seus semelhantes estendendo-se a partir do bujão através do corpo. Um eixo simples contínuo pode ser desejável para aumentar a rigidez e manter o eixo alinhado ao eixo de rotação. Chaves de limitação, chaves de detecção de movimento ou seus semelhantes (não ilustrados) podem ser incluídos em uma ou ambas as extremidades externas do eixo para indicar se o bujão está na posição aberta ou fechada e/ou se abriu ou fechou.

[0052] Conforme ilustra a FIG. 1, o bujão de válvula pode ser instalado visando à rotação excêntrica na via de passagem. O eixo de rotação do eixo e bujão é deslocado do diâmetro do bujão. Como resultado, a primeira parte do bujão no primeiro lado do eixo de rotação é maior e possui uma maior área exposta à pressão do fluido de entrada do que a segunda parte do bujão no segundo lado do eixo de rotação. Isso gera um momento e torque em torno do eixo de rotação e eixo. Essa disposição traz outra vantagem, pois o eixo equilibra parcialmente a pressão do fluido em ambos os lados do eixo de rotação e do eixo e, portanto, diminui a pressão contra a qual o bujão deve resistir diretamente para vedar.

[0053] Quando o bujão de válvula assume a posição fechada, a pressão (P) no sistema pressurizado gera um torque e momento (M) (conforme ilustra a FIG. 2) sobre o bujão de válvula em torno do eixo de rotação. Conforme ilustra a FIG. 1, a unidade pode incluir um mecanismo de liberação configurado para impedir o bujão de válvula de girar a partir da posição fechada, quando o torque em torno do eixo de rotação for abaixo de uma grandeza selecionada, e para liberar o bujão e o eixo para girar à posição aberta, quando o torque exercido em torno do eixo de rotação ultrapassar uma grandeza selecionada.

[0054] Em uma concretização, uma unidade de mecanismo de liberação é instalada no corpo de válvula, conforme ilustram as FIGs. 1 e 2. O mecanismo de liberação pode incluir um pino de falha. Conforme ilustra a FIG. 1, o pino de falha pode ser instalado na unidade de mecanismo de liberação através de um suporte de pino. O mecanismo de liberação também inclui um braço de contato, o qual converte o torque em torno do eixo de rotação em carga exercida contra o pino de falha. O pino de falha é configurado para deformar-se e/ou falhar quando submetido a uma carga predeterminada exercida pelo braço de contato. O pino de falha pode ser uma estrutura permanente ou irreversivelmente deformável, a qual flexiona-se ou rompe-se quando submetida a uma carga predeterminada. Embora seja ilustrado um pino de falha, a invenção contempla o uso de qualquer mecanismo adequado configurado para deformar-se e/ou falhar sob uma carga predeterminada, incluindo, entre outros, uma viga, uma barra, uma placa, um disco, uma mola ou uma estrutura equiparável (ou qualquer combinação desses). Esses mecanismos podem ser permanente ou irreversivelmente deformáveis. Como alternativa, esses mecanismos podem ser reversivelmente deformáveis, de tal modo que retornem à condição inicial ao remover a carga de deformação. Um pino de falha (ou outro mecanismo adequado) pode ser munido de características para facilitar a falha ou estabelecer um ponto de falha específico, tal como um entalhe de superfície ou áreas de diâmetro reduzido.

[0055] Conforme ilustra a FIG. 1, o pino de falha é submetido a uma carga do tipo flexora exercida pelo braço de contato. Contempla-se que o pino de falha (ou outro mecanismo de falha adequado) seja submetido a um tipo diferente de carga, tal como compressão, tensão ou cisalhamento, conforme ilustram as FIGs. de 4 a 6 da Patente dos EUA 5.947.445 (cujo conteúdo incorpora-se ao presente documento na íntegra por referência). Por exemplo, um mecanismo de liberação do pino de flambagem do tipo por compressão é ilustrado na FIG. 14. Um mecanismo de liberação usando um membro de falha por tensão é ilustrado na FIG. 15. Conforme ilustra a FIG. 15, o membro de falha por tensão liga-se a uma extremidade do braço de contato e a um suporte para o membro de falha por tensão. Um membro de falha por tensão pode ser, por exemplo, uma haste ou uma placa chata configurada para falhar quando submetida a uma tensão predeterminada. Um membro de falha por tensão pode incluir uma região estreita, tal como ilustra a FIG. 15, configurada para definir a tensão a que o membro de falha falhará. Em outro exemplo, as FIGs. de 16 a 18 ilustram uma concretização de uma unidade de válvula giratória usando um pino de cisalhamento. Conforme ilustram as FIGs. 16 e 18, um eixo giratório estende-se a partir de um bujão de válvula e um braço estende-se a partir do eixo. Um pino de cisalhamento é posicionado entre o braço e um suporte de pino, impedindo o braço (e o eixo) de girar. Conforme ilustra a FIG. 16, o pino de cisalhamento pode ser munido de uma região estreitada enfraquecida para facilitar o cisalhamento e definir o valor de cisalhamento a que o pino de cisalhamento falha.

[0056] Embora a FIG. 1 e as FIGs. de 14 a 18 ilustrem um braço de contato que se estende a partir do eixo para engatar-se a um mecanismo de falha, a presente invenção não se limita a essa disposição. Em uma concretização, um mecanismo de falha pode ser engatado diretamente ao eixo giratório. Por exemplo, um pino pode ser inserido através do eixo e engatado ao corpo de válvula, submetendo assim o pino a uma carga de cisalhamento, conforme ilustra a FIG. 1 da Patente dos EUA no 5.984.269 do mesmo titular, cujo conteúdo incorpora-se na íntegra ao presente documento por referência. Em outro exemplo, ilustrado na FIG. 19, um pino de flambagem do tipo por compressão engata-se diretamente a uma parte do eixo de válvula, de tal modo a opor a rotação do eixo de válvula. Quando o pino de flambagem da FIG. 19 é submetido a uma carga predeterminada, ele falha e permite que o eixo gire. Conforme ilustra a FIG. 19, um parafuso de pino pode ser incluído para pré-carregar o pino de flambagem. Em outra concretização, um pino de flambagem pode ser pré-carregado usando outro mecanismo de pré-carga, tal como uma mola, ou pode ser pré-carregado dentro de um cartucho de pino. Em ainda outro exemplo, ilustrado na FIG. 20, um membro de falha por tensão (por exemplo, uma haste de tensão ou placa de tensão) engata-se diretamente a uma parte do eixo de válvula, de tal modo a opor a rotação do eixo de válvula. Quando o membro de falha por tensão é submetido a uma carga predeterminada, ele falha por tensão e permite que o eixo gire.

[0057] A FIG. 1 ilustra um parafuso de pino que pode ser usado para pré-carregar o pino de falha. A FIG. 14 ilustra outra concretização de um parafuso de pino, que pode ser usado para pré-carregar um pino de flambagem do tipo por compressão. A pré-carga de um membro de falha também pode ser obtida usando um grampo, mola ou qualquer outro mecanismo de pré-carga adequado. A pré-carga pode aumentar a previsibilidade do desempenho do bujão de válvula. A pré-carga pode somar-se ao torque de abertura, o que pode ajudar a válvula a abrir mais rapidamente. A pré-carga pode, por exemplo, ser usada para superar o atrito estático nas vedações e ligações mecânicas da válvula e diminuir o impacto desses fatores sobre a pressão de abertura da válvula.

[0058] As FIGs. 3A e 3B ilustram uma vista lateral da unidade de mecanismo de liberação da unidade de válvula giratória da FIG. 1. Conforme ilustrado, o braço de contato inclui um elemento de contato com o pino disposto em contato com o pino de falha. A unidade de mecanismo de liberação inclui um trinco e um batente. O batente é configurado para absorver a energia rotacional do bujão (por intermédio do braço de contato) quando o bujão de válvula abrir após o pino de falha quebrar (conforme ilustra a FIG. 3B). O trinco é configurado para manter o bujão na posição totalmente aberta quando a válvula abrir. Embora um trinco e um batente sejam ilustrados juntos na FIG. 3B, contempla-se a inclusão de um trinco sem um batente ou outro mecanismo de absorção de energia. Também se contempla que seja incluído um batente ou outro mecanismo de absorção de energia sem o uso de trinco.

[0059] Embora um batente seja ilustrado nas FIGs. 3A e 3B, contempla-se que seja usado qualquer amortecedor ou mecanismo de absorção de energia adequado para absorver a energia rotacional de um bujão de válvula abrindo. Por exemplo, na FIG. 4, utiliza-se uma mola. Em outro exemplo, na FIG. 5, utiliza-se um fole flexível. Um mecanismo de absorção de energia adequado pode ser configurado para deformar- se (de maneira reversível ou irreversível). Outros exemplos de mecanismos de absorção de energia adequados podem incluir arruelas Bellevile, molas Belleville, pistões hidráulicos ou absorvedores. O mecanismo de absorção de energia pode ser incluído como parte de um módulo ou cartucho que pode ser substituível.

[0060] Embora seja ilustrado um trinco nas FIGs. 3A e 3B, contempla-se que qualquer mecanismo de captura adequado seja usado (em aditamento, ou como alternativa, a um trinco) para manter um bujão de válvula na posição aberta após a abertura. Por exemplo, na FIG. 6, utiliza-se uma mola de torção. A mola de torção da FIG. 6 é configurada para exercer torque de abertura ao bujão de válvula. Em outro exemplo, na FIG. 7, utiliza-se um ímã para exercer força magnética para manter o bujão de válvula na posição aberta após a abertura. Outros exemplos de mecanismos adequados para manter um bujão de válvula na posição aberta podem incluir clipes, fechos de velcro ou adesivos.

[0061] A mola de torção ilustrada na FIG. 6 também pode pré- carregar uma força no pino de falha. A pré-carga pode somar-se ao torque de abertura, o que pode ajudar a válvula a abrir mais rapidamente. A pré-carga pode, por exemplo, ser usada para superar o atrito estático nas vedações e ligações mecânicas da válvula e diminuir o impacto desses fatores sobre a pressão de abertura da válvula.

[0062] O mecanismo de absorção de energia e o trinco ilustrados, por exemplo, nas FIGs. de 1 a 3B são posicionados no mesmo lado do corpo de válvula que o mecanismo de liberação. A presente invenção não se limita a essa configuração. Por exemplo, conforme ilustram as FIGs. 8A e 8B, um absorvedor de energia pode ser instalado no lado oposto do corpo de válvula em relação ao mecanismo de liberação. Conforme ilustra a FIG. 8A, o eixo de válvula pode ser munido de um braço, o qual entra em contato com o absorvedor de energia quando o bujão de válvula abre (FIG. 8B). Em outro exemplo, conforme ilustram as FIGs. 9A e 9B, um trinco é instalado no lado oposto do corpo de válvula em relação ao mecanismo de liberação. O trinco é configurado para capturar um braço, que se estende a partir do bujão de válvula, quando o bujão de válvula abre (FIG. 9B). O trinco ilustrado nas FIGs. 9A e 9B é munido de um parafuso de trinco, o qual é usado para apertar ou afrouxar o trinco, aumentando ou diminuindo assim a força que deve ser aplicada para ativá-lo. Contempla-se que o aumento da força que deve ser aplicada para ativar o trinco permita que ele absorva a energia rotacional do bujão de válvula abrindo.

[0063] As FIGs. 8A, 8B, 9A e 9B ilustram um braço que se estende a partir do eixo de válvula para engatar-se a um absorvedor de energia e/ou mecanismo de captura. Contempla-se, contudo, que um braço não seja usado. Por exemplo, um eixo pode engatar-se diretamente a um absorvedor de energia, um mecanismo de captura, um mecanismo para retardar ou cessar a rotação do eixo ou outros aspectos da presente invenção.

[0064] Em uma concretização, o eixo pode incluir um entalhe ou outra geometria configurada para cooperar com outro mecanismo a fim de limitar a rotação do eixo em relação ao corpo de válvula. Por exemplo, conforme ilustra a FIG. 21, o eixo pode incluir um entalhe. Em uma unidade de válvula giratória, o eixo entalhado da FIG. 21 é usado junto com um mecanismo de captura, tal como o trinco ilustrado nas FIGs. 22A e 22B. Conforme ilustra a FIG. 22A, o eixo encontra-se na posição de válvula fechada e o trinco desengatado. Conforme ilustra a FIG. 22B, o eixo girou 90° no sentido horário rumo à posição aberta, permitindo que o trinco se engatasse ao entalhe no eixo e impedisse o eixo de girar outra vez à posição de válvula fechada.

[0065] Em outra concretização, a extremidade entalhada de um eixo encaixa dentro de um alojamento de eixo (ilustrado nas FIGs. 23A e 23B), o qual pode estender-se a partir do corpo de válvula ou ligar-se de alguma outra forma a ele. O alojamento de eixo inclui uma protuberância ou outro traço configurado para impedir a rotação do eixo além de uma posição definida (por exemplo, uma posição correspondente à posição substancialmente aberta do bujão de válvula). À guisa de exemplo, a FIG. 23A ilustra o eixo entalhado da FIG. 21 em uma posição de válvula fechada, e a FIG. 23B ilustra o eixo entalhado da FIG. 21 em uma posição de válvula aberta, em que a protuberância no alojamento de eixo impede o eixo de girar além da posição. A protuberância no alojamento de eixo pode ser configurada para absorver a energia rotacional do eixo e/ou pode incluir traços para capturar o eixo a fim de impedi-lo de girar além da posição.

[0066] Também se contempla que um eixo seja configurado para cooperar com um mecanismo de captura que pode incluir um mecanismo de embreagem ou um mecanismo de catraca. Conforme ilustra a FIG. 24, por exemplo, um eixo pode incluir uma extremidade dentada. Quando pareado com uma catraca ou embreagem (não ilustrada), o eixo ilustrado na FIG. 24 só tem liberdade para girar em um sentido. Como resultado, o eixo é impedido de retornar um bujão de válvula a uma posição fechada após a abertura.

[0067] O bujão de válvula de uma unidade de válvula giratória pode ser construído com formato tal que melhore as características de fluxo de fluido quando da abertura da válvula. Conforme ilustram as FIGs. 10A e 10B, por exemplo, um bujão de válvula pode ser munido de uma seção transversal em forma de asa ou leme. O bujão de válvula ilustrado inclui um bordo de ataque levemente curvado e afunila rumo ao bordo de fuga. Quando o bujão de válvula em forma de asa ou leme assume a posição aberta (FIG. 10B), o fluido pode fluir em torno do bujão de válvula mais suavemente do que fluiria em torno de um bujão de válvula típico (que geralmente inclui um perfil abrupto para o fluxo de fluido e carece de uma característica de afunilamento). Em comparação a um bujão de válvula conhecido, o fluxo suave resultante pode diminuir a turbulência e/ou aumentar a taxa a que um fluido em escape flui. Além disso, o fluxo de fluido em torno de um bujão de válvula em forma de asa ou leme pode somar-se à força rotacional para abrir a válvula mais rapidamente. Ademais, o fluxo de fluido em torno de um bujão de válvula em forma de asa ou leme pode manter o bujão de válvula na posição aberta, desacelerar a rotação do bujão à medida que a orientação totalmente aberta se aproxima e/ou impedir o bujão de oscilar entre as posições aberta e fechada. Logo, a presente invenção contempla que modificar o perfil do bujão de válvula pode eliminar a necessidade (ou aprimorar a eficiência) de um mecanismo de engate ou mecanismo de absorção de energia, tais como os ilustrados nas FIGs. de 1 a 3. Em outras palavras, um bujão de válvula em forma de asa ou leme pode ser usado com ou sem um trinco e/ou mecanismo de absorção de energia.

[0068] Uma unidade de válvula giratória pode incluir componentes suscetíveis a empenamento ou dano por conta do calor ambiente. Logo, uma blindagem térmica pode ser usada para proteger a unidade de válvula giratória ou seus componentes contra o calor ambiente. Conforme ilustra a FIG. 11A, por exemplo, a unidade de mecanismo de liberação de uma unidade de válvula giratória pode ser circundada com uma blindagem térmica. Em aditamento, ou como alternativa, uma blindagem térmica pode ser disposta em torno de parte do corpo de válvula ou em torno dele todo. Em uma concretização, uma blindagem térmica pode ser ligada ao corpo de válvula. Em outra concretização, ilustrada na FIG. 11B, uma blindagem térmica pode ser posicionada próxima ao corpo de válvula entre o corpo de válvula e uma fonte de calor. A blindagem térmica da FIG. 11B pode ser, por exemplo, uma vela refletiva para refletir o calor radiante. Qualquer outro mecanismo adequado para refletir, isolar ou proteger de alguma outra forma uma válvula contra uma fonte de calor também é tido em consideração. Uma blindagem térmica pode ser particularmente desejável para evitar o aquecimento não simétrico de uma válvula uma vez que este pode gerar distorção na relação corpo-eixo, o que pode influenciar na operação da válvula.

[0069] Como resultado de um modelo de eixo deslocado usado junto com um bujão de válvula giratória conhecido, a massa de um bujão conhecido pode ser distribuída de maneira irregular ao longo do eixo giratório. A presente invenção contempla providenciar um bujão de peso balanceado ou gravitacionalmente neutro junto com um eixo deslocado. Por exemplo, conforme ilustra a FIG. 12, uma parte do bujão de válvula pode incluir uma cavidade para reduzir a massa de um lado do eixo. Em outro exemplo, ilustrado na FIG. 13, o bujão de válvula pode ser munido de um contrapeso para somar-se à massa de um lado do eixo. Também se considera que a formação do bujão de válvula de tal modo que seja mais grosso de um lado do eixo (por exemplo, no modelo em forma de asa ilustrado nas FIGs. 10A e 10B) pode balancear o peso do bujão de válvula em relação ao eixo.

[0070] Embora ao menos parte da revelação acima foque em uma unidade de bujão de válvula giratória com um mecanismo de liberação posicionado em uma extremidade de um eixo de válvula, a presente invenção não se limita a essa estrutura. Os princípios da presente invenção podem ser usados com uma unidade de bujão de válvula giratória com vários mecanismos de liberação. Por exemplo, um par de mecanismos de liberação correspondentes pode ser providenciado, com um mecanismo de liberação em cada extremidade de um eixo de válvula. Essa estrutura pode resultar em uma carga mais uniforme sobre o bujão de válvula e eixo de válvula quando sob pressão; por exemplo, essa estrutura pode reduzir a torção exercida ao eixo de válvula. Os princípios da presente invenção podem ser usados para incluir, por exemplo, um trinco e/ou absorvedor de energia em uma ou ambas as extremidades do eixo (isto é, com um ou ambos os mecanismos de liberação).

[0071] As concretizações acima são meramente exemplificativas. Outras concretizações transparecerão aos versados na técnica à luz do Relatório Descritivo e da prática dos métodos da invenção revelada neste documento.

Claims

1. Conjunto de Válvula Giratória de Alívio de Pressão, compreendendo: um corpo de válvula (1); um bujão (10, 410, 420, 430) instalado dentro do corpo (1), girando o bujão (10, 410, 420, 430) entre uma posição aberta e uma posição fechada em torno de um eixo giratório (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940); um mecanismo de liberação (30, 630, 670, 730) configurado para engatar-se ao eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940) e manter o bujão (10, 410, 420, 430) na posição fechada até que seja atingida uma pressão de abertura da unidade de válvula, em que o mecanismo de liberação (30, 630, 670, 730) compreende um membro de falha (31, 631, 671, 731, 821, 831); um mecanismo de pré-carregamento (33, 633, 822) configurado para pré-carregar o membro de falha (31, 631, 671, 731, 821, 831); e um amortecedor (60, 131, 132, 133, 134, 260, 760, 861) configurado para absorver a energia cinética rotacional exercida pelo eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940), quando o bujão de válvula (10, 410, 420, 430) girar para a posição aberta; caracterizada por que o eixo rotativo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940) compreende um braço de contato (40) configurado para engatar com o membro de falha (31, 631, 671, 731, 821, 831) e transmitir um torque do eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940) ao membro de falha (31, 631, 671, 731, 821, 831); e em que o amortecedor (60) está configurado para absorver a energia cinética rotacional engatando com o braço de contato (40).

2. Conjunto de Válvula Giratória de Alívio de Pressão, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por que o eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940) é deslocado de um diâmetro do bujão de válvula (10, 410, 420, 430) e em que a massa do bujão (10, 410, 420, 430) é distribuída de maneira uniforme de ambos os lados do eixo deslocado (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940).

3. Conjunto de Válvula Giratória de Alívio de Pressão, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por que o eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940) tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade; em que o mecanismo de liberação (30, 630, 670, 730) é configurado para engatar-se à primeira extremidade do eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940); e em que o braço de contato (40) está posicionado na segunda extremidade do eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940).

4. Conjunto de Válvula Giratória de Alívio de Pressão, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por que compreende ainda: um mecanismo de captura (50, 133, 134, 350, 750, 850) configurado para engatar-se no eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940), quando o bujão de válvula (10, 410 , 420, 430) gira para a posição aberta, em que o mecanismo de captura é configurado ainda para reter o bujão (10, 410, 420, 430) na posição aberta, em que o mecanismo de captura inclui de preferência pelo menos um de um trinco (50, 350, 750, 850), uma embreagem e uma catraca.

5. Conjunto de Válvula Giratória de Alívio de Pressão, de acordo com a Reivindicação 4, caracterizada por que o eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940) compreende um entalhe (841); e em que o mecanismo de captura (50, 133, 134, 350, 750, 850) é configurado para engatar-se ao entalhe, quando o bujão de válvula (10, 410, 420, 430) girar para a posição aberta.

6. Conjunto de Válvula Giratória de Alívio de Pressão, de acordo com a Reivindicação 4, caracterizada por que o eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940) compreende pelo menos um dente (941); e em que o mecanismo de captura (50, 133, 134, 350, 750, 850) é configurado para engatar-se a pelo menos um dente (941), quando o bujão de válvula (10, 410, 420, 430) girar para a posição aberta.

7. Conjunto de Válvula Giratória de Alívio de Pressão, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 1 a 6, caracterizada por que: o bujão (10, 410, 420, 430) é em forma de asa.

8. Conjunto de Válvula Giratória de Alívio de Pressão, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1 e de 3 a 6, caracterizada por que: a massa do bujão (10, 410, 420, 430) é balanceada ao longo do eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940).

9. Conjunto de Válvula Giratória de Alívio de Pressão, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 1 a 6, caracterizada por que: o membro de falha (31, 631, 671, 731, 821, 831) é um pino de flambagem (631, 821) configurado para receber um torque a partir do eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940) na forma de uma primeira carga compressiva, quando o bujão (10, 410, 420, 430) estiver numa posição fechada; e em que o mecanismo de pré-carga (33, 633, 822) é configurado para pré-carregar o pino de flambagem (631, 821) com uma segunda carga compressiva; em que o pino de flambagem (631, 821) é configurado para falhar, quando a primeira e a segunda cargas compressivas combinadas atingem um limite de carga definido e em que o bujão de válvula (10, 410, 420, 430) é configurado para girar para a posição aberta, quando o pino de flambagem (631, 821) falhar.

10. Conjunto de Válvula Giratória de Alívio de Pressão, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 1 a 6, caracterizada por que: o membro de falha (31, 631, 671, 731, 821, 831) é um membro de falha por tensão (671, 831) configurado para receber um torque de rotação a partir do eixo (20, 220, 320, 620, 660, 720, 820, 830, 840, 940) na forma de uma primeira carga compressiva, quando o bujão (10, 410, 420, 430) estiver na posição fechada; e em que o mecanismo de pré-carga (33, 633, 822) é configurado para pré-carregar o membro de falha por tensão (671, 831) com uma segunda carga de tensão; em que o membro de falha por tensão (671, 831) é configurado para falhar, quando a primeira e a segunda cargas de tensão combinadas atingirem um limite de carga definido e em que o bujão de válvula (10, 410, 420, 430) é configurado para rodar para a posição aberta, quando o membro de falha por tensão (671, 831) falhar.

11. Conjunto de Válvula Giratória de Alívio de Pressão, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 1 a 6, caracterizada por que compreende ainda: uma blindagem térmica (501, 502), em que a blindagem térmica (501, 502) é posicionada, de preferência, entre o corpo de válvula (1) e uma fonte de calor (510) externa ao corpo de válvula (1) e em que a blindagem térmica (501, 502) é orientada para proteger o corpo de válvula (1) contra o aquecimento assimétrico causado pela fonte de calor externa (510), em que a blindagem térmica (501, 502) é, de preferência, ligada ao corpo de válvula (1).