BR112017017545B1 - Válvula de esfera multivias com fluxo induzido na cavidade do corpo esférico - Google Patents

Abstract

VÁLVULA DE ESFERA MULTIVIAS COM FLUXO INDUZIDO NA CAVIDADE DO CORPO ESFÉRICO. Um corpo de válvula de esfera multivias possui uma abertura de entrada e pelo menos duas aberturas de saída dispostas transversalmente à abertura de entrada do corpo da válvula de esfera. Uma esfera disposta no corpo tem uma abertura de entrada e uma abertura de saída que está disposta transversalmente à abertura de entrada da esfera. A esfera pode ser girada para se alinhar seletivamente à abertura de saída da esfera com uma das pelo menos duas aberturas de saída do corpo. Os orifícios através da esfera admitem parte do fluxo de fluido para a cavidade entre a esfera e o corpo, e as partes internas estão expostas, de modo que a cavidade e as partes internas são mantidas esvaziadas.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido reivindica o benefício prioridade do Pedido Provisório U.S. 62/117.508 apresentado na Agência de Marcas e Patentes dos Estados Unidos em 18 de fevereiro de 2015. Todo o conteúdo deste pedido provisório dos Estados Unidos 62 / 117.508 é aqui incorporado por referência.

FUNDAMENTOS

[002] No campo do refino de petróleo bruto, uma unidade de processo denominada Coqueamento Retardado aumenta o rendimento de gasolina e outros produtos de alta qualidade por reprocessamento de óleo de fundo pesado de uma das outras unidades de processo denominadas Fracionadoras, agregando valor de dezenas de milhares de dólares por dia. Na unidade de processo de Coqueamento Retardado, o óleo pesado passa primeiramente através de aquecedores, depois passa através de uma válvula esfera especial de desvio tipo multivias, chamada de "válvula comutadora", que é uma aplicação para esta invenção.

[003] A válvula de comutação desvia o fluxo de óleo pesado aquecido para dentro de dois grandes tambores, ou para uma conexão de by-pass de um terceiro tambor. O óleo aquecido permanece como líquido apenas por um período de tempo depois de ser aquecido, chamado de "tempo de permanência", normalmente de 1/2 a 2 horas após ter sido aquecido, a seguir do qual se solidifica no que se chama "coque de petróleo", Que é uma forma dura de carbono principalmente. Essa solidificação ocorre nos dois tambores, a partir do qual o coque é removido com equipamento especial.

[004] É importante que o óleo aquecido atinja os tambores antes da expiração do tempo de permanência, de modo que a solidificação tenha lugar lá, não nos aquecedores, tubulações ou na válvula de comutação. Esta propriedade do óleo pesado, a saber, a conversão para o estado sólido, apresenta problemas no projeto da válvula de comutação, uma vez que o projeto da válvula não deve fornecer áreas estagnadas ou áreas de fluxo lento, onde o óleo pesado pode permanecer maior tempo do que o tempo de permanência. Caso contrário, o óleo pesado estagnado ou quase estagnado se converterá em coque sólido em tais áreas e tornará a válvula difícil ou impossível de operar ou causará vazamento. Tais problemas podem exigir um desligamento dispendioso da unidade de processo para limpar a válvula.

[005] Algumas melhorias da válvula esférica foram tentadas para resolver esse problema, tal como descrito na Patente U.S. N ° 5.181.539, que descreve ter muitos entalhes que permitem o fluxo através da esfera / cavidade do corpo. O único orifício fornecido é exigido que seja pequeno no seu diâmetro e colocado na parte inferior do adaptador de acionamento. A patente '539 também requer um afunilamento através da esfera para induzir uma diferença de pressão que causaria fluxo através da cavidade da esfera / corpo.

[006] Uma tentativa divulgada no Pedido de Patente dos Estados Unidos número 2012/0012770 descreve ter pequenas perfurações através da superfície da esfera de uma válvula direta para colocar a passagem principal em comunicação de fluido com a sede do bujão no corpo da válvula.

[007] Da mesma forma, a Patente U.S. N ° 1 177 968 descreve a adição de um pequeno orifício através de uma bochecha da esfera de uma válvula direta para drenar o conteúdo do percurso de fluxo através da esfera quando a válvula é fechada.

[008] A Patente U.S. N ° 3.036.600 adiciona uma série de pequenos orifícios perto da extremidade à montante da passagem traspassante da esfera de modo a admitir uma pequena quantidade de fluido no início da rotação da esfera.

[009] A Patente U.S. N ° 3 270 772 inclui uma série de pequenos orifícios na válvula de esfera para adicionar um lubrificante através da superfície externa da esfera em uma câmara separada na esfera, não dentro do canal.

[0010] A Patente U.S. N ° 3 333 813 revela uma válvula de esfera direta com pequenos orifícios de ventilação na esfera entre o canal e o corpo da válvula para ventilar a cavidade da esfera / corpo.

[0011] Adicionalmente, a Patente U.S. N ° 3 464 449 descreve uma esfera com um orifício de uma parte da superfície exterior da esfera para outra parte da superfície exterior da esfera e o orifício não se comunica com canal da esfera.

[0012] Além disso, a Patente U.S. N° 5.287.889 descreve uma válvula de estrangulamento, não uma válvula de ligar / desligar ou de comutação, com uma série de pequenos orifícios que fornecem um número variável de passagens de fluxo alternativas à medida que a esfera é girada e descarrega o fluido na passagem de saída, mas não causa recirculação de fluido.

[0013] Outras abordagens para tais problemas foram descritas nas patentes dos Estados Unidos número U.S. 3.985.150 e 4.099.543 e no pedido de patente de invenção norte-americano publicado número 2008/0105845.

[0014] Embora existam outras válvulas esféricas que adicionaram orifícios através de esferas, tais como as tentativas de melhoria descritas acima, os orifícios adicionados das modalidades exemplifi- cativas aqui diferem porque a esfera atualmente melhorada tem uma forma diferente, por exemplo, com uma passagem traspassante de 90 graus, em vez de uma passagem traspassante direta, portanto, requer buracos em posições e formas que até agora não foram contempladas ou descritas. Por exemplo, algumas modalidades descritas abaixo usam passagens de fluxo afuniladas (por exemplo, cônicas) através da esfera dentro e / ou a partir do espaço da cavidade esférica. Por exemplo, algumas modalidades descritas abaixo usam passagens de fluxo afuniladas (por exemplo, cônicas) através da esfera dentro e / ou a partir do espaço da cavidade esférica.

[0015] Consequentemente, novas melhorias são procuradas para diminuir a estagnação do óleo em torno da esfera e cavidade corporal da válvula de comutação e aumentar a fluidez na válvula de comutação. BREVE RESUMO

[0016] As principais áreas em risco de estagnação de óleo na válvula de comutação são (a) na cavidade entre o diâmetro externo da esfera e o diâmetro interno do corpo, conhecida como "cavidade esfera / corpo", e (b) nas cavidades entre o diâmetro externo (OD) dos selos da parte traseira da sede do tipo fole metálico e os tubos nos quais elas residem conhecidos como a "área do Diâmetro Externo dos foles".

[0017] Historicamente, a purga de vapor tem sido utilizada nessas áreas potencialmente estagnantes na válvula de comutação, para assegurar a troca do óleo ali. A eficácia desta purga de vapor depende do volume de vapor utilizado. Infelizmente, no processo sensato, não é desejável adicionar a quantidade de vapor necessária porque isso tem um efeito de resfriamento indesejado, e depois deve ser descartado como água suja. No entanto, tem sido necessário adicionar vapor, uma vez que é a única maneira, até ao menos algumas modalidades desta invenção, para assegurar a operabilidade da válvula. O fornecimento de vapor pode ter problemas próprios. O vapor pode não estar sempre disponível na quantidade e pressão necessária devido à grande demanda imprevista em outros lugares, falha no equipamento do sistema de fornecimento, erros do operador ou outros problemas.

[0018] Por tais razões, é altamente desejável desenvolver um projeto de válvula de comutação que não exija a purga de vapor da cavidade esfera / corpo e as áreas do Diâmetro Externo dos foles para evitar a estagnação do óleo. É um dos objetivos das modalidades exemplificativas desta invenção proporcionar uma válvula melhorada através da inclusão de uma esfera nova e uma área de contenção de fole e reformar duas áreas do corpo da válvula. É um objetivo adicional que a esfera e as modificações das peças internas sejam simples e econômicas de fabricar. Também é um objetivo fornecer uma modificação que possa ser adaptada a centenas de válvulas existentes atualmente em serviço.

[0019] O objetivo das modalidades exemplificativas desta invenção é melhorar a confiabilidade da válvula de comutação removendo substancialmente todas as áreas potencialmente estagnadas e áreas de fluxo lento nas cavidades do corpo da válvula. Isto é realizado em uma modalidade exemplificativa fornecendo uma ou mais de: uma esfera melhorada, tubos de suporte aprimorados para os selos de sede do tipo fole, uma superfície interna de cobertura superior remodelada e uma forma cônica de tipo Venturi adicionada à passagem de entrada do corpo da válvula.

[0020] A nova esfera fornece uma maneira simples e confiável de forçar uma parte substancial do fluido que corre através da válvula de esfera para entrar na cavidade da esfera / corpo, onde circula ao redor da esfera e ao redor do Diâmetro Externo do fole, para criar um fluxo de óleo re-circulado completo dentro da cavidade da esfera da válvula / corpo. Isto é realizado em modalidades exemplificativas pela adição de orifícios de forma científica e estrategicamente colocados através da esfera, um lado inferior especialmente formado da cobertura superior da válvula, grandes recortes estrategicamente colocados nos tubos que circundam os foles e uma entrada Venturi ao corpo da válvula. Ao adicionar essas características, as áreas potencialmente estagnadas nas áreas de cavidade da esfera / cavidade do corpo e Diâmetro Externo do fole e a purga de vapor indesejável dessas áreas, podem ser substancialmente ou totalmente eliminadas, atendendo assim aos objetivos desejados.

[0021] Um dos objetivos da invenção é provocar a troca e descarga do fluido na cavidade esfera / corpo e em torno do diâmetro externo (OD) do fole.

[0022] Um exemplo de modalidade de uma válvula de esfera de porta múltipla inclui uma passagem de fluxo de noventa graus através da esfera nela, com uma entrada de corpo e duas ou três saídas de corpo, Incluindo orifícios cônicos estrategicamente colocados na esfera, desde o interior da esfera até a superfície superior da esfera. Os selos de sede do tipo fole e os tubos de suporte do selo da sede com grandes recortes são usados e uma superfície interna do corpo curvada direciona o fluxo para dentro do corpo da válvula. Uma entrada de corpo de válvula afunilada ajuda a parte do fluido que corre através da esfera a fluir através de orifícios cônicos na esfera e para dentro da cavidade da esfera / corpo da válvula, daí para fora, para baixo e ao redor do diâmetro externo da esfera (OD) e em torno do diâmetro externo (OD) dos selos da sede do fole, para se juntar novamente ao fluxo de fluido principal que passa através da esfera na entrada da esfera.

[0023] Nesta modalidade, uma troca rápida de fluido nas cavidades do corpo e ao redor dos selos de sede do tipo fole de metal evita a estagnação do fluido.

[0024] Um primeiro método fornece orifícios na parte superior da esfera, deixando um espaço entre o fundo da esfera e o corpo e fazendo uma redução do orifício do corpo cônico para criar um efeito de sucção Venturi no espaço anelar entre a esfera e o corpo próximo às entradas da esfera e do corpo. Usando este método, uma parte do fluxo será desviada para fluir através de orifícios no topo da esfera e para dentro da esfera / cavidade corpo, flui para baixo ao redor da esfera na cavidade e fluirá para fora dessa cavidade na parte inferior da esfera. A entrada do corpo da válvula de comutação pode incluir um orifício de corpo cônico em direção da entrada da esfera. Neste método, o fluxo através da esfera / cavidade do corpo seria na direção inversa para o fluxo principal que flui através do orifício da esfera para atingir uma descarga da cavidade do corpo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0025] As Figuras 1A, 1B, 2, 3A e 3B representam as esferas e câmaras de fole da técnica anterior da válvula tipo esfera com sede metálica de porta múltipla que é normalmente utilizada.

[0026] A Figura 4A é uma vista isométrica de um primeiro exemplo de modalidade de uma esfera inovadora e melhorada para uma válvula de comutação.

[0027] A Figura 4B é uma vista inferior da esfera melhorada mostrada na Figura 4A, olhando através da abertura de entrada da esfera melhorada em direção aos orifícios cônicos.

[0028] A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um fole de metal com um suporte tubular flangeado melhorado que possui recortes que são adicionados ao suporte tubular flangeado e aos suportes de sede da Figura 2.

[0029] A Figura 6A é uma vista em corte transversal de uma válvula de comutação melhorada tendo a primeira modalidade de esfera melhorada, o suporte tubular melhorado, e melhorias nas formas internas do corpo da válvula, incluindo setas de fluxo que ilustram as circulações de fluxo recém-criadas na válvula de comutação em torno da esfera e em torno dos diâmetros externos do fole.

[0030] A Figura 6B é uma vista em corte transversal da válvula de comutação melhorada mostrada na Figura 6A na direção representada pela linha 6B-6B.

[0031] A Figura 7 é uma vista isométrica de um segundo exemplo de modalidade de uma esfera inovadora e melhorada para uma válvula de comutação.

[0032] A Figura 8A é uma vista em corte transversal da configuração da esfera da segunda modalidade sem o eixo de transmissão integral.

[0033] A Figura 8B é uma vista em corte transversal da configuração da esfera mostrada na Figura 8A na direção representada pela linha 8B- 8B.

[0034] A Figura 9A é uma vista isométrica de uma terceira modalidade exemplificativa de uma esfera inovadora e melhorada que tem uma barragem parcial na porta de saída da esfera.

[0035] A Figura 9B é uma vista em corte transversal da esfera melhorada mostrada na Figura 9A.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES EXEMPLIFICATIVAS

[0036] As Figuras 1A, 1B, 2, 3A e 3B ilustram um tipo típico de válvula de comutação que é melhorada pelas modalidades exemplifi- cativas aqui descritas.

[0037] As Figuras 1A e 1B representam uma esfera não melhorada que tem sido, e permanece, em constante uso nas válvulas de comutação das refinarias de petróleo em todo o mundo, datada da década de 1970. A Figura 1A é uma vista em perspectiva e a vista em corte na Figura 1B ao longo da linha transversal 1B-1B mostra que a esfera (1) possui uma abertura de entrada (2), uma passagem de fluxo em curva a 90 graus (3) através dela e uma abertura de saída (4). O óleo pesado entra na esfera (1) na abertura de entrada (2), e o óleo é desviado 90 graus pela volta na passagem de fluxo (3) na esfera (1), e depois sai pela abertura de saída (4).

[0038] A Figura 2 representa um fole de metal (5) que serve como selo da parte posterior da sede, também conhecido como vedação de sede tipo fole, que reside em um elemento tubular com flange (6) que suporta o fole metálico (5) e a sede (não mostrada nesta figura). O suporte tubular com flange não melhorada (6) foi cortado para mostrar o diâmetro externo (OD) do fole para a finalidade de mostrar a "área OD do fole" (7), que é um espaço tubular sem saída entre o OD do fole (5) e o diâmetro interno (ID) do suporte tubular (6). Na área OD do fole (7), o óleo ficaria estagnado se a área OD do fole (7) não fosse purgada com vapor através de um tubo de conexão de purga (8) que alimenta a área OD do fole (7).

[0039] A Figura 3A mostra a esfera não melhorada (1) instalada no corpo da válvula de comutação (10). O óleo pesado entra na válvula na abertura de entrada da válvula (também conhecida como "porta de entrada") (11) no corpo da válvula (10), e é desviado pela passagem de fluxo em curva a 90 graus (3) da esfera (1), em seguida, sai de uma primeira abertura de descarga de válvula (12), como mostrado pela seta de fluxo (9). Na primeira abertura de descarga da válvula (12), existe uma sede metálica anelar estanque (13) em contato com a esfera (1). A sede metálica anelar e estanque está também em contato com uma vedação da sede do fole (25) que está em compressão. Uma segunda abertura de descarga de válvula (15) está disposta a 180 graus em torno do corpo de válvula (10) a partir da primeira abertura de descarga da válvula (12), com uma segunda sede de metal anelar estanque (16) e uma vedação de sede de tipo fole (17) naquela posição. A segunda abertura de descarga da válvula (15) é bloqueada na posição da esfera representada na Figura 3 A por uma parte da superfície esférica exterior (18) da esfera (1). As vedações da parte traseira da sede do tipo fole metálico (25, 17) residem em tubos de suporte (6A, 6B), criando áreas OD de fole (7A, 7B). É importante notar que essas áreas OD do fole são cavidades sem saída, mas para as conexões de purga de vapor (26, 27). A válvula da técnica anterior da Figura 3A também inclui revestimentos tubulares (301A, 301B) para permitir purgas de vapor das superfícies ID do fole.

[0040] Enquanto a esfera estiver na posição mostrada nas Figuras 3A e 3B, o óleo continua a fluir na abertura de entrada da válvula (11) e para fora na primeira abertura de descarga da válvula (12). Quando se deseja desviar o óleo da segunda abertura de descarga da válvula (15), a esfera (1) pode ser girada 180 graus para desviar o óleo da segunda abertura de descarga da válvula (15). A primeira abertura de descarga (12) seria então bloqueada pela superfície esférica da esfera (18) após a esfera (1) ser girada. Aproximadamente cada 12 a 18 horas, a esfera pode ser girada 180 graus para desviar seletivamente o óleo da primeira ou da segunda abertura de descarga da válvula (12, 15), conforme o processo requer.

[0041] A Figura 3B é uma vista em corte ao longo da linha 3B-3B mostrada na Figura 3 A. A Figura 3B está incluída para mostrar em detalhe a esfera / cavidade do corpo (19). É importante notar que a esfera / cavidade do corpo (19) está entre a esfera (1) e a superfície interna (20) do corpo (10), e que a esfera / cavidade do corpo (19) é uma cavidade sem saída. Está em comunicação fluida com o óleo que flui através da válvula, conectado pelo espaço anular (21) entre a parte inferior da esfera (22) e uma parte de entrada o corpo (23) na abertura de entrada (11). A esfera / cavidade do corpo (19) pode ser preenchida com óleo que entra através do espaço anelar (21). Após o óleo entrar na esfera / cavidade do corpo (19), o óleo não fluirá porque a esfera / cavidade do corpo (19) é uma câmara sem saída. É a cavidade da esfera e corpo (19) e as duas áreas de OD do fole (7A, 7B) que foram necessárias, até agora, para serem muito purgadas com vapor usando as conexões de purga de vapor (26, 27, 28) para fornecer movimento para o óleo que não flui nessas áreas de modo que o óleo que não flui não se converta em coque duro.Uma vez que o volume destas cavidades é significativo, um grande fluxo de vapor de purga indesejável é necessário para manter o óleo preso trocado e liberado pelo espaço anelar (21).

[0042] Nota-se que a válvula de comutação pode alternativamente ter três aberturas de saída, em vez das duas ilustradas nas Figuras 3A e 3B, se as aberturas estiverem dispostas em intervalos de 120 graus ao redor do corpo uma da outra em vez de 180 graus. Nesse caso, cada abertura de saída teria uma sede de metal, uma vedação de sede de metal tipo fole em compressão e um suporte tubular idêntico ao mostrado na Figura 3A. Para desviar o óleo, a esfera seria girada 120 graus em vez de 180 graus para alinhar com uma das três aberturas de saída igualmente espaçadas.

[0043] As Figuras 4A, 4B, 5, 6A e 6B ilustram um primeiro exemplo de modalidade de uma esfera melhorada, um lado inferior melhorado da cobertura superior do corpo, um suporte tubular melhorado para o fole e uma nova abertura de entrada Venturi no corpo.

[0044] A melhoria da esfera inclui adições de novos orifícios através da esfera, que podem ser diferentes em número e forma e podem ser diferentes nas localizações precisas dos novos orifícios. Uma forma cônica preferida é descrita em detalhes aqui, mas a forma cônica não é a única forma que proporciona a melhoria da esfera. O número de orifícios preferido pode ser de dois ou três orifícios, e o tamanho preferido é descrito. A parte inferior da cobertura superior é curvada para reduzir a turbulência e criar fluxo suave nessa área. Os suportes tubulares para os foles têm novos recortes em posições estratégicas para permitir a circulação de óleo todo o caminho até a extremidade traseira das áreas OD do fole. A abertura de entrada da válvula possui um novo Venturi cônico adicionado à abertura de entrada cilíndrica anterior. Essas características são mostradas nas figuras e descritas com mais detalhes nos parágrafos seguintes.

[0045] As Figuras 4A e 4B mostram os dois novos orifícios afunilados (por exemplo, cônicos) (30, 31) que são adicionados ao projeto anterior da esfera (1) mostrado nas Figuras 1A a 3B, resultando na esfera melhorada (32) das Figuras 4A e 4B. As Figuras 4A e 4B mostram a esfera melhorada (32) a partir de uma vista "superior" em perspectiva e da "parte inferior" (abertura de entrada), respectivamente. Os dois novos orifícios cônicos (30, 31) estão dispostos em um padrão circular e montam sobre a linha central da passagem de fluxo (29). Os orifícios cônicos (30, 31) têm áreas de seção transversais curvadas e prolongam-se a partir da passagem de fluxo de 90 graus (29) para dentro e para fora através de uma superfície truncada superior (33) da esfera (32).

[0046] As aberturas inferiores (30A, 31A) dos orifícios cônicos (30, 31) são aberturas que são proporcionadas na superfície interna da esfera (32), ao longo da passagem de fluxo de 90 graus (29). A área combinada das aberturas inferiores (30A, 31A) na passagem de fluxo (29) está aproximadamente entre 1/2 a 3/4 da área da passagem de fluxo (29) e os ângulos dos orifícios cônicos (30A, 31A) em relação ao eixo da passagem de fluxo de entrada principal (29) podem ser aproximadamente entre 5 graus a 30 graus. As aberturas inferiores (30A, 31A) capturam assim uma parte substancial de fluido que corre através da esfera (32) e dirige-a para a superfície superior truncada (33) da esfera. A seção transversal dos orifícios cônicos (30, 31) pode ser de forma arqueada, como representado nos desenhos.

[0047] A Figura 5 ilustra uma melhoria dos suportes tubulares flangeados (6A, 6B) mostrados na Figura 3A. Cada suporte tubular (34) na Figura 5 inclui novos recortes ou aberturas adicionadas. Os novos recortes incluem: Um recorte superior (35A) localizado na parte superior do suporte tubular (34), um recorte inferior (35B) localizado na parte inferior do suporte tubular (34), dois recortes periféricos superiores (36A) localizados em ambos os lados do recorte superior (35A) e os dois recortes periféricos inferiores (36B) localizados de cada lado do recorte inferior (35B). Na configuração mostrada na Figura 5, há no total seis recortes no suporte tubular (34). Alternativamente, pode haver outros números de recortes, por exemplo, possivelmente apenas quatro recortes no total sobre o suporte tubular, incluindo dois recortes na porção superior do suporte tubular, e apenas dois recortes na parte inferior do suporte tubular.

[0048] Através dos novos recortes, o óleo que se desloca para baixo através da esfera / cavidade do corpo (19) entraria nos recortes superiores (35A, 36A) e flui para baixo e em torno da área OD do fole, depois sai dos recortes mais baixos (35B, 36B). O efeito dos recortes é expor os OD's do fole à cavidade da esfera e corpo, a fim de assegurar que o óleo nas áreas OD do fole seja trocado. A área total dos recortes (35A, 36A, 35B, 36B) é preferencialmente maximizada para maximizar o fluxo de óleo em torno da área de OD do fole e pode ser aproximadamente entre 70% a 90% das áreas de superfície superior e inferior do suporte tubular (34).

[0049] As Figuras 6A e 6B mostram mais detalhes de uma esfera melhorada (32), um lado inferior melhorado (38) da cobertura superior (37) do corpo da válvula (104), e suportes tubulares melhorados (34A, 34B) instalados no corpo da válvula (104), com uma entrada de entrada afunilada melhorada (39) do corpo da válvula (104). A abertura de entrada cônica (39) restringe o fluxo da abertura de entrada do corpo (106) antes de entrar na abertura de entrada de esfera (102). No entanto, as aberturas inferiores (30 A, 31 A) dos orifícios cônicos (30, 31) enfrentam o fluxo principal de vácuo Z de óleo, de modo que capturam uma parte do fluxo principal de óleo Z como mostrado pelas setas de fluxo X e Y e o direcionam o fluxo X e o fluxo Y através dos novos orifícios cônicos (30, 31), através da superfície truncada superior (33) da esfera (32) e para dentro da cavidade da esfera e corpo (101).

[0050] O lado inferior melhorado (38) é um lado inferior curvado da cobertura superior (37) do corpo da válvula (104) que é adjacente à superfície superior truncada (33) da esfera (32). O lado inferior curvo (38) é côncavo em relação ao topo do corpo da válvula, e é moldado em forma de rosca quando visto em um plano paralelo à superfície truncada superior da esfera. O lado inferior curvado tem, de preferência, um diâmetro interno que coincide com a borda interna dos orifícios cônicos na esfera e tem um diâmetro externo que se estende em direção ao comprimento máximo do fole metálico. O lado inferior curvo pode ter um raio de entre 1/3 a 2/3 do diâmetro da abertura de entrada do corpo da válvula.

[0051] O fluxo de óleo X e Y é gerado porque o fluxo de óleo principal Z tem impulso em linha reta conforme o fluxo principal Z entra na abertura de entrada do corpo (106) e na abertura de entrada de esfera (102) e atinge a curva de 90 graus na esfera (32), de modo que, enquanto uma parte do fluxo principal Z é forçada a girar 90 graus na esfera (32) e fluir para fora da abertura de saída (105), uma parte substancial do fluxo principal Z é desviada através dos orifícios cônicos (30, 31) e para dentro da esfera e cavidade da esfera e corpo (101). A parte inferior (38) da cobertura superior (37) é moldada com uma nova forma curva para reduzir a turbulência na cavidade sobre o topo truncado da esfera (32), para criar um padrão de fluxo suave (a) direcionar o fluxo de óleo finalmente, para baixo em torno da esfera (32), e (b) direcionar os fluxos X e Y para dentro das áreas OD do fole (24A, 24B).

[0052] Um exemplo de como o óleo pode fluir em torno da esfera é mostrado pelas setas de fluxo X e Y. Os fluxos X e Y são direcionados para cima através de orifícios cônicos (30, 31), girados pela parte inferior curvada do topo do corpo (38) em torno da esfera (32) por meio da cavidade da esfera e corpo (101) e lateralmente por meio do lado inferior curvado (38) em direção aos suportes de fole tubulares (34A, 34B), continuando a fluir para dentro das áreas de fole OD (24A, 24B) por meio dos novos recortes (35A, 36A) mostrados na Figura 5, para baixo e em torno das OD do fole, através dos novos recortes inferiores (35B, 36B) e através do espaço anelar (103) no fundo da esfera (32) para se juntar ao fluxo principal Z do óleo que está passando através da esfera (32). Também será observado na Figura 6A que neste exemplo de modalidade, os revestimentos tubulares ao longo do ID do fole foram eliminados.

[0053] Além da força do impulso que faz com que uma parte do fluxo de óleo suba através dos novos orifícios (30, 31), daí para baixo e ao redor da esfera (32) e do fole (24A, 24B), existe um efeito de sub- pressão de aspiração causado por óleo que flui para além do espaço anelar (103) no fundo da esfera (32). Este efeito de aspiração é reforçado por uma nova entrada cônica (39), criando um efeito Venturi no espaço anelar (103). O ângulo da entrada afunilada (39)(em relação ao eixo) pode ser aproximadamente entre 3 graus a 20 graus, dependendo do tamanho da válvula. O afunilamento da área da entrada inclinada (39) se prolonga a partir da entrada de fluido da abertura de entrada e diminui em área em direção à saída de fluido da entrada afunilada (39) em direção ao fundo da esfera. O afunilamento pode ter um diâmetro reduzido para aproximadamente entre 75% a 95% do diâmetro da abertura de entrada.

[0054] A adição de orifícios cônicos (30, 31) através da esfera (32), a adição de ter uma superfície de corpo curvada (38) onde o fluido sai dos dois novos orifícios cônicos (30, 31), a adição de recortes (35A, 36A, 35B, 36B) ao topo e ao fundo dos tubos de suporte de fole tubulares (34A, 34B) e a adição de uma entrada afunilada (39) ao corpo de válvula (104), atua separadamente e em conjunto para manter o óleo na cavidade da esfera e corpo (101) movendo-se para cima, para fora, para baixo e ao redor da OD da esfera e da OD do fole o tempo todo, garantindo assim a troca de fluidos nessas cavidades.

[0055] A Figura 7 mostra uma segunda modalidade da esfera melhorada, na qual um terceiro novo orifício cônico (40) é adicionado à esfera (42). Nesta modalidade, os três orifícios cônicos (41a, 41b, 40) estão dispostos para proporcionar uma área de abertura máxima, e assim capturar uma maior quantidade de óleo que flui através da esfera (42). As descargas de fluido dos três orifícios cônicos (41a, 41b, 40) estão posicionadas otimamente em relação à posição do fole. Na Figura 7, dois dos orifícios cônicos (41) montam sobre o eixo ou sobre a linha central da abertura de saída da esfera (43), e um terceiro orifício (40) localizado centralmente é adicionado entre os dois primeiros orifícios cônicos (41a, 41b), assim descarregando óleo na cavidade esfera e corpo (101), como mostrado na Figura 6, em três lugares em vez de dois.

[0056] A adição do terceiro orifício cônico (40) é importante no caso de uma válvula de comutação com três saídas no corpo, em vez de duas, com três sedes e três foles dispostos a 120 graus um do outro. O terceiro orifício cônico permite o posicionamento dos três orifícios cônicos de modo que a descarga de cada orifício cônico seja apontada diretamente para um dos três foles na válvula. Os três orifícios cônicos não possuem necessariamente dimensões de comprimento e largura similares e podem ser de tamanho e forma diferentes para se adequar ao espaço disponível e de acordo com a análise detalhada do padrão de fluxo dentro da esfera (42) e cavidade da esfera e corpo. O terceiro orifício cônico (40) pode ter uma área na entrada de fluido dentro da esfera oca (42) aproximadamente entre 50% a 90% da área de entrada de fluido do primeiro e segundo orifícios cônicos (41a, 41b).

[0057] Alternativamente, os orifícios cônicos também podem ser de quatro a seis, em cada caso sendo dimensionados de acordo com o espaço disponível e para maximizar a recirculação de óleo em uma válvula de comutação. Independentemente do número de orifícios, o efeito de aspiração desejável ainda está presente à medida que o óleo flui para além do espaço anelar (103) na válvula.

[0058] As Figuras 8A e 8B mostram um estilo de esfera alternativo comum para válvulas de esfera, com apenas um grande orifício cônico (41) mostrado em vez de dois ou três, por razões de simplificação. Orifícios adicionais podem ser adicionados, para fazer a esfera semelhante a essa das Figuras 4 e 7. Este estilo de esfera é chamado de esfera flutuante, uma vez que o eixo de transmissão não é integrado à esfera. Em vez disso, a esfera tem um soquete, chaveta, ranhura ou similar (45) na superfície superior, para engate com um eixo de válvula separado, não mostrado, que inclui uma espiga que se encaixa no soquete / ranhura (45) para permitir o giro da esfera. A esfera tem uma abertura de entrada de esfera (46) que alimenta o fluxo na esfera, e uma abertura de saída de esfera (43) que permite que o fluxo saia da esfera. A válvula de comutação pode alternativamente ser equipada com esta esfera flutuante em vez de uma esfera com eixo integrado como na Figura 7, uma vez que o método de rotação da esfera não é relevante para as características importantes das modalidades exemplificativas aqui discutidas.

[0059] As figuras 9A e 9B representam a adição de uma obstrução parcial (44) no percurso de fluxo na abertura de saída (47) da esfera (49) que aumenta a pressão dentro da esfera (49), a montante da obstrução (44), aumentando assim a tendência de uma parte do fluxo a partir da abertura de entrada (48) através da esfera (49) para ser forçada a sair através dos orifícios cônicos (60). A obstrução (44) é mostrada na forma de uma barragem parcial, que pode ter uma altura de aproximadamente 1/10 a 1/6 do diâmetro da abertura de saída (47), e pode prolongar-se aproximadamente entre 60 graus e 120 graus da abertura de saída (47). A obstrução (44) pode alternativamente ser na forma de um segmento circular, sendo a borda inferior uma linha reta em vez de uma superfície curva como ilustrado, com a altura da barragem parcial aproximadamente entre 1/10 e 1/4 do diâmetro da abertura de saída (47).

[0060] Assim, pode ser visto por pessoas com habilidade comum que os objetivos discutidos acima são alcançados por esses projetos melhorados de tubo de suporte de esfera, fole e corpo, esses objetivos são os de eliminar a necessidade de purga do corpo da válvula com vapor, ao mesmo tempo em que é simples e barato de fabricar e facilitar a adaptação de tais melhorias às válvulas de comutação existentes.

[0061] Como deve ser apreciado, pode não ser necessário usar simultaneamente todas as características melhoradas descritas acima desses projetos exemplificativos de válvulas de esfera, a fim de obter uma melhoria significativa em relação aos projetos convencionais. Em vez disso, combinações diferentes de algumas, mas não de todas, as características de design melhoradas descritas acima podem ser usadas para bons efeitos nas aplicações surgidas.

[0062] Embora as modalidades exemplificativas tenham sido descri tas em conexão com o que atualmente é considerado ser o projeto mais efetivo e preferido de novos orifícios indutores de circulação a serem adicionados à esfera, nova forma de cobertura superior do corpo curvado, novos recortes dos suportes tubulares e nova entrada de corpo cônica de Venturi, deve entender-se que a invenção não se limita às modalidades divulgadas, mas, é para cobrir outras disposições equivalentes de novos orifícios indutores de circulação, forma do corpo e recortes de partes, quanto ao seu número, tamanho, forma, posicionamento e orientação precisos, dentro do escopo das reivindicações.

Claims (10)

1. Válvula de esfera multivias que compreende: um corpo de válvula (104) com uma cavidade de corpo (101) possuindo uma abertura de entrada de corpo (106) ao longo de um primeiro eixo e pelo menos duas aberturas de saída de corpo (105) ao longo de diferentes eixos respectivamente associados, os ditos eixos de abertura de saída de corpo estando dispostos em ângulos predeterminados um do outro e também dispostos em um ângulo transversal em relação ao referido eixo de abertura de entrada de corpo; uma esfera oca (32) disposta rotativamente dentro da dita cavidade de corpo (101) e possuindo uma abertura de entrada de esfera (102) para um espaço interior da esfera, com um eixo de abertura de entrada de esfera que está alinhado com o eixo de abertura de entrada de corpo, a referida esfera (32) também possuindo uma abertura de saída de esfera (43) dirigida transversalmente giratória para se alinhar seletivamente com uma abertura de saída de corpo (105) e uma superfície exterior truncada (33) oposta à referida abertura de entrada de esfera (102); caracterizada pelo fato de que: um fole de metal (24A, 24B) disposto coaxialmente ao longo de cada um dos referidos eixos de abertura de saída de corpo, o referido fole de metal estando em compressão dentro de um suporte tubular aberto (34A, 34B), uma primeira extremidade do referido fole de metal estando em contato com uma sede de válvula de metal, e uma segunda extremidade do referido fole de metal estando em contato com o referido suporte tubular aberto; em que a referida esfera oca (32) inclui pelo menos uma passagem (30, 31) que conduz a partir de dentro da referida esfera oca para a referida superfície exterior truncada e para pelo menos uma abertura (35A, 35B, 36A, 36B) no referido suporte tubular.

2. Válvula de esfera multivias, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que existem várias das referidas passagens (30, 31) através da esfera, cada passagem sendo afunilada e alinhada respectivamente com pelo menos uma abertura (35A, 36A) correspondente de um dos referidos suportes tubulares (34A, 34B) correspondentes.

3. Válvula de esfera multivias, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ainda compreende: uma sede de válvula, disposta em cada abertura de saída de corpo (105), inclinada para dentro em direção a uma abertura de saída de corpo respectivamente correspondente por um referido fole comprimido (24A, 24B) e o referido suporte tubular possui uma pluralidade de aberturas (35A, 36A, 35B, 36B) lá dentro; em que: a referida esfera oca (32) inclui pelo menos uma passagem (30, 31) que conduz a partir de dentro da referida esfera oca para a referida superfície exterior truncada (33); e o referido corpo (104) inclui uma superfície interior curvada (38), espaçada e oposta à referida superfície exterior truncada (33) da esfera, a referida superfície interior curvada estando disposta para direcionar passagem de fluido para fora das referidas pelo menos uma passagem (30, 31) para dentro de, pelo menos, algumas da referida pluralidade de aberturas (35A, 36A) da estrutura de suporte tubular (34).

4. Válvula de esfera multivias, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que existem várias das referidas passagens (30, 31) através da esfera, cada referida passagem sendo afunilada e alinhada respectivamente com pelo menos uma abertura (35A, 36A) correspondente de um dos referidos suportes tubulares (34) correspondentes.

5. Válvula de esfera multivias, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a referida superfície interior curvada (38) possui um diâmetro interior que coincide com uma borda interna da referida pelo menos uma passagem (30, 31) na dita esfera e a superfície interior curvada (38) possui um diâmetro exterior que se estende a um comprimento máximo da referida estrutura de suporte tubular (34), de modo que a referida superfície interior curvada possua forma de rosca quando vista em um plano paralelo à referida superfície exterior truncada (33) da referida esfera.

6. Válvula de esfera multivias, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: a referida esfera oca (32) inclui pelo menos uma passagem (30, 31) que conduz a partir de dentro da referida esfera oca para a referida superfície exterior truncada (33); a referida esfera oca é seletivamente giratória dentro da referida cavidade de corpo (101) para redirecionar fluido de uma abertura de entrada de corpo de válvula afunilada tipo Venturi (106) para uma de uma pluralidade de aberturas de saída de válvula (105), a referida esfera oca possuindo pelo menos um orifício (30, 31) de passagem com uma extremidade estando disposta oposta à referida abertura de entrada (106) e outra extremidade disposta na referida cavidade de corpo (101); o referido corpo de válvula (104) possuindo uma superfície côncava curvada (38) internamente disposta oposta a pelo menos um dito orifício da esfera oca; e uma sede de válvula estando disposta em cada uma das referidas aberturas de saída de válvula (105), cada referida sede de válvula estando em contato com um fole comprimido (24A, 24B) respectivamente correspondente dentro de um suporte tubular aberto (34) que possui uma superfície aberta externa em comunicação de fluido com a referida superfície côncava curvada internamente do corpo de válvula.

7. Válvula de esfera multivias, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato que: a referida esfera oca (32) inclui dois orifícios de passagem (30, 31), cada orifício de passagem sendo afunilado, os referidos dois orifícios de passagem estando dispostos para estar montado sobre a abertura de entrada (106).

8. Válvula de esfera multivias, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que cada um dos referidos orifícios de passagem (30, 31) é afunilado para ser maior em uma extremidade terminando dentro da referida esfera oca (32) do que em sua outra extremidade terminando na referida cavidade de corpo (101).

9. Válvula de esfera multivias, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que uma seção transversal de cada um dos orifícios de passagem (30, 31) é de forma arqueada.

10. Válvula de esfera multivias, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a referida esfera oca (32) inclui pelo menos três orifícios de passagem (40, 41a, 41b) e em que: os primeiros dois dos referidos orifícios de passagem (41a, 41b) são afunilados, de um primeiro tamanho substancialmente igual e dispostos ao longo de um lugar circular e montados sobre a abertura de entrada (106); e um terceiro dos referidos orifícios de passagem (40) também é afunilado, disposto ao longo do referido local circular e localizado entre os referidos primeiros dois orifícios de passagem (41a, 41b).

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