BR112017019694B1

BR112017019694B1 - Posicionador de válvula de processo

Info

Publication number: BR112017019694B1
Application number: BR112017019694-8A
Authority: BR
Inventors: Jan GUNELL; Kalle VUORIO
Original assignee: Neles Finland Oy
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2022-05-10
Also published as: EP3271624B1; JP2018509577A; WO2016146890A9; JP6748101B2; KR102012116B1; RU2017134363A3; BR112017019694A2; CN107532733B; US10598194B2; CN107532733A; EP3271624A4; FI126989B; RU2686653C2; US20180045227A1; EP3271624A1; WO2016146890A1; FI20155177A; KR20170137767A; RU2017134363A

Abstract

Um arranjo de válvula de fluido (20) para o controle de um atuador de simples ação, ou de dupla ação compreende um corpo de válvula (201) tendo um furo central (202) com pelo menos um orifício de alimentação para receber uma alimentação de fluido sob pressão, pelo menos um orifício atuador (C1, C2) para prover uma pressão de fluido de controle a um atuador, e pelo menos um orifício de escape (EX1, EX2). O arranjo de válvula de fluido compreende pelo menos um par de bordas calibradoras de contra-ação presas operacionalmente por uma haste (203) móvel dentro do referido furo central em uma direção axial através da força piloto. Cada borda calibradora de cada par de contra-ação compreende uma superfície de sede de junção (PS1, PS2, PS3, PS4) sobre o corpo da válvula ou da haste, e um anel de assento axial (PR1, PR2, PR3, PR4) suportada por um elemento flexível (SD1, SD2, SD3, SD4) ao corpo da válvula ou na haste de modo a permitir um movimento axial relativo do anel de assento axial e do corpo de válvula de suporte ou haste também em um estado fechado da respectiva borda calibradora. A presente invenção também se refere a um posicionador (...).

Description

Campo de invenção

[0001] A invenção refere-se ao controle de atuadores de fluido, particularmente, atuadores hidráulicos ou pneumáticos.

Antecedentes da invenção

[0002] Os atuadores são frequentemente usados como mecanismos para introduzir movimento ou controle de movimento. Ele é operado por uma fonte de energia, tipicamente, corrente elétrica, pressão de fluido hidráulico, ou pressão de fluido pneumático, e converte essa energia em movimento de um mecanismo alvo, tal como, em movimento de um elemento de fechamento de uma válvula de controle.

[0003] Uma válvula de controle é geralmente usada para um controle contínuo de um fluxo de líquido ou de gás em diferentes condutos e processos. Em uma indústria de processamento, tal como, indústrias de polpa e papel, refinação de óleo, petroquímicas e químicas, diferentes tipos de válvulas de controle instaladas em um sistema de tubulação de uma fábrica controlam o fluxo de material no processo. Um fluxo de material pode conter qualquer material fluido, tal como fluidos, licores, líquidos, gases e vapores. A válvula de controle é geralmente conectada a um atuador, que desloca o elemento de fechamento da válvula para uma posição desejada entre as posições totalmente aberta e totalmente fechada. O atuador pode ser, por exemplo, um dispositivo de êmbolo- cilindro pneumático. O atuador, por seu lado, é geralmente controlado por um posicionador de válvula, também chamado como um controlador de válvula, que controla a posição do elemento de fechamento da válvula de controle e, deste modo, o fluxo de material no processo de acordo com um sinal de controle a partir do controlador de processo.

[0004] As válvulas geralmente aplicadas na indústria são frequentemente operadas por meio de atuadores pneumáticos. Estes atuadores convertem um movimento da haste de válvula no pneumático através da pressão atuando sobre um diafragma ou êmbolo conectado à haste. Os atuadores podem ser tanto de simples ação quanto de dupla ação. Com os dispositivos de simples ação, o movimento na direção oposta é efetuado por uma mola, o ar comprimido trabalhando contra a mola. Quando a pressão do ar fecha a válvula e a ação da mola abre a válvula, o atuador é denominado de ação direta. Quando a pressão de ar abre a válvula e a ação de mola fecha a válvula, o atuador é denominado de ação inversa. Os atuadores de dupla ação tendo ar fornecido em ambos os lados do diafragma ou do êmbolo. A pressão diferencial através do diafragma ou do pistão posiciona a haste da válvula. A operação automática é provida quando os sinais pneumáticos são automaticamente controlados pelos circuitos. A operação semiautomática é provida através de interruptores manuais nos circuitos para as válvulas de controle de ar. Os atuadores hidráulicos também podem ser empregados para o posicionamento da válvula semelhante aos atuadores pneumáticos, mas agora um fluido hidráulico é utilizado ao contrário de ar ou um fluido pneumático.

[0005] Um posicionador de válvula pode, tipicamente, receber comandos de controle ao longo de um barramento de campo (“fiedbus”) digital ou como um sinal de controle analógico de 4 ... 20 mA. Protocolos Highway Addressable Remote Transducer (HART) permitem a transmissão de dados digitais junto com um sinal analógico convencional de 4 a 20 mA. Outros exemplos de barramentos de campo são Fieldbus e Profibus. Tipicamente, toda a energia elétrica para um posicionador é tomado a partir do barramento de campo ou o sinal de controle de 4 ... 20 mA. A energia elétrica de alimentação separada para um posicionador não é desejada, uma vez que isso iria requerer um cabeamento separado. Um posicionador pode incluir uma unidade eletrônica tendo uma saída de controle elétrico e uma unidade hidráulica ou pneumática recebendo o sinal de controle elétrico e convertendo-o em uma correspondente saída de pressão de fluido para um atuador. Isto é muitas vezes referido como uma conversão (C/P) corrente para pressão. A unidade hidráulica ou pneumática pode compreender um pré-estágio e um estágio de saída. Uma vez que a energia elétrica disponível a partir do barramento de campo ou da corrente do circuito analógico é muito limitada, o pré-estágio pode primeiro converter o sinal de controle elétrico em uma pequena pressão de fluido piloto, o que é suficiente para controlar o estágio de saída. O estágio de saída é conectado a uma pressão de fluido de alimentação e amplifica o sinal da pequena pressão piloto em um sinal de saída de pressão de fluido maior usado pelo atuador. O estágio de saída é muitas vezes referido como um amplificador de pressão, um reforço de pressão, ou um relé de pressão.

[0006] Os estágios de saída pneumáticos utilizados nos posicionadores podem ser agrupados, de forma grosseira, em arranjos de válvula de carretel (“spool”) e arranjos de válvula de assento axial (“poppet”). Um exemplo simplificado de concepção de uma válvula de carretel 5/3 (5 vias/3 estados) para controlar um atuador de dupla ação é ilustrado na Figura 1A e o símbolo esquemático correspondente na Figura 1B. Em um estágio de saída de um tipo de válvula de carretel a única parte móvel é um carretel 6 que se move dentro de um furo central em um corpo de válvula 7 e controla um fluxo de ar a partir de um orifício de pressão de alimentação 1 para os orifícios do atuador 2, 4, e a partir dos orifícios do atuador 2, 4 para os orifícios de escape 3 e 5 . Devido à estrutura da válvula de carretel, existe sempre uma fuga de ar de alimentação através da válvula. As tolerâncias rigorosas fazem as técnicas de fabricação das válvulas de carretel serem muito exigentes. Geralmente, o estágio de saída de um tipo de válvula de carretel não é robusto para alterações no ambiente de operação e na fabricação.

[0007] Um estágio de saída com uma concepção de válvula de assento axial tem maior número de partes móveis do que uma válvula de carretel. No entanto, as tolerâncias maiores e folgas permitidas para as peças da válvula de carretel torna possível utilizar uma produção em massa econômica e técnicas de fabricação modernas. Um exemplo de concepção simplificado de uma válvula de carretel 4/2 convencional (4 vias/2 estados) para controlar um atuador de dupla ação é ilustrado na Figura 1C e o símbolo esquemático correspondente na figura 1D. Conforme pode ser visto, em um arranjo de válvula de assento axial convencional duas válvulas de assento axial separadas 8 e 9 são necessárias para controlar um fluxo de ar a partir de um orifício de pressão de alimentação 1 aos orifícios do atuador 2, 4, e a partir dos orifícios do atuador 2, 4 ao orifício de escape 3. No estágio de saída convencional ilustrada na Figura 1C a capacidade de controle com uma única pressão piloto é insatisfatória, uma vez que os movimentos das válvulas de assento axial 8 e 9 não estão, de forma mecânica, conectados entre si. A US 6.276.385 descreve um estágio de saída onde o movimento das válvulas de assento axial é unido por uma barra de acionamento para se mover em harmonia, mas em direções opostas. A barra de acionamento é um braço oscilante rotativo sobre um eixo central. O movimento das válvulas de assento axial é agora sincronizado.

[0008] Tanto no estágio de saída convencional ilustrado na Figura 1C e no estágio de saída da US 6.276.385 o controle das válvulas de assento axial requerem grandes forças para sobrepor as forças de pressão. A força limite necessária para abrir uma válvula de assento axial torna-se grande e apresenta um ponto significante de descontinuação dentro da região de controle. Esta característica dos estágios de saída do tipo válvula de assento axial da técnica anterior faz com que o controle do estágio de saída seja significativamente mais difícil.

[0009] Exemplos de válvulas de assento axial do tipo 3/2 estágios de saída (3 vias/2 estados) para um atuador de ação simples são descritos nas US.6.276.385, US 6.957.127, US 8.522.818, US 7.458.310, e US 5.261.458.

Breve descrição da invenção

[0010] Um aspecto da presente invenção é prover um arranjo de válvula de fluido ou um estágio de saída com a concepção da válvula de assento axial.

[0011] Um aspecto da invenção é um arranjo de válvula de fluido e um posicionador de válvula conforme definido nas reivindicações independentes. As concretizações da invenção são descritas nas reivindicações dependentes.

[0012] Um aspecto da invenção é um arranjo de válvula de fluido para conexão a uma alimentação de fluido sob pressão para prover um atuador, particularmente, um atuador hidráulico ou pneumático, com uma pressão de fluido atuadora, compreendendo: - um corpo de válvula tendo um furo central com pelo menos um orifício de alimentação para receber uma alimentação de fluido sob pressão, pelo menos um orifício atuador para prover uma pressão do fluido de controle a um atuador, e pelo menos um orifício de escape; - uma haste móvel dentro do referido furo central em uma direção axial através da força piloto; - pelo menos um par de bordas calibradoras (“metering”) de contra-ação operacionalmente presas pela haste, cada borda calibradora de cada par de contra-ação compreendendo uma superfície de sede de junção sobre o corpo da válvula ou da haste e um anel de assento axial suportado por um elemento flexível ao corpo de válvula ou a haste de modo a permitir um movimento axial relativo do anel de assento axial e o suporte do corpo de válvula ou haste também em um estado fechado da respectiva borda calibradora.

[0013] Em uma concretização, pelo menos um par de bordas calibradoras de contra-ação é, de forma mecânica, preso pela haste de tal modo que ambas as bordas calibradoras de cada par de contra-ação são fechadas em uma posição intermediária da haste, uma borda calibradora é fechada e a outra borda calibradora de cada par de contra-ação é aberta com o movimento da haste para uma primeira posição axial, e uma borda calibradora é aberta e a outra borda calibradora de cada par de contra-ação é fechada com o movimento da haste para uma segunda posição axial oposta.

[0014] Em uma concretização, uma borda calibradora de cada par de contra-ação está disposta para controlar o fluxo de fluido entre um respectivo orifício atuador e a alimentação de fluido, e a outra borda de controle de cada par de contra- ação está disposta para controlar o fluxo de fluido entre o respectivo orifício atuador e um orifício de escape.

[0015] Em uma concretização, uma borda de controle de cada par de contra-ação compreende o anel de assento axial suportado pelo elemento flexível para a haste e a respectiva superfície de sede de junção no corpo de válvula, e a outra borda de controle de cada par de contra-ação compreende um anel de assento axial suportado pelo elemento flexível ao corpo de válvula e a respectiva superfície de sede de junção na haste.

[0016] Em uma concretização, os anéis de assento axial dispostos coaxialmente com a haste, e o elemento flexível de cada anel de assento axial compreende um respectivo elemento de vedação anular, preferivelmente, um diafragma de vedação anular ou um fole de vedação anular.

[0017] Em uma concretização, em uma borda de controle de cada par de contra-ação do anel de assento axial é suportada na sua circunferência interna pelo elemento de vedação flexível anular a uma circunferência externa da haste, e na outra borda de controle de cada par de contra-ação o anel de assento axial é suportado na sua circunferência externa pelo respectivo elemento de vedação flexível anular ao corpo da válvula.

[0018] Em uma concretização, cada anel de assento axial tem a pressão equilibrada para aproximadamente compensar as forças de pressão do fluido exercidas sobre o respectivo anel de assento axial.

[0019] Em uma concretização, pelo menos um par de bordas calibradoras de contra-ação compreende um par de bordas calibradoras de contra-ação para cada orifício atuador do arranjo da válvula de fluido, o orifício atuador sendo preferivelmente localizado entre as bordas calibradoras de contra-ação do respectivo par.

[0020] Em uma concretização, pelo menos um orifício atuador compreende um primeiro orifício atuador e um segundo orifício atuador, e pelo menos um par de contra-ação compreende um primeiro par de primeira e segunda bordas calibradoras para o primeiro orifício atuador, e um segundo par de terceira e quarta bordas calibradoras de contra-ação para o segundo atuador.

[0021] Em uma concretização, o primeiro orifício atuador é localizado entre a primeira borda calibradora e a segunda borda calibradora do primeiro par de contra-ação, e o segundo orifício atuador é localizado entre a terceira borda calibradora e a quarta borda calibradora do segundo par de contra-ação.

[0022] Em uma concretização, - a primeira borda calibradora compreendendo um primeiro anel de assento axial disposto coaxialmente em torno da haste dentro do referido furo central e fixado ao corpo da válvula por um primeiro membro do elemento de vedação flexível permitindo um movimento do primeiro anel de assento axial na direção axial, o primeiro anel de assento axial cooperando com uma primeira superfície de sede de junção na haste para controlar o fluxo de fluido entre o primeiro orifício atuador e um dos orifícios de alimentação e de escape; - a segunda borda calibradora compreende um segundo anel de assento axial disposto coaxialmente em torno da haste dentro do referido furo central e conectado a haste do dispositivo por um segundo membro de vedação flexível permitindo um movimento do segundo anel de assento axial na direção axial, o segundo anel de assento axial cooperando com uma segunda superfície da sede de junção no corpo de válvula para controlar o fluxo de fluido entre o orifício atuador e o outro dos orifícios de alimentação e de escape; - a terceira borda calibradora compreende um terceiro anel de assento axial disposto coaxialmente em torno da haste dentro do referido furo central e fixado à haste por um terceiro membro do elemento de vedação flexível permitindo um movimento do terceiro anel de assento axial na direção axial, o terceiro anel de assento axial cooperando com uma terceira superfície de sede de junção sobre o corpo de válvula para controlar o fluxo de fluido entre o segundo orifício atuador e um dos orifícios de alimentação e de escape; e - a quarta borda calibradora compreende um quarto anel de assento axial disposto coaxialmente em torno da haste dentro do referido furo central e conectado ao dispositivo do corpo da válvula por um quarto membro de vedação flexível permitindo um movimento do quarto anel de assento axial na direção axial, o quarto anel de assento axial cooperando com uma quarta superfície de sede de junção na haste para controlar o fluxo de fluido entre o segundo orifício de atuador e os outros dos orifícios de alimentação e de escape.

[0023] Em uma concretização, pelo menos um orifício de alimentação compreende um orifício de alimentação comum localizado em uma seção intermediária do furo central definido entre os segundo e terceiro pares de bordas calibradoras, e pelo menos um orifício de escape compreende um primeiro orifício de escape localizado em uma primeira seção extrema do furo central definida entre a primeira borda calibradora e uma primeira extremidade do furo central, e um segundo orifício de escape localizado em uma segunda seção extrema oposta do furo central definida entre a quarta borda calibradora e uma segunda extremidade oposta do furo central.

[0024] Uma concretização compreende meios para prover uma força piloto axial influenciando em uma extremidade da haste e meios para prover uma força contra-axial influenciando na extremidade oposta da haste.

[0025] Uma concretização compreende um diafragma piloto e um êmbolo disposto em uma extremidade da haste para prover a força piloto axial a qual depende de uma pressão de fluido piloto.

[0026] Uma concretização compreende um contra diafragma e um contra êmbolo dispostos em uma extremidade da haste para prover uma contra força oposta à força piloto axial de acordo com uma contrapressão de fluido influenciando no contra diafragma.

[0027] Em uma concretização, o contra diafragma é disposto para dimensionar a contra força axial a partir da força de fluido de alimentação influenciando sobre o contra diafragma.

[0028] Em uma concretização, o contra diafragma compreende o diafragma de vedação de uma das bordas de controle.

[0029] Em uma concretização, todas as bordas calibradoras são alinhadas na direção axial.

[0030] Em uma concretização, o referido meio para prover a força piloto axial compreende um referido meio para prover um diafragma piloto e um êmbolo disposto na outra extremidade da haste para prover a força piloto axial a qual depende de uma pressão de fluido piloto na câmara de pressão piloto, e um trajeto de fluxo mais restrito a partir de uma entrada de pressão de alimentação do arranjo de válvula para um pré- estágio que controla a pressão piloto na câmara de pressão piloto e, assim, a força piloto axial, e os referidos meios para prover a contra força axial compreendem um contra diafragma e um contra êmbolo disposto em uma extremidade da haste para prover uma contra força axial de acordo com uma contrapressão influenciando no contra diafragma na câmara de contrapressão, e um percurso de fluxo mais restrito a partir de uma entrada de pressão de alimentação do arranjo de válvula para a câmara contrapressão.

[0031] Em uma concretização, o percurso de fluxo restrito e o percurso de fluxo mais restrito são dimensionados de modo que uma taxa de alteração da contra força axial e a taxa de alteração da força piloto devido a uma alteração na pressão de alimentação na entrada da pressão de alimentação são aproximadamente iguais.

[0032] Em uma concretização, o percurso de fluxo restrito e/ou o percurso de fluxo mais restrito compreende um restritor de fluxo, tal orifício do restritor de fluxo, preferivelmente, com um diâmetro de orifício de cerca de 0,1 mm a cerca de 0,5 mm, mais preferivelmente, de cerca de 0,2 mm a cerca de 0,3 mm.

[0033] Outro aspecto da invenção é um posicionador de válvula de processo compreendendo uma unidade eletrônica tendo uma saída de controle elétrico e uma unidade hidráulica ou pneumática disposta para converter a saída de controle elétrico para uma correspondente saída de pressão de fluido a um atuador, a referida unidade de fluido compreendendo um arranjo de válvula de fluido, de acordo com as concretizações da invenção.

[0034] Em uma concretização, a unidade hidráulica ou pneumática compreende um pré-estágio e um estágio de saída, o pré-estágio sendo disposto para converter a saída de controle elétrico em uma pressão de fluido piloto a qual é suficiente para controlar o estágio de saída, o estágio de saída compreendendo um arranjo de válvula de fluido, de acordo com as concretizações da invenção.

[0035] Em uma concretização, a unidade hidráulica ou pneumática compreende um pré-estágio adicional disposto para converter uma saída de controle elétrico em uma contrapressão de fluido.

[0036] Ainda em outro aspecto da invenção é o uso de um arranjo de válvula de fluido, de acordo com as concretizações da invenção, no controle de uma válvula de processo.

Breve descrição dos desenhos

[0037] A seguir, a invenção será descrita por meio de concretizações exemplificativas com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[0038] As Figuras 1A e 1B ilustram um exemplo simplificado de uma válvula de carretel 5/3 da técnica anterior e, respectivamente, o correspondente símbolo esquemático;

[0039] As Figuras 1C e 1D ilustram um exemplo simplificado de uma válvula de assento axial de pressão 4/2 da técnica anterior e, respectivamente, o correspondente símbolo esquemático;

[0040] As Figuras 2A, 2B e 2C ilustram, esquematicamente, um arranjo de válvula de fluido de acordo com concretizações exemplificativas da invenção em três posições da haste;

[0041] As Figuras 3A e 3B ilustram esquematicamente um arranjo de válvula de fluido de acordo com outras concretizações exemplificativas em duas posições da haste, e a Figura 3C ilustra esquematicamente um arranjo de válvula de fluido com uma força piloto e uma contra força derivada da pressão de alimentação;

[0042] As Figuras 4A, 4B e 4C ilustram, esquematicamente, um exemplo do suporte flexível de um anel de assento axial para a haste em três posições da haste;

[0043] As Figuras 5A, 5B, 5C e 5D ilustram esquematicamente exemplos de anéis de assento axial de pressão equilibrada de acordo com as concretizações da invenção;

[0044] A Figura 6 ilustra esquematicamente um arranjo de válvula de fluido de acordo com concretizações exemplificativas adicionais para controlar um atuador de ação único;

[0045] A Figura 7 ilustra um diagrama de blocos esquemático de um sistema de automação do exemplo do processo;

[0046] A Figura 8 ilustra um arranjo exemplificativo onde um atuador pneumático opera a válvula do processo sob o controle do posicionador de válvula; e

[0047] A Figura 9 mostra um diagrama de blocos esquemático de um exemplo de controlador inteligente de válvula onde um arranjo de válvula de fluido pode ser aplicado de acordo com concretizações da invenção. Exemplo de concretizações da invenção

[0048] Nas Figuras 2A, 2B e 2C, um arranjo de válvula de fluido 20 que pode ser conectada a uma fonte de fluido sob pressão para fornecer um atuador com uma pressão de fluido de controle, de acordo com um exemplo de concretização da invenção é ilustrado esquematicamente.

[0049] Nas Figuras 3A e 3B, um arranjo de válvula de fluido 20, de acordo com exemplos de concretizações adicionais é ilustrado esquematicamente em maior detalhe. Os mesmos símbolos de referência nas Figuras 2A, 2B, 2C, 3A e 3B referem-se aos mesmos ou correspondentes elementos, estruturas, funcionalidades e características.

[0050] Nos exemplos das concretizações, o arranjo de válvula é uma válvula de 5/3 com cinco vias e três posições ou estados para controlar um atuador de dupla ação ou um dispositivo correspondente. No entanto, os mesmos princípios podem ser aplicados também aos arranjos de válvula com outro número de vias e/ou em posições ou estados.

[0051] O arranjo de válvula 20 compreende uma estrutura ou corpo alongado 201 tendo um furo central axial ou câmara 202 com um orifício de alimentação S para receber uma alimentação de fluido sob pressão, um primeiro orifício atuador C1 para prover uma primeira pressão do fluido de controle a um atuador de dupla ação, uma primeira orifício de escape EX1 para ventilação (por exemplo, para o ambiente) da pressão do fluido a partir do orifício atuador C1, um segundo orifício atuador C2 para prover uma segunda pressão do fluido de controle para o atuador de dupla ação, e um segundo orifício de escape EX2 para ventilação (por exemplo, para o ambiente) da pressão do fluido a partir da orifício atuador C2.

[0052] De acordo com um aspecto do invento, uma haste 203 é provida dentro do corpo da válvula 201 para mover-se em uma direção axial no furo central 202. A haste 203 pode compreender duas ou mais partes dispostas de modo a formar uma única haste rígida quando instalada no arranjo de válvula. A haste 203 estende-se através de uma pluralidade de anéis de assento axial PR1, PR2, PR3 e PR4 dispostos em posições espaçadas axialmente dentro do furo central 202. Cada anel de assento axial PR1, PR2, PR3 e PR4 é disposto coaxialmente com a haste 203 para cooperar com uma respectiva superfície de sede de junção PS1, PS2, PS3 e PS4 para formar uma respectiva borda calibradora (que pode ser, de forma alternativa, denominada uma borda de controle) PR1/PS1, PR2/PS2, PR3/PS3 e PR4/PS4 e orifícios de controle de formação (ilustrados pelas setas nas Figuras 2B, 2C) para controlar o fluxo de fluido entre um respectivo orifício atuador C1, C2 e um dos orifícios de alimentação e de escape. Em uma posição fechada de uma borda calibradora, quando um anel de assento axial é pressionado contra uma respectiva superfície de sede de junção, não existe, substancialmente, nenhum fluxo de fluido através da borda calibradora. Deve ser apreciado que algum fluxo de fluido ou vazamento de fluido pode ser permitido em algumas concretizações, embora a borda calibradora seja considerada para estar fechada. Em uma posição aberta de uma borda calibradora, quando um anel de assento axial está separado a partir de uma respectiva superfície de sede de junção e um orifício é aberto entre eles, um fluxo de fluido através da borda calibradora é permitido.

[0053] De acordo com um aspecto da invenção, as bordas calibradoras PR1/PS1, PR2/PS2, PR3/PS3 e PR4/PS4 do arranjo de válvula 20 são, de forma mecânica, presas pela haste 203 e suportado por elementos flexíveis SD1, SD2, SD3 e SD4. O movimento relativo axial das bordas calibradoras e da haste 203 ou do corpo 201 é permitido na direção de fechamento também após deles terem atingido as suas posições fechadas. Em uma válvula de assento axial convencional, quando a válvula está fechada, o movimento do assento axial não pode ser continuado na direção de fechamento. Isto permite um controle preciso de uma válvula de assento axial 5/3 com uma força piloto, tal como com uma pressão piloto. Isto não é possível na estrutura de assento axial da técnica anterior mostrada na Figura 1C. Na estrutura de assento axial anterior divulgada na US 6.276.385, a conexão mecânica entre as válvulas de assento axial é implementada com um braço oscilante.

[0054] De acordo com um aspecto da invenção, um par de bordas calibradoras de contra-ação é provida para cada um dos orifícios atuadores C1 e C2 de forma que ambas bordas calibradoras do par de contra-ação são fechadas em uma posição central da haste, uma borda calibradora é fechada e a outra borda calibradora do par de contra-ação é aberta com o movimento da haste 203 para uma primeira direção axial, e uma borda calibradora é aberta e o outra borda calibradora do par de contra-ação é fechada com o movimento da haste 203 para uma segunda direção axial oposta.

[0055] Um arranjo de válvula do tipo reguladora pode, ao contrário de uma válvula de carretel, ser feita praticamente livre de vazamento sem o uso de vedantes macios que são propensos ao desgaste. A técnica de produção necessária não é tão exigente como a de uma válvula de carretel de pequena folga. Apesar do maior número de componentes, os custos de produção são competitivos.

[0056] Em uma concretização, cada anel de assento axial PR1, PR2, PR3 e PR4 disposto coaxialmente com a haste 203 é suportado por um respectivo elemento flexível SD1, SD2, SD3 e SD4 ao corpo 201 ou a haste 203 de modo que o movimento relativo axial dos anéis de assento axial PR1, PR2, PR3 e PR4 e da haste 203 ou do corpo 201 na direção de fechamento é permitido também sobre os anéis de assento axial tendo atingido as suas posições fechadas.

[0057] Em uma concretização, o elemento flexível SD1, SD2, SD3 e SD4 é um diafragma de vedação anular ou um fole de vedação anular, tal como ilustrado nos exemplos das Figuras 3A e 3B, e nas Figuras 4A, 4B e 4C.

[0058] Em uma concretização, cada anel de assento axial PR1, PR2, PR3 tem uma respectiva superfície de sede acoplamento, PS1, PS2, PS3 e PS4 formada por uma seção de maior diâmetro da haste 203, tal como, ressalto ou flange, ou formado por uma seção de corpo saliente radialmente dentro do furo central 202, proporcionando assim uma seção de menor diâmetro do furo central 202, tal como um ressalto ou flange dentro do corpo 201.

[0059] Em uma concretização da invenção, os anéis de assento axial PR1 e PR4 são suportados ao corpo de válvula 201 por respectivos elementos flexíveis SD1 e SD4 nas suas circunferências externas, enquanto as suas circunferências internas são livres. Os anéis de assento axial PR1 e PR4 podem projetar-se radialmente para dentro do furo central 202 e têm respectivas superfícies de sede acoplamento PS1 e PS4 formadas por respectivas seções extremas de maiores diâmetros 203A e 203B da haste 203. Os anéis de assento axial PR2 e PR3 são suportados na haste 203 por respectivos elementos flexíveis SD2 e SD3 nas suas circunferências internas, enquanto as suas circunferências externas são livres. Os anéis de assento axial PR2 e PR3 têm respectivas superfícies de sede acoplamento PS2 e PS3 formadas no corpo da válvula 201.

[0060] De acordo com um aspecto da invenção, um par de bordas calibradoras de contra-ação é provido para cada um dos orifícios atuadores C1 e C2 de tal forma que ambas as bordas calibradoras do par de contra-ação são fechadas em uma posição central da haste, uma borda calibradora é fechada e a outra borda calibradora do par de contra-ação é aberta com o movimento da haste 203 com uma primeira direção axial, e a borda calibradora é aberta e a outra borda calibradora do par de contra-ação é fechado com o movimento da haste 203 para uma segunda direção axial oposta.

[0061] Em uma concretização, um primeiro par de bordas calibradoras de contra-ação para o primeiro orifício atuador C1 compreende a primeira borda calibradora PR1/PS1 e uma segunda borda calibradora PR2/PS2. Um segundo par de bordas calibradoras de contra-ação para o segundo orifício atuador C2 compreende a terceira borda calibradora PR3/PS3 e a quarta borda calibradora PR4/PS4.

[0062] Em uma concretização, a primeira borda calibradora PR1/PS1 controla o fluxo de fluido entre o primeiro orifício atuador C1 e o primeiro orifício de exaustão EX1, a segunda borda calibradora PR2/PS2 controla o fluxo de fluido entre o primeiro orifício atuador C1 e o orifício de alimentação S, a terceira borda calibradora PR3/PS3 controla o fluxo de fluido entre o segundo orifício atuador C2 e o orifício de alimentação S, e a quarta borda calibradora PR4/PS4 controla o fluxo de fluido entre o segundo orifício atuador C2 e o segundo orifício de escape EX2.

[0063] Em uma concretização, o primeiro orifício atuador C1 está localizado na seção (ou câmara) 202B do furo central 202 definido entre os primeiro e segundo pares de bordas calibradoras PR1/PS1 e PR2/PS2, e o segundo C2 orifício atuador está localizado na seção (ou câmara) 202D do furo central 202 definida entre o terceiro e quarto pares das bordas calibradoras PR3/PS4.

[0064] Em uma concretização, o orifício de alimentação S está localizado na seção média (ou câmara) 202C do furo central 202 definida entre os segundo e terceiro pares das bordas calibradoras PR2/PS2 e PR3/PS3. O primeiro orifício de escape EX1 está localizado na seção extrema (ou câmara) 202A do furo central 202 definida entre a primeira borda calibradora PR1/PS1 e uma das extremidades do furo central 202, e o segundo orifício de escape EX2 está localizado na seção extrema oposta (câmara) 202E do furo central 202 definida entre a quarta borda calibradora PR4/PS4 e a extremidade oposta do furo central 202. Está é uma configuração eficaz do ponto de vista de tamanho e de fabricação. No entanto, podem ser utilizadas diferentes configurações. Por exemplo, em uma concretização alternativa o orifício de alimentação S pode ser configurado para ser um orifício de escape e os orifícios de escape EX1 e EX2 podem ser configurados para serem orifícios de alimentação S1 e S2. Como exemplo adicional, o único orifício de alimentação S pode ser substituído por dois orifícios de alimentação separados S1 e S2.

[0065] Em concretizações alternativas, todos os anéis de assento axial podem ser suportados por respectivos elementos de vedação flexíveis para a haste 202, de um modo semelhante como anéis de assento axial PR2 e PR2, e todas as superfícies de sede de junção podem ser dispostas sobre o corpo de válvula 201, de um modo semelhante como as superfícies de sede de junção PS2 e PS3. De acordo com concretizações alternativas adicionais, todos os anéis de assento axial podem ser suportados por respectivos elementos de vedação flexíveis ao corpo da válvula 201, de um modo semelhante como os anéis de assento axial PR1 e PR4, e todas as superfícies de sede de junção podem ser dispostos na haste 203, de um modo semelhante como superfícies de sede acoplamento PS1 e PS4. No entanto, neste caso, alguns dos anéis de assento axial não estariam no lado de pressão mais elevada da respectiva borda calibradora, a qual pode causar problemas em um controle de fluxo e em uma pressão de equilíbrio.

[0066] Em uma concretização, elementos elásticos pré- carregados, tais como molas, são providos para tornar as forças de fechamento para as bordas calibradoras. Por exemplo, pode haver uma ou mais molas pré-carregadas em torno da haste 203 no furo central 202 no orifício atuador C1 para contatar o anel de assento axial PR1 na outra extremidade e para contatar um elemento de suporte adequado, tal como um ressalto, sobre o corpo 201 ou a haste 203 na outra extremidade. Desse modo, uma força de fechamento axial é exercida sobre o anel de assento axial PR1 para pressioná-lo contra a superfície de sede de junção PS1. Do mesmo modo, pode haver uma ou mais molas pré-carregadas em torno da haste 203 no furo central 202 no orifício atuador C2 para contatar o anel de assento axial PR4 na outra extremidade e a um elemento de suporte adequado, tal como um ressalto, sobre o corpo 201 ou a haste 203 na outra extremidade. Conforme um exemplo adicional, uma ou mais molas pré-carregadas podem ser dispostas em torno da haste 203 entre os anéis de assento axial PR2 e PR3 para exercer uma força de fechamento axial sobre o anel de assento axial PR2 em uma e no anel de assento axial PR3 na outra extremidade. No entanto, deve ser apreciado que uma técnica específica pela qual as forças de fechamento são criadas não é essencial para a invenção básica.

[0067] Na posição central fechada da haste 203 ilustrada na Figura 2A, não existe força resultante axial F que iria deslocar a haste 203 a partir da posição central na direção axial. Todas as bordas calibradoras PR1/PS1, PR2/PS2, PR3/PS3 e PR4/PS4 são fechadas, isto é, cada anel de assento axial PR1, PR2, PR3 e PR4 é pressionado contra a sua respectiva superfície de sede de junção PS1, PS2, PS3 e PS4. Não existe fluxo de fluido entre os orifícios EX1, C1, S, C2 e EX2. As Figuras 4A, 4B e 4C ilustram, esquematicamente, um exemplo de implementação do suporte flexível SD3 para o anel de assento axial PR3 à haste 203. O suporte flexível SD3 pode estar na forma de um diafragma de vedação anular dobrado tendo uma circunferência interna fixada à periferia externa da haste 203 e tendo uma circunferência externa fixada à circunferência interna do anel de assento axial PR3. A superfície de sede de junção PS3 é uma superfície fixada sobre o corpo da válvula 201. Na Figura 4A, a dobra em forma de U do diafragma de vedação SD1 é aproximadamente, ou quase não deformada, e o anel de assento axial PR3 se assenta contra a superfície de vedação de acoplamento PS3. Deve ser apreciado que a posição fechada de uma borda calibradora pode compreender uma subfaixa do movimento total, por exemplo, 10 por cento do movimento total e, consequentemente, o diafragma de vedação pode ser ligeiramente deformado, ou seja, de forma aproximada, ou quase não deformado.

[0068] A força resultante axial F pode ser formada por uma força piloto axial influenciando em uma extremidade da haste 203 e uma contra força axial influenciando a extremidade oposta da haste 203. Em um exemplo de concretização, a força de piloto pode ser provida por uma pressão de fluido piloto influenciando em um diafragma piloto 206 e um êmbolo 207 disposto em uma extremidade da haste 203, conforme ilustrado nas Figuras 3A e 3B. Em um exemplo de concretização, a contra força pode ser provida por uma pressão de fluido contrária influenciando em um contra diafragma 208 e um contra êmbolo 209 disposto na extremidade oposta da haste 203, conforme ilustrado nas Figuras 3A e 3B. A contrapressão em uma câmara 21 pode ser a pressão de alimentação e o contra diafragma pode ser empregado para dimensionar a força contrária para ser igual à força provida pela pressão piloto na câmara 210 de tal modo que a força resultante axial F é cerca de nula. A área do contra diafragma 208 será menor do que a do diafragma piloto 206. A relação das áreas do diafragma pode ser de cerca de 0,5 a 0,95, por exemplo, dependendo da aplicação. Derivando também a força contrária a partir da pressão de alimentação fazendo tanto a força contrária e a força piloto para dimensionar com a pressão de alimentação que pode variar, assim, provendo uma construção equilibrada da pressão de alimentação.

[0069] Em uma concretização, um pré-estágio PR pode ser provido o qual controla uma pressão piloto na câmara de pressão piloto 210 e, consequentemente, a força piloto axial, como esquematicamente ilustrado na Figura 3C. O pré-estágio PR pode controlar a pressão piloto na câmara de pressão piloto 210 através de, por exemplo, controlando com uma válvula ou aba qual quantidade de alimentação de pressão de ar é desviada para o meio ambiente, e qual quantidade de ar é dirigida para a câmara de pressão piloto 210 através da entrada de pressão piloto 303. A pressão piloto mais baixa pode ser então obtida, a aba ou válvula estando na sua posição aberta, o que pode corresponder a um orifício de restrição pré-determinado, tal como 0,5 mm de diâmetro. Então uma aba ou válvula é acionada na direção de fechamento, o orifício de restrição torna-se menor e a pressão piloto aumenta, e finalmente a aba ou válvula está na sua posição fechada, com o orifício de restrição nula ou menor e a pressão piloto mais alta. Tipicamente, a pressão de alimentação fornecida ao pré-estágio PR pode ser restrita a pré-escala da pressão de alimentação para uma faixa de controle desejada da pressão piloto. A restrição de fluxo para determinar a faixa de controle pode corresponder, por exemplo, a um orifício restritor de 0,2 milímetros.

[0070] Em situações dinâmicas onde o fluido de pressão de alimentação flui para a câmara atuadora 202B ou 202D a partir da câmara de alimentação 202C através de uma abertura da borda calibradora PR3/PS3 ou PR3/PS3, respectivamente, a pressão de alimentação pode cair subitamente, o que leva a uma correspondente redução na força contra-axial e na força piloto axial com diferentes atrasos. A queda de pressão pode ser tão repentina e curta que pode afetar apenas à contra força axial, por exemplo, resultando assim no aumento da força resultante axial (um pico de força resultante). Aumentando a força resultante iria mover a haste 203 para cima, abrindo assim a borda calibradora mais e caindo ainda mais a pressão de alimentação SP. Além disso, se um usuário aumenta a pressão de alimentação, em algum ponto do tempo, a contra força axial e a força piloto axial podem atingir os seus novos valores com diferentes atrasos, também fazendo com que um pico indesejável na força resultante. Da mesma forma, se o usuário diminui a pressão de alimentação ao longo do tempo, pico semelhante na força resultante pode ser gerado.

[0071] De acordo com um aspecto da invenção, o efeito da flutuação de uma pressão de alimentação na contra força axial e na força piloto axial é estabilizado e feitas iguais. Nos exemplos de concretizações da invenção, um percurso de fluxo restringido, tal como um percurso de fluxo restrito 301 ilustrado na Figura 3C, pode ser provido entre a câmara de contrapressão 21 e a câmara de alimentação 202C (incluindo uma seção de um canal de pressão de alimentação próximo da câmara externa real 202C). Por meio do percurso de fluxo restrito 301, flutuações de pressão de alimentação repentinas na câmara de alimentação 202C ou na pressão de alimentação são removidas da câmara de contrapressão 211, enquanto as alterações de pressão de alimentação permanentes ou mais lentas na câmara de alimentação 202C passarão para a câmara de contrapressão 211.

[0072] Em uma concretização, um percurso de fluxo restrito 302 pode ser provido a partir da câmara de alimentação 202C (incluindo a pressão de alimentação de entrada próxima a câmara de alimentação externa 202C) para o pré-estágio PR. O percurso de fluxo restrito 302 pode também implementar a restrição de fluxo da pressão de alimentação para definir a faixa da pressão piloto de controle. Por meio do percurso de fluxo restrito 302 conectado à câmara de alimentação 202C, a flutuação de uma pressão de alimentação no pré-estágio PR é estabilizada. Por meio do percurso de fluxo restrito 203, flutuações de pressão de alimentação repentinas na câmara de alimentação 202C são amortecidas ou removidas a partir da pressão de alimentação no pré-estágio PR e a partir da pressão piloto retida, na qual, na câmara de pressão piloto 210, enquanto a pressão de alimentação mais lenta ou permanente se alterando na câmara de alimentação 202C passará através da câmara de pressão piloto 210. O percurso de fluxo restrito 301 e o percurso de fluxo restrito 302 podem ser dimensionados de modo que a alteração na pressão de alimentação na câmara de alimentação 202C afetará a taxas substancialmente semelhantes à contra força axial através da câmara de pressão piloto 21l e à força piloto através da câmara de pressão piloto 210, de modo que a alteração na força resultante é nula ou muito pequena. Assim, a contrapressão na câmara de contrapressão 211 e a pressão piloto na câmara de pressão piloto podem de uma maneira controlada e estável, seguir qualquer flutuação da pressão de alimentação na câmara de alimentação 202C, de modo que os movimentos descontrolados rápidos ou passagem dos limites da haste de válvula 203 possam ser evitados.

[0073] Em algumas concretizações, os percursos de fluxo restrito 301 e 302 podem compreender uma seção de menor diâmetro ou mais estreita 301A e 302A, respectivamente, referido como um restritor de fluxo, tal como um orifício de restrição (RO), conforme ilustrado na Figura 3C. A área (isto é, o diâmetro) do orifício de restrição determina a taxa de fluxo na saída de um determinado fluido de processo para a pressão e a temperatura especificada. O orifício de restrição é usado principalmente para conseguir o fluxo de fluido de processo controlado ou restringido. O orifício oferece uma restrição ao fluxo de processo e a pressão principal cai a partir de a montante para a jusante. Nos exemplos das concretizações, o orifício de restrição 301A e 302A pode preferivelmente ter um diâmetro de orifício de cerca de 0,1 mm a cerca de 0,5 mm, mais preferivelmente, de cerca de 0,2 mm a cerca de 0,3 mm. Deve ser apreciado que os orifícios de restrição 301A e 302A tipicamente podem não ser do mesmo tamanho, mas os seus tamanhos relativos podem ser dimensionados de modo que a alteração na pressão de alimentação na câmara de alimentação 202C afetará nas taxas substancialmente semelhantes na contra força axial através da câmara de pressão piloto 21l e à força piloto através da câmara de pressão piloto 210, de modo que a alteração na força resultante é nula ou muito pequena. Tipicamente, o percurso de restrição 302 pode ser primeiro dimensionado para obter a faixa de pressão piloto desejada, e o percurso de restrição 301 pode ser dimensionado de modo a estabilizar a força resultante axial.

[0074] Conforme outro exemplo, a força contrária axial pode ser provida por um elemento pré-carregado elástico, tal como uma mola disposta na extremidade oposta da haste 203. No entanto, nesta alternativa, a força da mola é uma força mecânica que se altera com a pressão de alimentação enquanto a pressão piloto é derivada a partir da e dependente da pressão de alimentação. Isto limita a faixa da pressão de alimentação que pode ser utilizada. Em uma concretização, a pressão do fluido piloto pode derivar a partir de uma pressão de fluido de alimentação regulada por um regulador de pressão, para aliviar esse problema.

[0075] Em uma concretização, a área do contra diafragma 208 e a área do diafragma piloto 206 podem ser aproximadamente uma igual a outra, e a contrapressão do fluido pode ser pré-dimensionada.

[0076] Em uma concretização, a área do contra diafragma 208 e a área do diafragma piloto 206 podem ser aproximadamente uma igual a outra, e a contrapressão do fluido pode compreender uma segunda pressão de fluido piloto controlada por um pré-estágio de um modo semelhante como primeiro mencionado a pressão de fluido piloto é controlada. Em tal concretização, no caso de uma falha da pressão de alimentação, o fornecimento de energia, a pressão piloto e/ou o sinal de controle, por exemplo, o arranjo da válvula de fluido irá assumir a posição intermediária fechada, e o atuador ficará na presente posição (Parado/Falha).

[0077] A força resultante axial F é nula quando a força piloto axial e a força contrária axial forem iguais, e o arranjo da válvula está em uma posição central fechada ilustrada na Figura 2A. O atuador não se move (por exemplo, uma válvula de controle mantém a sua abertura presente). Quando a força piloto axial aumenta para ser maior do que a força contraria axial, uma força resultante positiva axial F é criada, e a haste 203 se move para cima (para um sentido positivo), conforme ilustrado nas Figuras 2B, 3A e 4B. Um elemento de engate 205, tal como um ressalto, na haste 203 se engata com o anel de assento axial PR3 e move-o para cima, abrindo desse modo a terceira borda calibradora PR3/PS3, e os fluxos de fluido a partir do orifício de alimentação S para o orifício atuador C2. Nos exemplos mostrados nas Figuras 3A e 4B, a dobra em forma de U do diafragma de vedação SD3 assume ou mantém aproximadamente a forma não deformada, uma vez que o anel de assento axial PR3 pode mover-se livremente com a haste 203. Ao mesmo tempo, a borda calibradora de contra-ação PR4/PS4 é mantida fechada conforme a superfície de sede PS4 movendo para cima da haste 203 se engata e se move para cima do anel de assento axial PR4, que é apoiado, de forma flexível, ao corpo 20. No exemplo mostrado na Figura 3A, a forma em U do diafragma de vedação SD4 é deformada para permitir o movimento do anel de assento axial PR4 em relação ao corpo 201. Além disso, a superfície de sede PS1 da haste 203 se move para cima e está separada do anel de assento axial PR1 abrindo assim a primeira borda calibradora PR1/PS1, e o fluido escoa a partir do orifício atuador C1 para o orifício de escape EX1. Nos exemplos mostrados nas Figuras 3A, a dobra em forma de U do diafragma de vedação SD1 é aproximadamente não deformada. Ao mesmo tempo, o anel de assento axial PR2, uma vez que é suportado, de forma flexível, à haste 203, é mantido estacionário contra a superfície de sede de junção PS2 no corpo 201 enquanto que a haste 203 se move para cima através do anel de assento axial PR2. Assim, a borda calibradora PR2/PS2 é mantida fechada. No exemplo mostrado na Figura 3A, a forma em U do diafragma de vedação SD2 é deformada para permitir o movimento do anel de assento axial PR2 em relação à haste 203. O atuador se move em uma primeira direção (por exemplo, no sentido de 100 % de abertura de uma válvula de controle 100).

[0078] A partir da posição ilustrada nas Figuras 2B, 3A e 4B, quando força piloto axial diminui para ser igual a e então menor do que a força contrária axial, a força resultante axial F positiva é primeira diminuída e, em seguida, uma força resultante axial F negativa é criada, e a haste 203 se move para baixo (para uma direção negativa) conforme ilustrado nas Figuras 2C, 3B e 4C. Um elemento de engate 204, tal como um ressalto, na haste 203 se engata com o anel de assento axial PR2 e movendo-o para baixo, abrindo assim a segunda borda calibradora PR2/PS2, e o fluido escoa a partir do orifício de alimentação S para o orifício atuador C1. No exemplo mostrado na Figura 3B, a forma em U do diafragma de vedação SD2 é restaurada para a forma original, aproximadamente não deformada, com o movimento ascendente do anel de assento axial PR2 em relação à haste 203. Ao mesmo tempo, a borda calibradora de contra-ação PR1/PS1 é fechada quando o anel de assento axial PR1, uma vez que é suportada, de forma flexível, ao corpo 201, é engatada por e movida para baixo, com a superfície de sede PS1 movendo para baixo da haste 203. No exemplo mostrado na Figura 3B, a forma em U do diafragma de vedação SD1 é deformada para permitir o movimento para baixo do anel de assento axial PR1 em relação ao corpo 201. Além disso, a superfície de sede PS4 da haste 203 se move para baixo e é separada do anel de assento axial PR4 abrindo assim a quarta borda calibradora PR4/PS4, e os fluxos de fluido a partir do orifício atuador C2 para o orifício de escape EX2. No exemplo mostrado na Figura 3B, a forma em U do diafragma de vedação SD4 é restaurada para o original, aproximadamente ou próximo da forma não deformada com o movimento para baixo do anel de assento axial PR4 em relação ao corpo 201. Ao mesmo tempo, o anel de assento axial PR3, uma vez que é suportado de forma flexível na haste 203, se move contra a superfície de sede de junção PS3 sobre o corpo 201 e lá para enquanto a haste 203 se move para baixo. Assim, a borda calibradora PR3/PS3 é fechada. Nos exemplos mostrados nas Figuras 3B e 4C, a forma em U do diafragma de vedação SD3 é deformada para permitir o movimento ascendente do anel de assento axial PR3 em relação à haste 203. O atuador se move em uma segunda direção (por exemplo, no sentido de 0% de abertura de uma válvula de controle).

[0079] De acordo com um aspecto da invenção, os anéis de assento axial PR1, PR2, PR3 e PR4 podem ser de pressão equilibrada. Um anel de assento axial de pressão equilibrada pode ser dimensionado e conformado de tal modo que as forças de pressão do fluido exercidas sobre o anel de assento axial sejam compensadas para tornar a força da pressão de fluido resultante afetando a respectiva borda calibradora 501 muito pequena ou nula. Como um resultado, as forças de controle necessárias para mover a haste são apenas fração das forças de controle necessárias em arranjos de válvulas de assento axial não equilibradas. Isto proporciona uma possibilidade de controlar a haste 203 mais rapidamente do que nas válvulas de assento axial da técnica anterior (resultando em um melhor controle) ou com uma pressão piloto menor (resultando em uma necessidade de menor energia de um controlador). A compensação das forças de pressão do fluido resulta também em uma operação linear da haste 203 ao longo de um faixa de controle. Nas soluções da técnica anterior as forças de pressão do fluido de totalmente não compensadas induzem um ponto de interrupção significativo (uma zona morta maior) exatamente no meio da faixa de controle. Portanto, os anéis de assento axial de pressão equilibrada resultam em uma melhor controlabilidade significativa de um arranjo de válvula de assento axial de pressão de acordo com um exemplo de concretização em comparação com os arranjos de válvulas de assento axial da técnica anterior. Isto permite o emprego um estágio de saída de alta capacidade também para o controle de atuadores pequenos sem uma perda na precisão de controle de uma válvula de processo.

[0080] Os anéis de assento axial PR1, PR2, PR3 e PR4 são exemplos de anéis de assento axial de pressão equilibrada. Outro exemplo de um anel de assento axial de pressão equilibrada é ilustrado na Figura 5A. O exemplo do anel de assento axial é ilustrado quando usado no lugar do anel de assento axial de pressão equilibrada PR3, mas anel de assento axial semelhante pode ser usado no lugar de qualquer um dos anéis de assento axial ilustrados nas Figuras 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 4A, 4B e 4C. Na Figura 5A a borda calibradora PR3/PS3 é mostrada em uma posição fechada. O anel de assento axial PR3 está no lado da alta pressão (a pressão de alimentação) na câmara intermediária 202C. O diafragma de vedação flexível SD3 pode prover uma vedação estanque entre o anel de assento axial PR3 e a haste 203, fixa o anel de assento axial PR3 à haste 203, enquanto permite um movimento relativo axial do anel de assento axial PR3 e a haste 203. A geometria do anel de assento axial PR3 pode ser tal que a borda calibradora efetiva PR3/PS3 é formada em uma ponta circular 501 que é relativamente estreita na direção radial. O ponto mediano da dobra no diafragma de vedação SD3 pode ser, aproximadamente, alinhado com a ponta circular 501 na direção axial (direção vertical na Figura 5A). Na extremidade oposta do anel de assento axial PR3 (a extremidade superior na Figura 5A) a largura radial a partir do ponto mediano da dobra do diafragma de vedação SD3 para fora pode definir uma área de superfície superior predeterminada que determina a força da pressão axial (para baixo) exercida ao anel de assento axial PR3 submetido a força de pressão axial (para baixo) devido à pressão de alimentação. A geometria do anel de assento axial PR3 pode ser selecionada de modo que o lado de alta pressão é estendido abaixo do anel de assento axial até a ponta circular 501, como ilustrado por uma câmara de alta pressão 202G. A superfície inferior 503 voltada para a câmara 202 pode ser dimensionada de modo que a pressão de alimentação atuando na superfície inferior do anel de assento axial PR3 irá prover uma força de pressão axial (para cima) de compensação, que é aproximadamente igual à força de pressão descendente. Deste modo, a força da pressão resultante atuando no anel de assento axial PR3 é muito pequena ou nula. No lado de baixa pressão a baixa pressão pode estar presente em um espaço 202F sob o diafragma flexível SD4 e acima de um ressalto que se estende radialmente para dentro 504 do anel de assento axial PR3. As dimensões do ressalto 504 podem ser tais que a força de pressão para baixo provocada pelo fluido de baixa pressão na superfície superior do ressalto 504 irá aproximadamente compensar a força de pressão ascendente causada pela a baixa pressão de fluido sob o anel de assento axial PR3. O elemento 502 é um exemplo de fixação do diafragma de vedação flexível SD3 ao anel de assento axial PR3. A Figura 5B ilustra um exemplo da utilização do anel de assento axial semelhante no lugar do anel de assento axial PR1 que está, de forma flexível, conectado ao corpo 201. O perfil de PR1 pode ser uma imagem em espelho daquela mostrada na Figura 5A. Além disso, a instalação do anel PR1 é girado na vertical de uma forma semelhante tal como nas Figuras 3A e 3B. A Figura 5C ilustra um exemplo adicional de perfil de um anel de assento axial (PR3 é mostrado como um exemplo). A Figura 5D ilustra um exemplo adicional do perfil de um anel de assento axial (PR1 é mostrado como um exemplo). Cada um dos perfis de anel pode ser girado na vertical ou na horizontal em lugar de outros anéis de assento axial PR1, PR2, PR3 e PR4 mostrados nas Figuras 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 4A, 4B e 4C. Também podem haver dois ou mais perfis diferentes dos anéis de assento axial em um mesmo arranjo de válvula 20. Por exemplo, os anéis de assento axial PR1 e PR4 podem ter um perfil de acordo com a Figura 5D, e os anéis de assento axial PR2 e PR3 podem ter um perfil de acordo com a Figura 5C.

[0081] Para um atuador de simples ação apenas um orifício do atuador é necessário, e são necessárias apenas duas bordas calibradoras: uma para controlar um fluxo de fluido a partir de um orifício de alimentação S de pressão de fluido ao orifício atuador e um outro para controlar o fluxo de fluido a partir do orifício atuador para um orifício de escape. O arranjo da válvula de fluido 20 para um atuador de dupla ação pode ser utilizado também para um atuador de simples ação, usando apenas um dos orifícios do atuador C1 e C2, e pelo bloqueio da outra.

[0082] Na Figura 6, um arranjo de válvula de fluido 60 de acordo com outros exemplos de concretizações para controlar um atuador de simples ação ou um dispositivo correspondente é ilustrado esquematicamente. O arranjo de válvula 60 pode ser uma versão simplificada do arranjo de válvula 20, e os mesmos princípios podem ser aplicados conforme aqui descrito em conexão com o arranjo da válvula de fluido 20 para um atuador de dupla ação. Os mesmos símbolos de referência na Figura 6 e nas Figuras 2A-2C, 3A-3B, 4A-4C, 5A-5D se referem aos mesmos ou correspondentes elementos, estruturas, funcionalidades e características.

[0083] No exemplo da concretização mostrada na Figura 6, o arranjo de válvula 60 é uma válvula 3/3 com três vias e três posições ou estados. O arranjo de válvula 60 é uma versão simplificada do arranjo de válvula 20 descrito acima, isto é basicamente uma metade inferior do arranjo de válvula 20. No entanto, de forma semelhante, as bordas calibradoras na metade superior ou uma seção mediana do arranjo de válvula 20 podem ser utilizadas para prover um arranjo de válvula 60. Conforme uma alternativa adicional, as bordas calibradoras superior e inferior podem ser utilizadas, enquanto as bordas calibradoras na seção mediana são omitidas. O arranjo de válvula 60 compreende uma armação ou corpo alongado 201 tendo um furo central axial ou câmara 202 com um orifício de alimentação S para receber uma alimentação de fluido sob pressão, um orifício atuador C2 para prover uma pressão do fluido de controle para o atuador simples ação, e um orifício de escape EX2 para ventilar (por exemplo, para o ambiente) a pressão do fluido a partir do orifício do atuador C2. O arranjo de válvula 60 pode compreender um par de contra-ação de bordas calibradoras PR3/PS3 e PR4/PS4 preso, de forma mecânica, pela haste 203 de modo que ambas as bordas calibradoras do par de contra-ação são fechadas em uma posição central da haste 203, uma borda calibradora é fechada e a outra borda calibradora do par de contra-ação é aberta com o movimento da haste 203 para uma primeira direção axial, e uma borda calibradora é aberta e a outra borda calibradora do par de contra-ação é fechada com o movimento da haste 203 para uma segunda direção axial oposta. De acordo com um aspecto da invenção, as bordas calibradoras PR3/PS3 e PR4/PS4 do arranjo de válvula 60 são presas, de forma mecânica, pela haste 203 e suportadas por elementos flexíveis SD3 e SD4, de modo que as bordas calibradoras possam continuar o movimento na direção da haste 203 também por elas terem alcançado as suas posições fechadas. Na concretização da invenção, os anéis de assento axial PR3 e PR4 são de pressão equilibrada. Em um exemplo de concretização, a força de piloto pode ser provida por uma pressão de fluido piloto atuando em um diafragma piloto 206 e um êmbolo 207 disposto em uma extremidade da haste 203. Em um exemplo de concretização, o diafragma de vedação SD3 pode também funcionar como um diafragma de contra força para prover uma contra força axial para a força piloto. Um elemento de pré-carga elástica 212, tal como uma mola disposta na extremidade oposta da haste 203, pode ser provido para direcionar a válvula para uma posição segura no caso de uma falha, por exemplo, quando a pressão de alimentação ou a energia elétrica é perdida. Além disso, uma ou mais molas pré-carregadas 213 pode ser disposta em torno da haste 203 entre a parte superior do corpo 201 e o anel de assento axial PR3 para exercer uma força de fechamento axial sobre o anel de assento axial PR3. Conforme um exemplo adicional pode haver uma ou mais molas pré- carregada em torno da haste 203 no furo central 202 no orifício atuador C2 para contatar o anel de assento axial PR4 na outra extremidade e para contatar um elemento de suporte adequado, tal como um ressalto, no corpo 201 ou na haste 203 na outra extremidade. No exemplo mostrado na Figura 6, o corpo 201 pode compreender uma pluralidade de partes separadas, tais como, 201A, 201B e 201C, montadas para formar o corpo 201. Tal abordagem pode torná-la a válvula de fluido mais fácil de fabricar e montar.

[0084] Deve também ser entendido que todas as concretizações discutidas em conexão com o arranjo da válvula de fluido 20 para um atuador de dupla ação pode também ser aplicadas no arranjo de válvula de fluido 60 para um atuador de simples ação e vice-versa.

[0085] As concretizações da invenção podem ser aplicadas no controle de quaisquer atuadores operados por pressão de fluido. As concretizações da invenção são particularmente aplicáveis no controle de atuadores de dispositivos de processo, tais como, válvulas de controle, válvulas de fechamento, telas, etc., em qualquer sistema de automação para qualquer processo industrial e semelhantes.

[0086] A Figura 7 mostra um diafragma de blocos esquemático de um exemplo de sistema de automação de processo onde os princípios da invenção podem ser aplicados em um posicionador de válvula. O bloco de sistema de controle 75 geralmente representa todo e qualquer computador da sala de controle de computador(es)/programas e processos de controle de computador(es)/programas bem como bancos de dados, que podem ser interconectados por uma rede da fábrica 74, no sistema de automação. Existem várias arquiteturas para um sistema de controle. Por exemplo, o sistema de controle pode ser um sistema de controle digital direto (DDC) ou sistema de controle distribuído (DCS), ambos bem conhecidos da técnica.

[0087] No exemplo da Figura 7, apenas uma válvula de processo controlada é mostrada, mas um sistema de automatização pode, no entanto, incluir qualquer número de dispositivos de campo, tais como, válvulas de controle, muitas vezes centenas delas. Existem várias formas alternativas para arranjar a interconexão entre o sistema de controle e os dispositivos de campo, tais como, válvulas de controle, em uma área da fábrica. Na Figura 7, o barramento de processo/campo 73 geralmente representa qualquer interconexão. Tradicionalmente, os dispositivos de campo foram conectados ao sistema de controle por dois circuitos de arame de par torcido, cada dispositivo sendo conectado ao sistema de controle por um único par torcido fornecendo um sinal de entrada analógico de 4 a 20 mA. Mais recentemente, novas soluções, tais como o protocolo Highway Addressable Remote Transducer (HART), que permitem a transmissão de dados digitais junto com o sinal analógico convencional de 4 a 20 mA no circuito de par torcido têm sido utilizados em sistemas de controle. O protocolo HART é descrito em maior detalhe, por exemplo, na publicação HART Field Communication Protocol: An Introduction for Users e Manufactures, HART Communication Foundation, 1995. O protocolo HART tem também sido desenvolvido em um padrão industrial. Exemplos de outros barramentos de campo incluem a Foundation barramento de campo e Profibus PA. No entanto, deve ser entendido que o tipo ou a implementação do barramento de campo/processo 73 não é relevante para a presente invenção. O barramento de campo/processo 73 pode ser baseado em qualquer uma das alternativas descritas acima, ou em qualquer combinação das mesmas, ou em qualquer outra aplicação.

[0088] Uma válvula de processo 71 e um posicionador/atuador 72 podem ser conectados a um processo para controlar o fluxo de uma substância na tubulação do processo 76. O fluxo de material pode conter qualquer material fluido, tal como, fluidos, licores, líquidos, gases e vapores.

[0089] A Figura 8 ilustra um exemplo da disposição onde um atuador pneumático 72B opera a válvula de processo 71 sob o controle do posicionador de válvula 72A. Um exemplo de uma válvula de processo 71 é a válvula de controle Neles® RotaryGlobe da Metso Corp. Um exemplo de um posicionador de válvula 72A onde as concretizações da invenção podem ser aplicadas é o controlador de válvula inteligente Neles® ND9000 da Metso Corp. Um exemplo de um atuador 72B é o atuador pneumático Quadra-Powr série X de Metso Corp.

[0090] A operação de um controlador de válvula inteligente, tal como o controlador de válvula 72A, pode ser baseada em um micro controlador, tal como um microprocessador (μP) que controla a posição da válvula com base na informação de controle obtida a partir da linha de conexão de campo ou barramento de campo 73. O controlador de válvula é preferivelmente provido com a medição da posição da válvula, em adição a qual é possível medir muitas outras variáveis, tais como a pressão de alimentação para o ar pressurizado, diferença de pressão sobre o êmbolo atuador ou temperatura, o que pode ser necessário na autodiagnostico da válvula ou que o controlador de válvula transmite, tal como, ou como informação de diagnóstico processada para o computador da sala de controle, controlador do processo, computador de monitoramento de condição ou uma unidade de nível superior semelhante do sistema de automatização através de um barramento de campo.

[0091] O diagrama de blocos de exemplo do controlador de válvula inteligente com base em microcontrolador, tal como um controlador de válvula 72A, é ilustrado na Figura 9. Um controlador pode incluir uma unidade eletrônica 91 tendo uma saída de controle elétrico 90 e uma unidade pneumática 20, 93 que capta, no sinal de controle elétrico 90, e o converte em uma correspondente saída de pressão de fluido P1, P2 nos orifícios atuadores C1, C2 conectados a um atuador 72B. A unidade pneumática pode compreender um pré-estágio 93 e um estágio de saída 20. O estágio de saída 20 pode ser qualquer arranjo de válvula de fluido 20 para um atuador de dupla ação de acordo com as concretizações da invenção. O pré-estágio 93 executa uma conversão (I/P) elétrica-para-pressão do sinal de controle elétrico 90 para um pequeno sinal de controle piloto pneumático 95 que é suficiente para controlar o estágio de saída 20. O orifício de alimentação S do estágio de saída 20 está conectado a uma pressão de ar de alimentação. O estágio de saída 20 amplifica o pequeno sinal piloto pneumático em um maior sinal de saída de pressão pneumática 96,97 nos orifícios atuadores C1, C2. O dispositivo pode conter uma Interface de Usuário Local (LUI) permitindo a configuração local. Um microcontrolador 11 controla a posição da válvula. Para esse fim, o microcontrolador 91 pode receber um sinal de entrada (um ponto de regulagem) ao longo de um processo/barramento de campo 93, tal como par e Hart de 4-20 mA, e podem realizar várias medições. O dispositivo pode ser energizado a partir de um barramento de campo ou 4-20 mA. O microcontrolador 91 pode ler o sinal de entrada e um sensor de posição da válvula 92. O microcontrolador também pode ler um ou mais de um sensor de pressão de alimentação Ps, um primeiro sensor de pressão atuadora P1, um segundo sensor de pressão atuadora P2, e um sensor de posição de estágio de saída SPS. Uma diferença entre o ponto de regulagem, definido pelo sinal de entrada e a posição medida pelo sensor de posição 92, pode ser detectado por meio de um algoritmo de controle dentro do microcontrolador 91. O microcontrolador 91 calcula um novo valor para a corrente da bobina 90 do pré- estágio (PR) com base na informação a partir do sinal de entrada e a partir do(s) sensor(es). A corrente 90 alterada para o PR altera a pressão piloto 95 no estágio de saída 20. A pressão piloto 95 move a haste 203 no estágio de saída e as pressões atuadoras nos orifícios atuadores C1 e C2 consequentemente se alteram conforme descrito em relação às concretizações da invenção acima. Quando a pressão piloto 95 está em um valor predeterminado, a haste 203 está centralizada e todos os canais de fluxo através das bordas calibradoras (anéis de assento axial) são fechadas, o atuador 72B permanece no lugar. Quando a pressão piloto 95 sobe a partir do valor pré-determinado, a haste 202 se move nos fluxos de ar e de direção positiva a partir do orifício de alimentação S ao orifício atuador C2 e ainda, do mesmo, para um lado (lado de baixo) de um atuador de diafragma duplo 72B, o lado oposto do atuador de diafragma duplo 72B sendo ventilado através do orifício atuador C1 para o orifício de exaustão X1. O atuador se move na direção totalmente aberta (100%). Mais especificamente, o aumento da pressão irá mover o êmbolo de diafragma 98 para cima. O eixo de retorno e atuador 99 gira. O sensor de posição 92 mede a rotação para o microcontrolador 91. O microcontrolador 91 modula a corrente PR 90 a partir do valor do estado estacionário até que uma nova posição do atuador 90 de acordo com o sinal de entrada seja atingida. O movimento (curso) da válvula de controle na direção oposta é obtido fazendo com que a haste 203 se mova para a direção oposta (para baixo, na direção 0%) através da diminuição da pressão piloto 95, de modo que o orifício atuador C2 esteja conectado ao orifício de escape EX2 e o orifício atuador C1 esteja conectado ao orifício de alimentação pneumática S. Deve ser apreciado que o controlador de válvula ilustrado é meramente um exemplo, e a invenção não está limitada a qualquer aplicação específica de um controlador de válvula.

[0092] Do mesmo modo, um controlador de válvula para o atuador de simples ação pode ser implementado utilizando o arranjo válvula 3/2 60 de acordo com as concretizações da invenção em lugar do arranjo de válvula 5/3 20 e removendo as estruturas e funcionalidades desnecessárias.

[0093] A descrição e as figuras relacionadas são destinadas apenas para ilustrar os princípios da presente invenção por meio de exemplos. Várias concretizações alternativas, variações e modificações são óbvias para um técnico no assunto com base nesta descrição. A presente invenção não está destinada a ser limitada aos exemplos aqui descritos, mas a invenção pode variar dentro do escopo e espírito das reivindicações anexas.

Claims

1. Posicionador de válvula de processo, compreendendo uma unidade eletrônica (91) tendo uma saída de controle elétrico (90), e uma unidade pneumática ou hidráulica tendo um pré- estágio (93, PR) e um estágio de saída, o pré-estágio sendo arranjado para converter a saída de controle elétrico em uma pressão de fluido piloto que é suficiente para controlar o estágio de saída, o estágio de saída compreendendo um arranjo de válvula de fluido (20, 60) para conexão a uma alimentação de fluido sob pressão para fornecimento de um atuador hidráulico ou pneumático (72B), com a pressão de fluido atuadora, o arranjo de válvula compreendendo: - um corpo de válvula (201) tendo um furo central (202) com pelo menos um orifício de alimentação (S) para receber a alimentação de fluido sob pressão, pelo menos um orifício atuador (C1, C2) para prover o atuador de pressão de fluido para o atuador hidráulico ou pneumático, e pelo menos um orifício de escape (EX1, EX2); - uma haste (203) móvel dentro do referido furo central (202) em uma direção axial através de uma força piloto axial; - um diafragma piloto (206) e um pistão (207) arranjado em uma extremidade da haste (203) para prover a força piloto axial de acordo com a pressão de fluido piloto afetando sobre o diafragma piloto (206) em uma câmara de pressão piloto (210); dito posicionador sendo caracterizado pelo fato de ter: - um diafragma contador (208) e um pistão contador (209) arranjado em uma extremidade oposta da haste (203) para prover uma força contadora axial de acordo com uma pressão contadora que afeta o diafragma contador em uma câmara de pressão contadora (211); - pelo menos um par de bordas calibradoras de contra-ação (PR1/PS1, PR2/PS2, PR3/PS3, PR4/PS4), operacionalmente preso pela haste (203), cada borda calibradora de cada par de contra-ação compreendendo uma superfície de sede de junção (PS1, PS2, PS3, PS4) sobre o corpo da válvula (201) ou da haste (203) e um anel de assento axial (PR1, PR2, PR3, PR4) suportado por um elemento flexível (SD1, SD2, SD3, SD4) ao corpo de válvula (201) ou a haste (203) de modo a permitir um movimento axial relativo do anel de assento axial (PR1, PR2, PR3, PR4) e o suporte do corpo de válvula (201) ou haste (203), também em um estado fechado da respectiva borda calibradora, sendo que cada anel de assento (PR1, PR2, PR3, PR4) tem pressão balanceada para compensar as forças da pressão de fluido exercida sobre o respectivo anel de assento de modo a alcançar uma força de pressão de fluido resultante muito pequena ou zero afetando a respectiva borda calibradora; - um percurso de fluxo restrita (302) a partir da entrada de alimentação de pressão do arranjo de válvula para o pré- estágio que controla a pressão piloto na câmara de pressão piloto (210) e assim, a força piloto axial; e - um percurso de fluxo adicionalmente restrito (301) a partir da entrada de alimentação da pressão do arranjo de válvula para a câmara contadora de pressão (211).

2. Posicionador de válvula de processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos um par de bordas calibradoras de contra-ação (PR1/PSI, PR2/PS2, PR3/PS3, PR4/PS4) serem, de forma mecânica, preso pela haste (203) de tal modo que ambas as bordas calibradoras de cada par de contra-ação (PR1/PSI, PR2/PS2, PR3/PS3, PR4/PS4) sejam fechadas em uma posição intermediária da haste (203), uma borda calibradora (PR2/PS2, PR4/PS4) é fechada e a outra borda calibradora (PR1/PS1, PR3/PS3) de cada par de contra- ação é aberta com o movimento da haste (203) para uma primeira posição axial, e uma borda calibradora (PR2/PS2, PR4/PS4) é aberta e a outra borda calibradora (PR1/PS1, PR3/PS3) de cada par de contra-ação é fechada com o movimento da haste (203) para uma segunda posição axial oposta.

3. Posicionador de válvula de processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma borda calibradora de cada par de contra-ação (PR1/PSI, PR2/PS2, PR3/PS3, PR4/PS4) estar disposta para controlar o fluxo de fluido entre um respectivo orifício atuador (C1, C2) e a alimentação de fluido (S), e a outra borda de controle de cada par de contra-ação (PR1/PSI, PR2/PS2, PR3/PS3, PR4/PS4) está disposta para controlar o fluxo de fluido entre o respectivo orifício atuador (C1, C2) e um orifício de escape (EX1, EX2).

4. Posicionador de válvula de processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma borda de controle de cada par de contra-ação (PR1/PSI, PR2/PS2, PR3/PS3, PR4/PS4) compreender o anel de assento axial (PR2, PR3) suportado pelo elemento flexível (SD2, SD3) para a haste (203) e a respectiva superfície de sede de junção (PS2, PS3) no corpo de válvula, e a outra borda de controle de cada par de contra-ação (PR1/PSI, PR2/PS2, PR3/PS3, PR4/PS4) compreende um anel de assento axial (PR1, PR4) suportado pelo elemento flexível (SD1, SD4) ao corpo de válvula e a respectiva superfície de sede de junção(PS1, PS4) na haste (203).

5. Posicionador de válvula de processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os anéis de assento axial (PR1, PR2, PR3, PR4) serem dispostos coaxialmente com a haste (203), e cada anel de assento axial (PR1, PSR2, PR3, PR4) compreender um respectivo elemento de vedação anular, preferivelmente, um diafragma de vedação anular ou um fole de vedação anular.

6. Posicionador de válvula de processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de uma borda de controle de cada par de contra-ação (PR1/PSI, PR2/PS2, PR3/PS3, PR4/PS4) do anel de assento axial (PR2, PR3) ser suportada na sua circunferência interna pelo elemento de vedação flexível anular (SD2, SD3) a uma circunferência externa da haste (203), e a outra borda de controle de cada par de contra-ação do anel de assento axial (PR1, PR4) é suportada na sua circunferência externa pelo respectivo elemento de vedação flexível anular (SD1, SD4) ao corpo da válvula (201).

7. Posicionador de válvula de processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos um par de bordas calibradoras de contra-ação (PR1/PSI, PR2/PS2, PR3/PS3, PR4/PS4) compreender um par de bordas calibradoras de contra-ação para cada orifício atuador (C1, C2) do arranjo da válvula de fluido, o orifício atuador (C1, C2) sendo preferivelmente localizado entre as bordas calibradoras de contra-ação (PR1/PSI, PR2/PS2, PR3/PS3, PR4/PS4) do respectivo par.

8. Posicionador de válvula de processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de: - pelo menos um orifício atuador compreende um primeiro orifício atuador (C1) e um segundo orifício atuador (C2), e - pelo menos um par de bordas calibradoras de contra-ação compreende um primeiro par de primeira e segunda bordas calibradoras de contra-ação (PR1/PSI, PR2/PS2) para o primeiro orifício atuador (C1), e um segundo par de terceira e quarta bordas calibradoras de contra-ação (PR3/PS3, PR4/PS4) para o segundo orifício atuador (C2).

9. Posicionador de válvula de processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o percurso de fluxo restrito (302) e o percurso de fluxo mais restrito (301) serem dimensionados de modo que uma taxa de alteração da contra força axial e a taxa de alteração da força piloto devido a uma alteração na pressão de alimentação na entrada da pressão de alimentação serem aproximadamente iguais.

10. Posicionador de válvula de processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o percurso de fluxo restrito (302) e/ou o percurso de fluxo mais restrito (301) compreender um restritor de fluxo (301A, 302A).

11. Posicionador de válvula de processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de todas as bordas calibradoras estarem alinhadas na direção axial.