BR112018070031B1

BR112018070031B1 - Arranjo de válvula de fluido, posicionador de válvula de processo e uso de um arranjo de válvula de fluido

Info

Publication number: BR112018070031B1
Application number: BR112018070031-2A
Authority: BR
Inventors: Jan GUNELL; Mika Olkkonen; Juuso JOKINEN; Joni KUKKONEN; Jyri HAKOLA
Original assignee: Neles Finland Oy
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2023-04-18
Also published as: EP3436725B1; BR112018070031A2; EP3436725A4; FI20165267A; FI128617B; US10968924B2; KR20190032273A; WO2017168049A1; JP2019510180A; CN109154403B; RU2698377C1; US20190271334A1; JP6799075B2; EP3436725A1; KR102222662B1; BR112018070031A8; CN109154403A

Abstract

Um arranjo de válvula de fluido (60) compreendendo um furo central (202) e uma haste (203) axialmente móvel dentro do furo central e atuada por uma força piloto axial (F_pil) e uma força oposta axial (F_sup). Uma câmara de pressão de alimentação interna (202E) é provida para manter uma pressão de alimentação estabilizada provendo a força oposta axial afetando a haste. Um membro de vedação (603) é disposto coaxialmente com a haste entre a câmara de pressão de alimentação interna e uma câmara de pressão de alimentação externa que é conectada a uma linha de entrada de pressão de alimentação (S). Uma borda dosadora (PR3, PS3) é disposta coaxialmente com a haste para controlar o fluxo de fluido a partir da câmara de pressão de alimentação externa para uma câmara do atuador (202D). Meios (605) são providos para estabilizar a pressão de alimentação na câmara interna contra quedas repentinas de pressão na câmara de pressão de alimentação externa.

Description

Campo de invenção

[0001] A invenção refere-se ao controle de atuadores de fluido, em particular, atuadores pneumáticos e hidráulicos.

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, no 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, tais como, celulose e papel, refinaria de óleo, indústrias petroquímicas e químicos, diferentes tipos de válvulas de controle instalados em um sistema de tubulação da unidade 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 com 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, assim, o fluxo de material no processo de acordo com um sinal de controle de um controlador do processo.

[0004] As válvulas geralmente adotadas na indústria são frequentemente operadas por meio de atuadores pneumáticos. Estes atuadores convertem uma pressão pneumática em movimento da haste da válvula através da pressão atuando sobre um diafragma ou êmbolo conectado à haste. Os atuadores podem ser tanto de ação simples ou de ação dupla. Com os dispositivos de ação simples, o movimento na direção oposta é efetuado por uma mola, 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 da mola fecha a válvula, o atuador é denominado de ação inversa. Os atuadores de ação dupla têm ar fornecido a ambos os lados do diafragma ou do êmbolo. O diferencial de pressão através do diafragma ou do êmbolo posiciona a haste da válvula. A operação automática é provida quando os sinais pneumáticos são controlados automaticamente pelo sistema de circuitos. O funcionamento semiautomático é provido por interruptores manuais no sistema de circuitos para as válvulas de controle de ar. Os atuadores hidráulicos podem também serem utilizados 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 normalmente receber comandos de controle ao longo de um fieldbus digital ou como um sinal de controle de 4...20 mA analógico. Protocolos HART (Highway Addressable Remote Transducer) permitem a transmissão de dados digitais junto com um sinal analógico convencional de 4 a 20 mA. Outros exemplos de sistemas de rede de comunicação industrial para controle em tempo real (“fieldbuses”) são Fieldbus e Profibus. Tipicamente, toda a energia elétrica para um posicionador é tomada a partir do fieldbus ou do 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 elétrica e uma unidade hidráulica ou pneumática que leva o sinal de controle elétrico e o converte a uma saída de pressão de fluido correspondente a um atuador. Este é muitas vezes referido como uma conversão (I/P) corrente para pressão. A unidade pneumática ou hidráulica pode compreender uma pré-fase e uma fase de saída. Uma vez que a energia elétrica disponível a partir do fieldbus ou loop de corrente analógico é muito limitada, a pré-fase pode primeiro converter o sinal de controle elétrico em uma pressão de fluido piloto menor, que é suficiente para controlar a fase de saída. A fase de saída é conectado a uma pressão de fluido de alimentação e amplifica o sinal de pressão piloto menor em um sinal de saída de pressão de fluido maior usado pelo atuador. A fase de saída é muitas vezes referido como um amplificador de pressão, uma pressão de reforço, ou um relé de pressão.

[0006] As fases de saída pneumática utilizadas em posicionadores podem ser grosseiramente agrupadas em arranjos de válvula direcional (“spool”) e arranjos de válvula de assentamento axial (“poppet”). Um exemplo simplificado da concepção de uma válvula direcional de 5/3 (5 passagens/3 estados) para controlar um atuador de dupla ação é ilustrado na Figura 1A, e o símbolo esquemático correspondente na Figura 1B. Em uma fase de saída de um tipo de válvula direcional 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 uma porta de pressão de alimentação 1 para as passagens do atuador 2, 4, e a partir das passagens do atuador 2,4 para as passagens de exaustão 3 e 5. Devido à estrutura da válvula direcional, existe sempre uma fuga de ar de alimentação através da válvula. As tolerâncias rigorosas tornam as técnicas de fabricação de válvulas de carretel muito exigentes. Geralmente, a fase de saída de um tipo de válvula direcional não é robusta a alterações no ambiente operacional e na fabricação.

[0007] Uma fase de saída com uma concepção de válvula de assentamento axial tem maior número de partes móveis do que uma válvula de assentamento axial. No entanto, as tolerâncias e folgas maiores permitidas para as peças da válvula direcional torna possível utilizar uma fabricação em massa econômica e técnicas de fabricação modernas. Um exemplo simplificado de concepção de uma válvula de assentamento axial convencional 4/2 (4 passagens/2 estados) para controlar um atuador de dupla ação é ilustrado na Figura 1C e o símbolo esquemático correspondente na Figura 1D. Como pode ser visto, em um arranjo de válvula de assentamento axial convencional, duas válvulas de assentamento axial separadas 8 e 9 são necessárias para controlar um fluxo de ar a partir de uma porta de pressão de alimentação 1 para as passagens do atuador 2, 4, e a partir das passagens do atuador 2, 4 para o orifício de exaustão 3. Na fase de saída convencional ilustrada na Figura 1C, a controlabilidade com uma única pressão piloto é insatisfatória, uma vez que os movimentos das válvulas de assentamento axial 8 e 9 não estão mecanicamente um conectado ao outro. A US 6276385 descreve uma fase de saída onde os movimentos das válvulas de assentamento axial são unidos por uma viga de ação para se moverem em unissonância, mas em direções opostas. A viga de ação é um braço oscilante rotativo sobre um eixo central. O movimento das válvulas de assentamento axial é agora sincronizado.

[0008] Tanto na fase de saída convencional ilustrada na Figura 1C e na fase de saída do US6276385, o controle das válvulas de assentamento axial requer forças muito grandes para superar as forças de pressão. A força limiar necessária para abrir uma válvula de assentamento axial torna-se grande e introduz um ponto significativo de interrupção dentro da região de controle. Esta característica de fases de saída da técnica anterior, do tipo de válvula de assentamento axial, torna o controle da fase de saída significativamente mais difícil.

[0009] Exemplos de fases de saída 3/2 (3 passagens/2 estados) do tipo de válvulas de assentamento axial de um atuador de ação simples são divulgados nas US6276385, US6957127, US8522818, US7458310 e US5261458.

Breve descrição da invenção

[0010] Um aspecto da presente invenção é prover um arranjo de válvula de fluido ou uma fase de saída com nova concepção.

[0011] Um aspecto da invenção é um arranjo de válvula de fluido e um posicionador de válvula, tal como definidos nas reivindicações independentes. As concretizações da invenção são divulgadas 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 o abastecimento de um atuador, particularmente, um atuador hidráulico ou pneumático, com uma pressão de fluido atuadora, compreendendo: - um corpo de válvula com um furo central, o furo central compreendendo uma câmara de pressão de alimentação interna, uma câmara de pressão de alimentação externa conectada a uma linha de entrada de pressão de alimentação, uma câmara do atuador, e uma câmara de exaustão; - uma haste axialmente móvel dentro do referido furo central e atuada por uma força piloto axial e uma força oposta axial afetando na haste; - uma borda dosadora e uma borda dosadora de contra-ação disposta coaxialmente com e controlada pela haste e disposta para controlar o fluxo de fluido a partir da câmara de pressão de alimentação externa para a câmara do atuador e, respectivamente, a partir da câmara do atuador para a câmara de exaustão; - um membro de vedação disposto coaxialmente com a haste entre a câmara de pressão de alimentação externa e a câmara de pressão de alimentação interna; - a câmara de pressão de alimentação interna sendo disposta para manter uma pressão de alimentação estabilizada provendo a força oposta axial afetando na haste dentro da câmara de pressão de alimentação interna; e - meio para estabilizar a pressão de alimentação na câmara interna.

[0013] Em uma concretização, o meio para estabilizar a pressão de alimentação na câmara interna compreende um percurso de fluxo restrito entre a câmara de pressão de alimentação interna e a câmara de pressão de alimentação externa.

[0014] Em uma concretização, o percurso de fluxo restrito é disposto para diminuir a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna para a pressão de alimentação na câmara de pressão de alimentação externa com uma taxa predeterminada.

[0015] Em uma concretização, o percurso de fluxo restrito é disposto para aumentar a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna em uma taxa pré-determinada, se a pressão de alimentação na câmara de pressão de alimentação externa for mais elevada do que a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna.

[0016] Em uma concretização, o percurso de fluxo restrito compreende um restritor de fluxo.

[0017] Em uma concretização, o restritor de fluxo é um orifício 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.

[0018] Em uma concretização, o meio para estabilizar a pressão de alimentação na câmara interna compreende uma válvula de retenção ou um dispositivo de controle de fluxo semelhante configurado para bloquear uma alimentação de fluxo pressurizado no percurso entre a câmara de alimentação interna e a câmara de alimentação externa, se a pressão na câmara de alimentação externa cai abaixo da pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de alimentação interna e, de outra forma, disposto para abrir o percurso de fluxo pressurizado de alimentação.

[0019] Em uma concretização, o membro de vedação compreende um retentor, um anel de vedação, um diafragma de vedação ou foles de vedação.

[0020] Em uma concretização, o membro de vedação é um retentor anelar disposto para vedar a câmara de pressão de alimentação interna da câmara de pressão de alimentação externa, se a pressão na câmara de pressão de alimentação externa cai abaixo da pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna, e disposto para permitir a pressão de alimentação a partir da câmara de pressão de alimentação externa para a câmara de pressão de alimentação interna para aumentar a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna, se a pressão de alimentação na câmara de pressão de alimentação externa for mais alta do que a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna.

[0021] Em uma concretização, o arranjo de válvula de fluido, compreende um percurso de fluxo mais restrito a partir da entrada de pressão de alimentação da câmara de pressão de alimentação externa para uma pré-fase que controla uma pressão piloto e, assim, a força piloto axial.

[0022] Em uma concretização, o percurso de fluxo restrito e o percurso de fluxo mais restrito são dimensionados de modo que uma taxa de mudança da força oposta axial e a taxa de mudança da força piloto serem aproximadamente iguais, devido a uma mudança na pressão de alimentação na câmara de pressão de alimentação externa.

[0023] Em uma concretização, o meio para estabilizar a pressão de alimentação na câmara interna compreende uma válvula de retenção ou um dispositivo de controle de fluxo semelhante configurado para bloquear uma alimentação de fluxo pressurizado no percurso entre a câmara de alimentação interna e a câmara de alimentação externa, se a pressão na câmara de alimentação externa cai abaixo da pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de alimentação interna e, de outra forma, disposto para abrir o percurso de fluxo pressurizado de alimentação.

[0024] Em uma concretização, o meio para estabilizar a pressão de alimentação na câmara interna compreende uma válvula de retenção ou um dispositivo de controle de fluxo semelhante configurado para bloquear uma alimentação de fluxo pressurizado no percurso entre a câmara de alimentação interna e a câmara de alimentação externa, se a pressão na câmara de alimentação externa cai abaixo da pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de alimentação interna e, de outra forma, disposto para abrir o percurso do fluxo pressurizado de alimentação, e compreendendo um percurso de fluxo restrito a partir da câmara de pressão de alimentação interna para uma pré-fase que controla uma pressão piloto e, assim, a força piloto axial.

[0025] Em uma concretização, uma da borda dosadora e da borda dosadora de contra-ação compreende um anel de assentamento axial suportado pelo elemento flexível na haste e na respectiva superfície de sede de acoplamento sobre um corpo de válvula, e a outra borda dosadora e a borda dosadora de contra-ação compreendem um anel de assentamento axial suportado por um elemento flexível ao corpo de válvula e a respectiva superfície de sede de acoplamento sobre a haste, o arranjo de suporte permitindo um movimento axial relativo do anel de assentamento axial e o suporte do corpo de válvula ou da haste também em um estado fechado da respectiva borda dosadora.

[0026] Em uma concretização, cada um dos elementos flexíveis compreende um respectivo elemento de vedação, preferivelmente, um diafragma de vedação ou foles de vedação.

[0027] Em outro aspecto da invenção, está um posicionador de válvula de processo, compreendendo uma unidade eletrônica com uma saída de controle elétrico e uma unidade pneumática ou hidráulica disposta para converter a saída de controle elétrico para uma saída de pressão de fluido correspondendo a um atuador, a referida unidade pneumática ou hidráulica compreendendo um arranjo de válvula de fluido, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 15.

[0028] Em uma concretização, a unidade pneumática ou hidráulica compreende uma pré-fase e uma fase de saída, a pré-fase sendo disposto para converter a saída do controle elétrico em uma pressão piloto que seja suficiente para controlar a fase de saída, a fase de saída compreendendo um arranjo de válvula de fluido de acordo com as concretizações da invenção.

[0029] Ainda outro aspecto da invenção é um 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

[0030] A seguir, a invenção será descrita por meio de concretizações exemplificativas com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[0031] As Figuras 1A e 1B ilustram um exemplo simplificado de uma válvula direcional de 5/3 da técnica anterior e, respectivamente, o símbolo esquemático correspondente;

[0032] As Figuras 1C e 1D ilustram um exemplo simplificado de uma válvula direcional de 4/2 da técnica anterior e, respectivamente, o símbolo esquemático correspondente;

[0033] 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;

[0034] A Figura 3 ilustra, esquematicamente, um arranjo de válvula de fluido de acordo com concretizações exemplificativas adicionais;

[0035] As Figuras 4A, 4B e 4C ilustram, esquematicamente, um exemplo do suporte flexível de um anel de assentamento axial para a haste nas três posições da haste;

[0036] As Figuras 5A e 5B ilustram, esquematicamente, exemplos de anéis de assentamento axial equilibrados por pressão de acordo com as concretizações da invenção;

[0037] As Figuras 6, 7 e 8 ilustram, esquematicamente, um arranjo de válvula de fluido ainda de acordo com outras concretizações exemplificativas;

[0038] A Figura 9 ilustra, esquematicamente, um exemplo de um restritor de fluxo;

[0039] As Figuras 10A e 10B ilustram, esquematicamente, arranjos de válvulas de fluido de acordo com outras concretizações exemplificativas com uma estabilização da pressão piloto;

[0040] A Figura 11 ilustra um diagrama de blocos esquemático de um sistema exemplificativo de automação de processo;

[0041] A Figura 12 ilustra um arranjo exemplificativo onde um atuador pneumático opera a válvula de processo sob o controle do posicionador de válvula; e

[0042] A Figura 13 mostra um diagrama de blocos esquemático de um controlador de válvula inteligente exemplificativo onde pode ser aplicado um arranjo de válvula de fluido de acordo com concretizações da invenção.

Exemplos das concretizações da invenção

[0043] No pedido de patente co-pendente finlandês FI20155177 tendo a mesma depositante, um arranjo de válvula de fluido ou uma fase de saída é divulgado que proporciona várias características melhoradas. A divulgação de FI20155177 é aqui incorporada por referência para prover uma descrição mais detalhada sobre as estruturas do arranjo da válvula de fluido onde os princípios e as concretizações da presente invenção podem ser aplicados. Um arranjo de válvula de fluido do tipo divulgado na FI20155177 pode ser implementado com válvulas do tipo de assentamento axial ou semelhantes. Um arranjo de válvula do tipo de assentamento axial pode, ao contrário de uma válvula direcional, ser feita praticamente livre de vazamento sem o uso de vedações macias que são propensas ao desgaste. A técnica de fabricação requerida não é tão exigente como a de uma válvula direcional de pequena folga. Apesar do maior número de componentes, os custos de fabricação são competitivos. As bordas dosadoras de um arranjo de válvula podem ser juntas acopladas mecanicamente por uma haste e suportadas por elementos flexíveis. O movimento relativo axial das bordas dosadoras e da haste ou de um corpo de válvula pode ser permitido na direção de fechamento também após terem atingido as suas posições fechadas. Em uma válvula de assentamento axial convencional, quando a válvula está fechada, o movimento do obturador não pode ser continuado na direção de fechamento. Isto permite um controle preciso de uma válvula de assentamento axial com uma força piloto, tal como com uma pressão piloto.

[0044] Nas Figuras 2A, 2B e 2C, um arranjo de válvula de fluido 20 que pode ser conectado a uma alimentação de fluido sob pressão para fornecer um atuador com uma pressão de fluido de controle, de acordo com uma concretização exemplificativa da invenção, é ilustrado esquematicamente.

[0045] Na Figura 3, um arranjo de válvula de fluido 20, de acordo com outras concretizações exemplificativas é ilustrado esquematicamente em maior detalhe. Os mesmos símbolos de referência nas Figuras 2A, 2B, 2C, e 3 referem-se aos mesmos ou correspondentes elementos, estruturas, funcionalidades e características.

[0046] Nas concretizações exemplificativas, um arranjo de válvula 3/3 com três passagens e três posições ou estados para controlar um atuador de ação simples ou um dispositivo correspondente é ilustrado. No entanto, os mesmos princípios podem ser aplicados também a arranjos de válvulas com outro número de passagens e/ou posições ou estados.

[0047] O arranjo da válvula 20 compreende uma estrutura ou corpo alongado 201 tendo um furo central axial ou câmara 202 com um orifício de alimentação S ou uma câmara de alimentação 202C para receber uma alimentação de fluido sob pressão, uma abertura do atuador C ou câmara do atuador 202D para proporcionar uma pressão de fluido de controle para um atuador de ação simples, e uma abertura de exaustão EX ou uma câmara de exaustão 202C para ventilação (por exemplo, para o ambiente) da pressão do fluido a partir da abertura do atuador C.

[0048] De acordo com um aspecto da invenção 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 peças dispostas de modo a formar uma única haste rígida quando instalada no arranjo de válvula. A haste 203 se estende através de uma pluralidade de anéis de assentamento axial PR3 e PR4 dispostos em posições espaçadas axialmente dentro do furo central 202. Cada anel de assentamento axial PR3 e PR4 é disposto coaxialmente com a haste 203 para cooperar com uma respectiva superfície de sede de acoplamento PS3 e PS4 para formar uma respectiva borda dosadora (que pode ser alternativamente denominada uma borda de controle) PR3/PS3 e PR4/PS4 formando orifícios de controle (ilustrada pelas setas nas Figuras 2B, 2C) para controlar o fluxo de fluido entre a abertura do atuador C (a câmara do atuador 202C) e uma da alimentação S (a câmara de alimentação 202D) e as passagens de exaustão EX (a câmara de exaustão 202B). Em uma posição fechada de uma borda dosadora, quando um anel de assentamento axial é pressionado contra uma respectiva superfície de sede de acoplamento, não existe substancialmente qualquer fluxo de fluido através da borda dosadora. Deve ser apreciado que algum fluxo de fluido ou vazamento de fluido pode ser permitido em algumas concretizações, embora a borda dosadora seja considerada a ser fechada. Em uma posição aberta de uma borda dosadora, quando um anel de assentamento axial está separado a partir de uma respectiva superfície de sede de acoplamento e um orifício é aberto entre eles, é permitido um fluxo de fluido através da borda dosadora.

[0049] De acordo com um aspecto da invenção, as bordas dosadoras PR3/PS3 e PR4/PS4 do arranjo de válvula 20 são mecanicamente juntas conectadas pela haste 203 e suportadas por elementos flexíveis SD3 e SD4. O movimento relativo axial das bordas dosadoras e da haste 203 ou do corpo 201 é permitido na direção de fechamento também mediante eles terem atingido suas posições fechadas. Em uma válvula de assentamento axial convencional, quando a válvula está fechada, o movimento do obturador não pode ser continuado na direção de fechamento. Isto permite um controle preciso de uma válvula de assentamento axial.

[0050] De acordo com um aspecto da invenção, um par de bordas dosadoras de contra-ação é provido para a abertura do atuador C, de modo que ambas as bordas dosadoras do par de contra-ação sejam fechadas em uma posição central da haste, uma borda dosadora é fechada e a outra borda dosadora do par de contra-ação é aberta com o movimento da haste 203 para uma primeira direção axial, e a borda dosadora é aberta e a outra borda dosadora do par de contra-ação é fechado com o movimento da haste 203 para uma segunda direção axial oposta.

[0051] Um arranjo de válvula do tipo de assentamento axial pode, ao contrário de uma válvula direcional, ser feito praticamente livre de vazamento sem o uso de vedações macias que são propensas ao desgaste. A técnica de fabricação necessária não é tão exigente como a de uma válvula direcional de pequena folga. Apesar do maior número de componentes, os custos de fabricação são competitivos.

[0052] Em uma concretização, cada anel de assentamento axial PR3 e PR4 disposto coaxialmente com a haste 203 é suportado por um respectivo elemento flexível SD3 e SD4 ao corpo 201 ou à haste 203 de modo que o movimento relativo axial dos anéis de assentamento axial PR3 e PR4 e da haste 203 ou do corpo 201 na direção de fechamento é também permitido mediante os anéis de assentamento axial terem atingido suas posições fechadas.

[0053] Em uma concretização, o elemento flexível SD3 e SD4 é um diafragma de vedação anular ou um fole de vedação anular, tal como ilustrado nos exemplos da Figura 3, e das Figuras 4A, 4B e 4C.

[0054] Em uma concretização, cada anel de assentamento axial PR3 e PR4 tem uma respectiva superfície de sede de acoplamento PS3 e PS4 formada por uma seção de maior diâmetro da haste 203, tal como, ressalto ou flange, ou formada por uma seção de corpo radialmente saliente dentro do furo central 202 do assim proporcionando uma seção de menor diâmetro do furo central 202, tal como, um ressalto interno ou flange do corpo 201.

[0055] Em uma concretização da invenção, o anel de assentamento axial PR4 é apoiado no corpo da válvula 201 por um elemento flexível SD4 na sua circunferência externa, enquanto a sua circunferência interna é livre. O anel de assentamento axial PR4 pode projetar-se radialmente para dentro ao furo central 202 e ter uma respectiva superfície de sede de acoplamento PS4 formada pela respectiva seção extrema de maior diâmetro 203B da haste 203. O anel de assentamento axial PR3 é apoiado à haste 203 por um respectivo elemento flexível SD3 na sua circunferência interna, enquanto a sua circunferência externa é livre. O anel de assentamento axial PR3 tem uma respectiva superfície de sede de acoplamento PS3 formada no corpo de válvula 201.

[0056] De acordo com um aspecto da invenção, um par de bordas dosadoras de contra-ação PR3/PS3 e PR4/PS4 é provido para a abertura do atuador C, de tal modo que ambas as bordas dosadoras do par de contra-ação são fechadas em uma posição central da haste, uma borda dosadora é fechada e a outra borda dosadora do par de contra-ação é aberta com o movimento da haste 203 para uma primeira direção axial, e uma borda dosadora é aberta e a outra borda dosadora do par de contra- ação é fechada com o movimento da haste 203 para uma segunda direção axial oposta.

[0057] Em uma concretização, a borda dosadora PR3/PS3 controla o fluxo de fluido entre a abertura do atuador C (a câmara do atuador 202D) e passagem de alimentação S (a câmara de alimentação 202C), e a borda dosadora PR4/PS4 controla o fluxo de fluido entre a abertura do atuador C (a câmara do atuador 202D) e a abertura de exaustão EX (a câmara de exaustão 202C).

[0058] Em concretizações alternativas, todos os anéis de assentamento axial podem ser apoiados pelos respectivos elementos de vedação flexíveis à haste 202, de um modo semelhante como o anel de assentamento axial PR3, e todas as superfícies de sede de acoplamento podem ser dispostas sobre o corpo de válvula 201, de um modo semelhante como a superfície de sede de acoplamento PS3. Em outras concretizações alternativas, todos os anéis de assentamento axial podem ser apoiados pelos respectivos elementos de vedação flexíveis ao corpo da válvula 201, de um modo semelhante como o anel de assentamento axial PR4, e todas as superfícies de sede de acoplamento podem ser dispostas sobre a haste 203, de um modo semelhante como na superfície de sede de acoplamento PS4. No entanto, neste caso, alguns dos anéis de assentamento axial não estariam no lado de pressão mais elevada da respectiva borda dosadora que pode causar problemas em um controle de fluxo e em um equilíbrio por pressão.

[0059] Em uma concretização, elementos elásticos pré- carregados, tais como, molas, são providos para causar as forças de fechamento para as bordas dosadoras. Por exemplo, uma ou mais molas de pré-carregada 213 pode ser disposta em torno da haste 203 entre a parte superior do corpo 201 e o anel de assentamento axial PR3 para exercer uma força de fechamento axial sobre o anel de assentamento axial PR3 e pressioná-lo contra a superfície de sede de acoplamento PS3. Do mesmo modo, pode haver uma ou mais molas pré- carregadas em torno da haste 203 no furo central 202 na abertura do atuador C (a câmara do atuador 202D) para encostar o anel de assentamento axial PR4 na outra extremidade e em um elemento de apoio adequado, tal como, um ressalto, no corpo 201 ou na haste 203 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.

[0060] Na posição central fechada da haste 203 ilustrada na Figura 2A, não existe força resultante axial F_tot que iria deslocar a haste 203 a partir da posição central na direção axial. Todas as bordas dosadoras PR3/PS3 e PR4/PS4 são fechadas, isto é, cada anel de assentamento axial PR3 e PR4 é pressionado contra a sua respectiva superfície de sede de acoplamento PS3 e PS4. Não existe fluxo de fluido entre as passagens EX, C e S (ou seja, as câmaras 202B, 202C e 202D). As Figuras 4A, 4B e 4C ilustram, esquematicamente, um exemplo de implementação do suporte flexível SD3 para o anel de assentamento axial PR3 à haste 203. O apoio flexível SD3 pode estar na forma de um diafragma de vedação anular dobrado tendo um círculo interno fixado à periferia externa da haste 203 e tendo um círculo externo fixado ao círculo interno do anel de assentamento axial PR3. A superfície de sede de acoplamento 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 assentamento axial PR3 se assenta contra a superfície de vedação de acoplamento PS3. Deve ser apreciado que a posição fechada de uma borda dosadora pode compreender um subintervalo do movimento total, por exemplo, 10 % do movimento total e, consequentemente, o diafragma de vedação pode ser ligeiramente deformado, ou seja, aproximadamente, ou quase não deformado.

[0061] A força resultante axial F_tot pode ser formada por uma força piloto axial F_pil afetando em uma extremidade da haste 203 e uma força oposta axial F_sup afetando sobre a extremidade oposta da haste 203. Em uma concretização exemplificativa, a força piloto F_pil pode ser provida por uma pressão de fluido piloto que em uma câmara de pressão piloto 210 afeta sobre um diafragma piloto 206 e um êmbolo 207 disposto em uma extremidade da haste 203, como ilustrado na Figura 3.

[0062] A força resultante axial F_tot é zero quando a força piloto axial F_pil e a força oposta axial F_sup são 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 sua abertura presente). Quando a força piloto axial F_pil aumenta para ser maior do que a força oposta axial F_sup, uma força resultante axial positiva F_tot é criada, e a haste 203 se move para cima (para um sentido positivo) como ilustrado nas figuras 2B, 3 e 4B. Um elemento de engate 205, tal como um ressalto, na haste 203 se engata ao anel de assentamento axial PR3 e move o mesmo para cima abrindo assim a terceira borda dosadora PR3/PS3, e o fluido escoa a partir da passagem de alimentação S para a abertura do atuador C. Nos exemplos mostrados nas Figuras 3A e 4B, o formato em U dobrado do diafragma de vedação SD3 assume ou mantém, aproximadamente, formato não deformada, uma vez que o anel de assentamento axial PR3 pode mover livremente com a haste 203. Ao mesmo tempo a borda dosadora de contra-ação PR4/PS4 é mantida fechada conforme a superfície de sede PS4 movendo para cima da haste 203 se engate a se move para cima o anel de assentamento 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 assentamento axial PR4 em relação ao corpo 201. Além disso, a superfície de sede PS1 da haste 203 se move para cima e é separada do anel de assentamento axial PR1 abrindo assim a primeira borda dosadora PR1/PS1, e o fluido escoa a partir da abertura do atuador C1 para a abertura de exaustão 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 assentamento axial PR2, uma vez que é apoiado de forma flexível à haste 203, é mantido estacionário contra a superfície de sede de acoplamento PS2 sobre o corpo 201 enquanto que a haste 203 se move para cima através do anel de assentamento axial PR2. Assim, a borda dosadora 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 assentamento axial PR2 em relação à haste 203. O atuador se move em uma primeira direção (por exemplo, 100 % em direção da abertura de uma válvula de controle).

[0063] A partir da posição ilustrada nas Figuras 2B e 4B, quando a força piloto axial F_pil diminui para ser igual a e então menor do que a força oposta axial F_sup, a força resultante axial positiva F_tot é primeiro diminuída e, em seguida, uma força resultante axial negativa F_tot é criada, e a haste 203 se move para baixo (para uma direção negativa) como ilustrado nas Figuras 2C, 3 e 4C, a superfície de sede PS4 da haste 203 se move para baixo e é separada do anel de assentamento axial PR4 abrindo desse modo a borda dosadora PR4/PS4, e os fluxos de fluido a partir da abertura do atuador C para a abertura de exaustão EX. No exemplo mostrado na Figura 3, a forma em U do diafragma de vedação SD4 é restaurada a forma original, aproximadamente, ou quase de forma não deformada com o movimento para baixo do anel de assentamento axial PR4 em relação ao corpo 201. Ao mesmo tempo, o anel de assentamento axial PR3, uma vez que é apoiado de forma flexível à haste 203, se move contra a superfície de sede de acoplamento PS3 sobre o corpo 201 e ali para enquanto a haste 203 está movimentando-se para baixo. Assim, a borda dosadora PR3/PS3 é fechada. Nos exemplos mostrados nas Figuras 3 e 4C, a forma em U do diafragma de vedação SD3 é deformada para permitir o movimento para cima do anel de assentamento axial PR3 em relação à haste 203. O atuador se move em uma segunda direção (por exemplo, na direção de 0 % de abertura de uma válvula de controle).

[0064] De acordo com um aspecto da invenção, os anéis de assentamento axial PR3 e PR4 podem ser equilibrados por pressão. Um anel de assentamento axial pode ser dimensionado e formado de forma que as forças de pressão do fluido exercidas sobre o anel de assentamento axial sejam compensadas para tornar a força de pressão de fluido resultante, afetando na respectiva borda dosadora, muito pequena ou nula. Como um resultado, as forças de controle necessárias para mover a haste são apenas frações das forças de controle necessárias nos arranjos de válvulas de assentamento axial desequilibradas. Isto proporciona uma possibilidade para controlar a haste 203 mais rapidamente do que nas válvulas de assentamento axial da técnica anterior (resultando em um melhor controle) ou com uma pressão piloto menor (resultando em uma necessidade de energia menor de um controlador). A compensação das forças de pressão do fluido resulta também em uma operação linear da haste 203 ao longo de uma faixa de controle. Nas soluções da técnica anterior as altas forças de pressão do fluido não compensadas induzem um ponto de interrupção significante (uma grande zona morta) exatamente no meio da faixa de controle. Portanto, os anéis de assentamento axial equilibrados por pressão resultam em uma controlabilidade significativamente melhor de um arranjo de válvula de assentamento axial de acordo com uma concretização exemplificativa, em comparação com os arranjos de válvulas de assentamento axial da técnica anterior. Isto permite que empregando uma fase de saída de alta capacidade também para o controle de atuadores pequenos sem uma perda na precisão de controle de uma válvula do processo.

[0065] Os anéis de assentamento axial PR3 e PR4 são exemplos de anéis de assentamento axial equilibrados por pressão. Outro exemplo de um anel de assentamento axial equilibrado por pressão é ilustrado na Figura 5A. O anel de assentamento axial exemplificativo é ilustrado quando usado no lugar do anel de assentamento axial equilibrado por pressão PR3, mas anel de assentamento axial semelhante pode ser usado no lugar de qualquer um dos anéis de assentamento axial ilustrado nas Figuras 2A, 2B, 2C, 3, 4A, 4B e 4C. Na Figura 5A a borda dosadora PR3/PS3 é mostrada em uma posição fechada. O anel de assentamento axial PR3 está no lado da alta pressão (a pressão de alimentação SP) na câmara de pressão de alimentação 202C. O diafragma de vedação flexível SD3 pode prover uma vedação estanque ao ar entre o anel de assentamento axial PR3 e a haste 203, fixando o anel de assentamento axial PR3 à haste 203 enquanto permitindo um movimento relativo axial do anel de assentamento axial PR3 e da haste 203. A geometria do anel de assentamento axial PR3 pode ser tal que a borda dosadora efetiva PR3/PS3 é formada em uma extremidade anelar 501 que é relativamente estreita na direção radial. O ponto mediano da dobra no diafragma de vedação SD3 pode ser, aproximadamente, alinhado com a extremidade anelar 501 na direção axial (direção vertical na Figura 5A), como ilustrado por uma linha de simetria 200 na Figura 5A. Na extremidade oposta do anel de assentamento 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 de pressão axial (para baixo) exercida no anel de assentamento axial PR3 submetido a força de pressão axial (para baixo) devido à pressão de alimentação SP. A geometria do anel de assentamento axial PR3 pode ser selecionada de modo que o lado de alta pressão seja estendido por baixo do anel de assentamento axial até a extremidade anelar 501, como ilustrado por uma câmara de alta pressão 202G. A superfície inferior 503 voltada para a câmara 202G pode ser dimensionada de modo que a pressão de alimentação SP afetando na superfície inferior do anel de assentamento axial PR3 irá prover uma força de pressão de compensação axial (para cima) que é aproximadamente igual à força de pressão para baixo. Deste modo, a força de pressão resultante afetando no anel de assentamento axial PR3 é muito pequena ou nula de um lado (esquerdo) da linha de simetria 200. No lado de baixa pressão a pressão baixa pode estar presente em um espaço 202F sob o diafragma flexível SD3 e acima de um ressalto que se estende radialmente para dentro 504 do anel de assentamento axial PR3. As dimensões do ressalto 504 podem ser tais que a força da pressão para baixo causada pelo fluido de baixa pressão na superfície superior do ressalto 504 irá compensar, aproximadamente, a força de pressão para cima causada pela baixa pressão de fluido sob o anel de assentamento axial PR3. O elemento 502 é um exemplo de fixação do diafragma de vedação flexível SD3 ao anel de assentamento axial PR3. Um anel de assentamento axial semelhante pode ser usado em lugar do anel de assentamento axial PR4 que está flexivelmente conectado ao corpo 201. O perfil de PR4 pode ser uma imagem em espelho do que do ilustrado na Figura 5A. A Figura 5B ilustra um outro exemplo de perfil de um anel de assentamento axial (PR3 é mostrado como um exemplo).

[0066] Em uma concretização exemplificativa, a força piloto F_pil pode ser provida por uma pressão de fluido piloto afetando em um diafragma piloto 206 e um êmbolo 207 disposto em uma extremidade da haste 203. Um elemento pré- carregado elástico 212, tal como, uma mola disposta na extremidade oposta da haste 203, pode ser provido para acionar a válvula para uma posição segura no caso de uma falha, por exemplo, quando a pressão de alimentação SP ou a energia elétrica é perdida.

[0067] Em uma concretização exemplificativa, a força oposta F_sup pode ser provida por uma pressão de alimentação SP afetando em um êmbolo oposto 203A disposto na extremidade da haste 203, conforme ilustrado na Figura 3. A pressão do fluido em uma câmara 202C pode ser a pressão de alimentação SP e o dimensionamento do êmbolo oposto 203A e/ou o anel de assentamento axial PR3 podem ser empregados para dimensionar a força oposta F_sup para ser igual a força piloto F_pil provida pela pressão piloto na câmara 210, de tal modo que a força resultante axial F_tot é cerca de zero na posição central. Derivando também a força oposta F_sup da pressão de alimentação SP torna tanto a força oposta F_sup e a força piloto F_pil em dimensão com a pressão de alimentação SP que pode variar proporcionando, assim, uma construção de pressão equilibrada de fornecimento.

[0068] Um exemplo das forças em um arranjo de válvula do tipo de assentamento axial equilibrada de acordo com as concretizações exemplificativas será examinado a seguir com referência às Figuras 3 e 5A. A haste é atuada com força piloto F_pil e a força oposta F_sup. F_tot = F_pil - F_sup

[0069] A pressão de alimentação SP se afeta sobre a haste 203 através da área definida pela linha de simetria 200 e tendo o diâmetro D, proporcionando assim uma força oposta F_sup F_sup = A*p= π* (D/2)*2*SP

[0070] A pressão de alimentação também afeta na área do anel de assentamento axial PR3 do lado de fora da linha de simetria 200, mas em situações estáticas esta área começa e termina no mesmo diâmetro (na linha de simetria 200), portanto, a força total a partir da área do lado de fora da linha de simetria 200 é cerca de 0 Newton.

[0071] No entanto, os inventores observaram que, em situações dinâmicas onde o fluido de pressão de alimentação escoa para a câmara do atuador 202D a partir da câmara de alimentação 202C através de uma abertura da borda dosadora PR3/PS3, a pressão de alimentação SP pode cair subitamente, o que leva a cair na força oposta axial F_sup, e aumentar na força resultante axial F_tot. Aumentando a força resultante F_tot irá mover a haste 203 para cima, abrindo deste modo a borda dosadora mais e caindo ainda mais a pressão de alimentação SP. Esta cadeia de evento se repete até que um novo equilíbrio é encontrado. O movimento da haste 203, portanto, torna-se um tanto descontrolado. Em algumas circunstâncias, a cadeia de eventos pode repetir até que a haste 203 está na posição totalmente aberta. Um controlador, tal como, um posicionador de válvula, é capaz de “puxar de volta” a haste (através da redução da F_pil com o controle da pressão piloto) conforme este observa que muito ar está em movimento. No entanto, geralmente o controlador não é capaz de fazer isso de forma rápida e precisa o suficiente.

[0072] Um aspecto da invenção é o de evitar um movimento da haste descontrolado ou instável em um arranjo de válvula de fluido.

[0073] De acordo com um aspecto da invenção, uma câmara de alimentação é dividida em duas câmaras diferentes, uma câmara de alimentação externa e uma câmara de alimentação interna, por um membro de vedação. A câmara interna é usada para atuar a haste enquanto a câmara externa é conectada a uma linha de pressão de alimentação e utilizada para alimentar uma câmara do atuador. Também são providos meios para estabilizar a flutuação da pressão de alimentação na câmara interna.

[0074] Nas Figuras 6, 7 e 8, os arranjos de válvula de fluido 60, de acordo com outras concretizações exemplificativas, são ilustrados esquematicamente em maiores detalhes. Basicamente, o arranjo de válvula 60 pode incluir todas as características do arranjo de válvula 20 descrito acima. A Figura 6 ilustra um arranjo de válvula 60 substancialmente idêntico ao arranjo de válvula 20 na Figura 3, exceto para algumas características adicionais. A Figura 7 ilustra um arranjo de válvula exemplificativo simplificado e mais esquemático 60 com alguns detalhes ocultos. A Figura 8 ilustra um outro arranjo de válvula exemplificativo esquemático 60 com diferentes tipos de meios para estabilizar a flutuação da pressão de alimentação na câmara interna. Os mesmos símbolos de referência nas Figuras 6, 7 e 8, bem como nas Figuras 2A, 2B, 2C, 3, 4A, 4B, 4C, 5A e 5B referem-se aos mesmos ou correspondentes elementos, estruturas, funcionalidades e características, e os mesmos princípios podem ser aplicados conforme aqui descrito em conexão com o arranjo de válvula de fluido 20.

[0075] Nas concretizações exemplificativas mostradas nas Figuras 6, 7 e 8, uma câmara de alimentação é dividida em duas câmaras diferentes, uma câmara de alimentação externa 202C e uma câmara de alimentação interna 202E por um membro de separação ou vedação 603. A câmara interna 202E é usada para atuar a haste 202 enquanto a câmara externa 202C é conectada a uma linha de alimentação de pressão (não mostrada) e utilizada para alimentar uma câmara do atuador 202D. Uma parede de divisão ou separação, tal como, um suporte de vedação 602, pode ser provido para circundar uma parte extrema da haste 203, tal como a parte do êmbolo oposto 203A. O suporte de vedação 602 pode definir uma câmara com a extremidade superior fechada, enquanto que a haste 203 se estende para dentro da câmara a partir da extremidade inferior da câmara e é capaz de se mover axialmente dentro da câmara. Pelo menos uma parte do perfil interno radial do suporte de vedação 602 pode ser disposto para encaixar, de forma justa ou livre, ao perfil externa radial do êmbolo oposto 203A e o ajuste é vedado por um membro de vedação anelar 603. Nas concretizações exemplificativas ilustradas nas Figuras 6 e 7, a superfície interna do suporte de vedação 602 pode ser provida com uma ranhura anelar ou um flange anelar ou qualquer outra estrutura que retenha o membro de vedação 603. Desse modo, o membro de vedação 603 é estacionário em relação à haste 203 movendo axialmente. Nas concretizações exemplificativas ilustradas nas Figuras 6 e 7, o membro de vedação 603 é um retentor (“lip seal”) tendo um rebordo que pressiona contra a superfície externa do êmbolo oposto 203A. No entanto, qualquer outro tipo de vedação ou elemento de separação pode ser utilizado para o membro de vedação 603, tal como, um anel de vedação, um diafragma de vedação, um fole de vedação, um encaixe justo, etc.. Algum vazamento de ar pode ser permitido para a vedação ou membro de separação 603.

[0076] A extremidade superior do êmbolo oposto 203A, geralmente a extremidade da haste 203, que está disposta de modo a mover-se axialmente dentro do suporte de vedação 602 e do membro de vedação 603, tem uma superfície externa de acoplamento para o elemento de vedação. O comprimento da superfície externa de acoplamento na direção axial é preferivelmente pelo menos o comprimento do movimento axial ou um curso do êmbolo 203A. Nas concretizações exemplificativas da invenção um recesso pode ser provido na superfície superior do êmbolo 203A para um elemento pré- carregado elástico 212, tal como, uma mola disposta na extremidade oposta da haste 203, que pode ser provida para direcionar a válvula para uma posição segura no caso de uma falha, por exemplo, quando a pressão de alimentação SP ou a energia elétrica é perdida. Tendo o elemento elástico 212 parcialmente dentro da haste 203 permite que o elemento elástico 212 forte o suficiente e a superfície de acoplamento extensa o suficiente da haste sem a necessidade de qualquer aumento substancial na dimensão axial do corpo da válvula 201. No exemplo mostrado na Figura 6, um flange cilíndrico anular 604 é provido na extremidade superior do êmbolo 203A, de modo que um recesso para o elemento elástico 212 seja definido. A superfície radial externa do flange 604 proporciona, pelo menos, parte da superfície de acoplamento do êmbolo 203A no sentido axial. Na concretização exemplificativa ilustrada na Figura 7, um êmbolo oposto 203A sem qualquer recesso ou flange 604 é mostrado.

[0077] Alternativamente, a haste 203, ou mais particularmente, o êmbolo oposto 203A, pode ser provida com uma estrutura, tal como, uma ranhura, para a retenção de um membro de vedação semelhante à do membro de vedação 603. Em tal caso, o membro de vedação irá se mover axialmente com o êmbolo oposto 203 dentro da câmara definida pela parede divisória 602. O membro de vedação, tal como um rebordo de um retentor, será pressionado sobre uma superfície interna de acoplamento da parede divisória 602.

[0078] De acordo com um aspecto da invenção, a flutuação de uma pressão de alimentação SP retida na câmara interna 202E é estabilizada. Em concretizações exemplificativas da invenção, um percurso de fluxo restrito, tal como um percurso de fluxo restrito 605 ilustrado nas Figuras 6 e 7, pode ser provido entre a câmara de alimentação interna 202E e a câmara de alimentação externa 202C (incluindo uma seção de um canal de pressão de alimentação S perto da câmara externa atual 202C). Através do percurso de fluxo restrito 605, flutuações de pressão de alimentação repentinas na câmara externa 202C são removidas da câmara interna 202E, enquanto que as alterações da pressão de alimentação mais lentas ou permanentes na câmara externa 202C irão passar através da câmara interna 202E. Assim, uma pressão de alimentação estabilizada na câmara interna 202E pode de uma maneira controlada e estável, seguir qualquer flutuação na pressão de alimentação na câmara externa 202C, de modo que rápidos movimentos ou transposições (“overshoots”) descontrolados da haste da válvula 203 podem ser evitados.

[0079] Por exemplo, o percurso de fluxo restrito 605 pode ser disposto de modo a diminuir a pressão de alimentação estabilizada SP retida na câmara de pressão de alimentação interna 202E para a pressão de alimentação SP na câmara de pressão de alimentação externa com uma taxa predeterminada, por exemplo, se a pressão de alimentação na câmara externa 202C cai repentinamente quando onde o fluido de pressão de alimentação escoa para a câmara do atuador 202D a partir da câmara de alimentação externa 202C através de uma abertura da borda dosadora PR3/PS3. Da mesma forma, o percurso do fluxo restrito 605 pode ser disposto de modo a elevar a pressão de alimentação estabilizada SP retida na câmara de pressão de alimentação interna 202E em uma taxa predeterminada se, em seguida, a pressão de alimentação na câmara de pressão de alimentação externa 202C for mais alta do que a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna. Além disso, no primeiro momento a pressão de alimentação SP é aplicada ao arranjo de válvula 60, o percurso de fluxo restrito 605 irá permitir que a pressão de alimentação chegue à câmara de alimentação interna 202E. Além disso, se um usuário aumenta a pressão de alimentação, em algum momento, o percurso de fluxo restrito 605 irá permitir que a pressão de alimentação elevada chegue à câmara de alimentação interna. Mais ainda, se o usuário diminui a pressão de alimentação ao longo do tempo, o percurso de fluxo restrito 605 irá permitir que o ar saia da câmara de alimentação interna a fim de também diminuir a pressão de alimentação na câmara de alimentação interna.

[0080] Com referência às Figuras 6 e 7, vamos examinar um exemplo das forças em um arranjo de válvula de assentamento axial equilibrada com uma câmara de pressão de alimentação externa e uma câmara interna de acordo com concretizações exemplificativas. A haste 203 é atuada com uma força piloto F_pil e a força oposta F_sup. F_tot = F_pil - F_sup

[0081] Ao contrário das concretizações com uma única câmara de alimentação, a pressão de alimentação afetando na haste 203 é agora a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara interna 202E. Mais uma vez, a pressão de alimentação estabilizada SP afeta a haste 203 através da área definida pela linha de simetria 200 e tendo o diâmetro D, proporcionando assim, uma força oposta F_sup F_sup = A*p= π* (D/2)*2*SP

[0082] Novamente, a pressão de alimentação estabilizada também afeta sobre a área do anel de assentamento axial PR3 fora da linha de simetria 200, mas em situações estáticas esta área começa e termina no mesmo diâmetro (na linha de simetria 200), portanto, a força total a partir da área fora da linha de simetria 200 é cerca de 0 Newton.

[0083] No entanto, em situações dinâmicas onde a pressão do fluido de alimentação escoa para a câmara do atuador 202D, a partir da câmara de alimentação 202, através de uma abertura da borda dosadora PR3/PS3 e a pressão de alimentação SP na câmara externa 202C cai repentinamente, a pressão de alimentação estabilizada se mantém dentro câmara interna substancialmente inalterada ou constante. Portanto, a força F__sup afetando a haste 203 permanece substancialmente inalterada ou constante, o que significa que a haste 203 e a borda dosadora PR3/PS3 também ficam no lugar até que a força piloto F_pil seja alterada. Não existe necessidade de um controlador para “puxar para trás” a haste 203 de vez em quando, e de modo que o controlador deva ser capaz de executar uma estratégia de controle mais agressiva do que com concretizações tendo uma câmara de pressão de alimentação.

[0084] Em algumas concretizações, o percurso de fluxo restrito 605 pode compreender uma seção de menor diâmetro ou mais estreita 605A, referida como um restritor de fluxo, tal como um orifício de restrição (RO), tal como ilustrado na Figura 9. 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 especificadas. O orifício de restrição é usado principalmente para conseguir o fluido do processo intermediário 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. Em concretizações exemplificativas, o orifício de restrição 605a 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. Na sua forma mais simples, o percurso de fluxo restrito 605, ou o orifício restritor, pode compreender um pequeno furo na parede divisória ou no suporte de vedação 602, um pequeno furo ou folga entre as estruturas, por exemplo, entre o corpo de válvula 201 e a parede divisória 602, um ponto de vazamento definido no membro de vedação 603, etc.. O restritor pode ser um elemento separado que é inserido ao corpo de válvula 201 ou na parede divisória 602. Isto permite a produção de muitos orifícios de pequeno diâmetro com ferramentas e tecnologia especiais, e, em seguida, inserir um restritor já pronto, por exemplo, no furo maior ou canal no corpo da válvula 201 ou na parede divisória 602. Uma parte do percurso do fluxo restringido 605 e/ou o restritor pode também ser disposta do lado de externo do corpo da válvula 201.

[0085] Em algumas concretizações, o membro de vedação 603 pode ser um retentor anular que é configurado para manter a pressão em apenas uma direção, como uma válvula de retenção. O retentor 603 pode ser disposto para vedar a câmara de alimentação interna 202E da câmara de alimentação externa 202C, se a pressão na câmara de alimentação externa 203C cai abaixo da pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de alimentação interna 202E (o rebordo é pressionado contra o superfície de acoplamento pela diferença de pressão), e disposto de modo a passar a pressão de alimentação a partir da câmara de alimentação externa 202C para a câmara de alimentação interna 202E para aumentar a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de alimentação interna 202E, se a pressão de alimentação na câmara de alimentação externa 202C é mais alta do que a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de alimentação interna 202E (o rebordo é desengatado da superfície de acoplamento pela diferença de pressão). Com tal arranjo, o fluxo é restringido na direção a partir da câmara interna para a câmara externa. Tal disposição pode ser feita independentemente da forma de implementação do percurso de fluxo restrito 605.

[0086] Em uma concretização, um percurso de alimentação 805A com uma válvula de retenção 805 pode ser provido paralelo com o restritor 605 para prover o efeito semelhante conforme provido pelo retentor, como ilustrado na Figura 8. Alternativamente, qualquer outro tipo de dispositivo de controle de fluxo pode ser usado que esteja configurado para manter a pressão apenas em uma direção. No entanto, como na restrição de fluxo unidirecional, também pode causar movimentos indesejados rápidos da haste, especialmente se a força piloto F_pil e a força oposto F_sup são formadas a partir da mesma pressão de alimentação. Portanto, tal disposição não é preferida em muitas aplicações.

[0087] Em uma concretização, uma pré-fase 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 nas Figuras 10A e 10B. A pré- fase 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 ar da pressão de alimentação é desviado para o ambiente, e qual quantidade de ar é dirigida para a câmara de pressão piloto 210 através da entrada de pressão piloto 906. A pressão piloto menor pode ser obtida, em seguida, 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. Quando uma aba ou válvula é acionada na direção fechamento, o orifício de restrição se torna menor e a pressão piloto se eleva, e finalmente a aba ou válvula está na sua posição fechada com o orifício de restrição nulo ou menor e a pressão piloto mais elevada. Tipicamente, a pressão de alimentação fornecida aa pré-fase PR pode ser restrita aa pré-fase da pressão de alimentação para uma faixa de controle desejado da pressão piloto. A restrição de fluxo para determinar a faixa de controle pode corresponder, por exemplo, a um orifício de restrição de 0,2 mm.

[0088] Em uma concretização, tal concretização exemplificativa ilustrada na Figura 10A, um percurso de fluxo restrito 905 pode ser provido a partir da câmara de alimentação externa 202C (incluindo a entrada da pressão de alimentação S próxima da câmara de alimentação externa 202C) para a pré-fase PR. O percurso de fluxo restrito 905 pode também implementar a restrição de fluxo da pressão de alimentação para definir o intervalo de controle da pressão piloto. O percurso de fluxo restrito 905 pode compreender uma seção de menor diâmetro ou estreita 905A a qual pode ser implementada de maneira semelhante como o restritor 605. Por meio do percurso de fluxo restrito 905, a flutuação de uma pressão de alimentação SP na pré-fase RP é estabilizada. Por meio do percurso de fluxo restrito 905, as flutuações da pressão de alimentação repentinas na câmara externa 202C são removidas e a partir da pressão de alimentação na pré-fase PR e a partir da pressão piloto retida no qual na câmara de pressão piloto 210, enquanto que as mudanças na pressão de alimentação mais lentas ou permanentes na câmara externa 202C irão passar através para a câmara de pressão piloto 210. O percurso de fluxo restrito 605 e o percurso de fluxo mais restrito 905 pode ser dimensionado de modo que a mudança na pressão de alimentação SP na câmara externa 202C irá afetar na taxa semelhante à força oposta F_sup através da câmara interna de alimentação 202E e para a força piloto F_pilot através da câmara de pressão piloto, de modo que a mudança na força resultante F_tot é zero ou muito pequena. Se houvesse uma diferença nas taxas com as quais a força oposta F_sup e a força piloto F_pilot se alterariam, não haveria picos de força na força resultante F_tot e movimentos indesejados da haste 203. Em uma concretização, tal como uma concretização exemplificativa ilustrada na Figura 10B, um percurso de fluxo de alimentação 1005, com uma válvula de retenção 1005A, pode ser provida a partir da câmara de alimentação externa 202C (incluindo a entrada de pressão de alimentação S próxima da câmara de alimentação externa 202C) à câmara de alimentação interna 202E. Alternativamente, qualquer outro tipo de dispositivo de controle de fluxo 1005A pode ser usado que é configurado para manter a pressão em apenas uma direção. A válvula de retenção 1005A pode ser configurada para bloquear o fluxo a partir da câmera de alimentação interna 202E para a câmara de alimentação externa 202C, se a pressão na câmara de alimentação externa 203C cai abaixo da pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de alimentação interna 202E, e disposta para permitir a pressão de alimentação a partir da câmara de alimentação externa 202C para a câmara de alimentação interna 202E para aumentar a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de alimentação interna 202E, se a pressão de alimentação na câmara de alimentação externa 202C é mais alta do que a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de alimentação interna 202E. Com tal arranjo, o fluxo é restrito na direção a partir da câmara interna para a câmara externa. Além disso, um percurso de fluxo restrito 905 pode ser provido a partir da câmara de alimentação interna 202E (incluindo a seção do percurso de fluxo de alimentação 1005 entre a válvula de retenção 1005A e a câmara de alimentação interna 202E) para a pré-fase PR. O percurso de fluxo restrito 905 pode também implementar a restrição de fluxo da pressão de alimentação para definir a faixa de controle da pressão piloto. O percurso de fluxo restrito 905 pode compreender uma seção de menor diâmetro ou mais estreita 905A que pode ser implementada como um restritor, por exemplo, como ilustrado na Figura 9. Com o percurso de fluxo restrito 905 estando conectado à câmara de alimentação interna 202E, uma pressão de alimentação SP na pré-fase PR segue a pressão de alimentação estabilizada na câmara de alimentação interna, e a força resultante axial F_tot não é afetada pelas flutuações da pressão de alimentação. As quedas repentinas da pressão de alimentação na câmara externa 202C são removidas não apenas a partir da câmara de alimentação interna 202E mas também a partir da pressão de alimentação na pré-fase PR e a partir da pressão piloto retida na câmara de pressão piloto 210. Conforme a pré-fase PR vaza gradualmente a pressão para o ambiente, a pressão de alimentação estabilizada na câmara de alimentação interna 202E vai gradualmente diminuindo abaixo da pressão de alimentação na câmara externa 202C, e a válvula de retenção 1005A irá novamente passar a pressão de alimentação a partir da câmara de alimentação externa 202C para a câmara de alimentação interna 202E. Assim, pode não ser necessário qualquer percurso de fluxo mais restrito, tal como o percurso de fluxo 605 na Figura 10A.

[0089] 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, válvula de intercepção (“shut-off”), peneiras, etc., em qualquer sistema de automação para qualquer processo industrial e semelhante.

[0090] A Figura 11 mostra um diafragma de blocos esquemático de um sistema de automação do processo exemplificativo onde os princípios da invenção podem ser aplicados em um posicionador de válvula. O bloco de sistema de controle 75 geralmente representa qualquer e todas salas de controle de computador(es)/programas e computador(es) de controle de processo/programas, bem como bancos de dados, que podem ser interconectados por uma rede de comunicação local de fábrica 74, no sistema de automação. Existem várias arquiteturas para um sistema de controle. Por exemplo, o sistema de controle pode ser um sistema Direct Digital Control (DDC) ou Distributed Control System (DCS), ambos bem conhecidos na técnica.

[0091] No exemplo da Figura 11, apenas uma válvula do processo controlada é mostrada, mas um sistema de automação pode, no entanto, incluir qualquer número de dispositivos de campo, tais como, válvulas de controle, muitas vezes centenas delas. Existem várias formas alternativas para dispor a interconexão entre o sistema de controle e os dispositivos de campo, tais como, as válvulas de controle, em uma área da unidade. Na Figura 10, o barramento de campo/processo 73 representa geralmente qualquer tal interconexão. Tradicionalmente, os dispositivos de campo foram conectados ao sistema de controle por circuitos de par trançado de dois fios, cada dispositivo sendo conectado ao sistema de controle por um único par trançado 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 permite a transmissão de dados digitais junto com o sinal analógico convencional de 4 a 20 mA no circuito de par trançado têm sido utilizadas em sistemas de controle. O protocolo HART é descrito em maior detalhe, por exemplo, na publicação HART Field Communication Protocol: An Introduction for Users and Manufactures, HART Communication Foundation, 1995. O protocolo HART tem também sido desenvolvido dentro de um padrão industrial. Exemplos de outras redes de campo incluem Foundation Fieldbus e Profibus PA. No entanto, deve ser entendido que o tipo ou a implementação do barramento de processo/campo 73 não é relevante para a presente invenção. O barramento de processo/campo 73 pode ser baseado em qualquer uma das alternativas descritas acima, ou em qualquer combinação das mesmas, ou em qualquer outra implementação.

[0092] 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 vapor.

[0093] A Figura 12 ilustra um arranjo exemplificativo onde um atuador pneumático 72B opera a válvula do processo 71 sob o controle do posicionador de válvula 72A. Um exemplo de uma válvula do 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 série Quadra-Powr X da Metso Corp.

[0094] A operação de um controlador de válvula inteligente, tal como o controlador de válvula 72A, pode ser baseada em um microcontrolador, tal como um microprocessador (μP), que controla a posição da válvula com base no controle de informação obtido a partir da linha de conexão ou fieldbus 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 ou temperatura sobre o êmbolo atuador, o que pode ser necessário no autodiagnostico da válvula ou, no qual o controlador de válvula transmite como tal ou conforme a informação de diagnóstico processada para o computador da sala de controle, o controlador de processo, computador de monitoração de condição ou uma unidade de nível superior semelhante do sistema de automatização através de um barramento de campo.

[0095] Um exemplo de diagrama de blocos do controlador de válvula inteligente com base em microcontrolador, tal como o controlador de válvula 72A, é ilustrado na Figura 13. O exemplo de controlador de válvula é descrito para o atuador de dupla ação mas, de modo semelhante, um controlador de válvula para o atuador de ação simples pode ser implementado através da utilização do arranjo de válvula 60 de 3/2 de acordo com as concretizações da invenção em lugar do arranjo de válvula 20 de 5/3 e a remoção de estruturas e funcionalidades desnecessárias.

[0096] Um controlador pode incluir uma unidade elétrica 91 tendo uma saída de controle elétrico 90 e uma unidade pneumática 20, 93 que recebe o sinal de controle elétrico 90 e o converte para uma saída de pressão de fluido correspondente P1, P2 nas passagens do atuador C1, C2 conectadas a um atuador 72B. A unidade pneumática pode compreender uma pré-fase 93 e uma fase de saída 20. A fase de saída 20 pode ser qualquer arranjo de válvula de fluido 20 para um atuador de ação dupla de acordo com as concretizações da invenção. A pré-fase 93 executa uma conversão elétrica- para-pressão (I/P) do sinal de controle elétrico 90 para um pequeno sinal de controle pneumático piloto 95 que é suficiente para controlar a fase de saída 20. A passagem de alimentação S da fase de saída 20 está conectada a uma pressão de ar de alimentação. A fase de saída 20 amplifica o pequeno sinal piloto pneumático em sinais de saída de pressão pneumática maiores 96, 97 nas aberturas do atuador 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 efeito, o microcontrolador 91 pode receber um sinal de entrada (um ponto de referência) ao longo de um processo/fieldbus 93, tal como, par de 4-20 mA e HART, e pode realizar várias medições. O dispositivo pode ser alimentado a partir de um 420 mA ou fieldbus. 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 do atuador P1, um segundo sensor de pressão do atuador P2, e um sensor de posição da fase de saída SPS. Uma diferença entre o ponto de referência definido pelo sinal de entrada e a posição medida pelo sensor de posição 92 pode ser detectada por meio de um algoritmo de controle dentro do microcontrolador 91. O microcontrolador 91 calcula um novo valor para a pré-fase (PR) corrente da bobina 90 com base na informação a partir do sinal de entrada e a partir do(s) sensor(es). A corrente 90 alterada nas modificações PR da pressão piloto 95 para a fase de saída 20. A pressão piloto 95 move a haste 203 da fase de saída e as pressões do atuador, nas passagens do atuador C1 e C2, se alteram consequentemente, conforme descrito em relação as concretizações da invenção acima. Quando a pressão piloto 95 está em um valor predeterminado, a haste 203 é centralizada e todos os canais de fluxo através das bordas dosadoras (anéis de assentamento axial) estão fechadas, o atuador 72B permanece no lugar. Quando a pressão piloto 95 sobe a partir do valor pré-determinado, a haste 203 se move na direção positiva e fluxos de ar a partir da passagem de abastecimento S para a abertura do atuador C2, e ainda, da mesma para um lado (lado de baixo) de um atuador de diafragma duplo 72B, o lado oposto do atuador de diafragma duplo 72B sendo purgado através da abertura do atuador C1 para a abertura de exaustão X1. O atuador se move em direção totalmente aberta (100 %). Mais especificamente, o aumento da pressão irá mover o êmbolo de diafragma 98 para cima. O atuador e o eixo de retorno 99 giram. O sensor de posição 92 mede a rotação para o microcontrolador 91. O microcontrolador 91 modula a corrente PR 90 a partir do valor de estado estacionário até uma nova posição do atuador 90 de acordo com o sinal de entrada sendo atingido. 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 a abertura do atuador C2 está conectada a abertura de exaustão EX2 e a abertura do atuador C1 está conectada a abertura de alimentação pneumática S. Deve ser apreciado que o controlador de válvula ilustrado é meramente um exemplo, e que a invenção não está limitada em qualquer aplicação específica de um controlador de válvula.

[0097] 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 na presente descrição. A presente invenção não se destina a estar limitada aos exemplos aqui descritos, mas a invenção pode variar dentro do escopo e espírito das reivindicações anexas.

Claims

1. Arranjo de válvula de fluido, para conexão a um fornecimento de fluido sob pressão para prover um atuador (72B), em particular, um atuador hidráulico ou pneumático, com uma pressão de fluido atuadora, compreendendo: - um corpo de válvula (201) com um furo central (202), o furo central (202) compreendendo uma câmara de pressão de alimentação conectada a uma linha de entrada de pressão de alimentação (S), uma câmara do atuador (202D), e uma câmara de exaustão (202B); - uma haste (203) axialmente móvel dentro do referido furo central (202) e atuada por uma força_tot (F) líquida formada por uma força piloto axial (F_pil) afetando a primeira extremidade da haste e uma força oposta axial (F_sup) afetando na segunda extremidade oposta da haste, de acordo com a equação Fto= F_pi — F_sup; - uma borda dosadora (PS3, PR3) e uma borda dosadora de contra-ação (PS4, PR4) disposta coaxialmente com e controlada pela haste (203) e disposta para controlar o fluxo de fluido a partir da câmara de pressão de alimentação para a câmara do atuador (202D) e, a partir da câmara do atuador(202D) para a câmara de exaustão (202B) , respectivamente; caracterizado pelo fato de: - um membro de vedação (603) disposto coaxialmente com a haste (203) para dividir a câmara de pressão de alimentação em uma câmara de pressão de alimentação externa (202C) e uma câmara de pressão de alimentação interna (202E); - a segunda extremidade da haste provendo um pistão oposto (203A) dentro da câmara de pressão de alimentação interna (202E) de modo que força oposta axial (F_sup) seja provida pela pressão de alimentação afetando o pistão oposto (203A) dentro da câmara de pressão de alimentação interna (202E), enquanto a câmara de pressão de alimentação externa (202C) é conectada à linha de entrada de pressão de alimentação (S) e arranjado para alimentar a câmara atuadora (202D); e - a borda dosadora (PS3, PR3) e a borda dosadora de contra- ação (PS4, PR4) sendo bordas dosadoras de pressão balanceada dimensionadas e formadas de modo que as forças axiais opostas exercidas sobre a borda dosadora (PS3,PR3) pela pressão de alimentação na câmara do atuador (202C) compense uma a outra para fazer com que a força de pressão do fluido resultante afete a borda dosadora (PS3,PR3) ser zero, e as forças axiais opostas exercidas sobre a borda dosadora de contra-ação (PS4, PR4) por uma pressão de fluido na câmara de pressão de alimentação do atuador (202C) compense uma a outra para fazer com que a força de pressão do fluido resultante afetando a borda dosadora de contra-ação (PS4, PR4) de zero, e - um percurso de fluxo restrito (605) entre a câmara de pressão de alimentação interna (202E) e a câmara de pressão de alimentação externa (202C) para estabilizar a pressão de alimentação na câmara interna, o percurso do fluxo restrito sendo configurado para prevenir a propagação das alterações rápidas da pressão de alimentação a partir da câmara de pressão de alimentação externa para a câmara de pressão de alimentação interna e para assim prevenir os movimentos axiais não controlados da haste.

2. Arranjo de válvula de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o percurso de fluxo restrito (605) ser disposto para diminuir a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna (202E) para a pressão de alimentação na câmara de pressão de alimentação externa (202C) com uma taxa predeterminada.

3. Arranjo de válvula de fluido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de o percurso de fluxo restrito (605) ser disposto para aumentar a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna (202E) em uma taxa pré- determinada, se a pressão de alimentação na câmara de pressão de alimentação externa (202C)ser mais elevada do que a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna (202E).

4. Arranjo de válvula de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o percurso de fluxo restrito (605) compreender um restritor de fluxo.

5. Arranjo de válvula de fluido, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o restritor de fluxo ser um orifício restritor de fluxo, preferivelmente com um diâmetro de orifício de 0,1 mm a 0,5 mm.

6. Arranjo de válvula de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o percurso de fluxo restrito compreender uma válvula de retenção ou um dispositivo de controle de fluxo semelhante configurado para bloquear um percurso de fluxo pressurizado entre a câmara de alimentação interna (202E) e a câmara de alimentação externa (202C), se a pressão na câmara de alimentação externa (202C) cai abaixo da pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de alimentação interna (202E) e, de outra forma, disposta para abrir o percurso de fluxo pressurizado de alimentação.

7. Arranjo de válvula de fluido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de o membro de vedação compreender um retentor, um anel de vedação, um diafragma de vedação ou foles de vedação.

8. Arranjo de válvula de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o membro de vedação ser um retentor anelar disposto para vedar a câmara de pressão de alimentação interna (202E) a partir da câmara de pressão de alimentação externa(202C), se a pressão na câmara de pressão de alimentação externa(202C) cai abaixo da pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna (202E), e disposta para permitir a pressão de alimentação a partir da câmara de pressão de alimentação externa (202C) para a câmara de pressão de alimentação interna (202E) para aumentar a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna (202E), se a pressão de alimentação na câmara de pressão de alimentação externa (202C) for mais alta do que a pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de pressão de alimentação interna (202E).

9. Arranjo de válvula de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um percurso de fluxo mais restrito(905) a partir da entrada de pressão de alimentação da câmara de pressão de alimentação externa (202C) para uma pré-fase (PR) que controla uma pressão piloto e, assim, a força piloto axial.

10. Arranjo de válvula de fluido, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o percurso de fluxo restrito e o percurso de fluxo mais restrito (905) serem dimensionados de modo que uma taxa de mudança da força oposta axial e a taxa de mudança da força piloto, serem aproximadamente iguais, devido a uma mudança na pressão de alimentação na câmara de pressão de alimentação externa(202C).

11. Arranjo de válvula de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o percurso de fluxo restrito compreender uma válvula de retenção ou um dispositivo de controle de fluxo semelhante (1005A) configurado para bloquear uma alimentação de fluxo pressurizado no percurso entre a câmara de alimentação interna (202E) e a câmara de alimentação externa (202C), se a pressão na câmara de alimentação externa cai abaixo da pressão de alimentação estabilizada retida na câmara de alimentação interna (202E) e, de outra forma, disposto para abrir o percurso do fluxo pressurizado de alimentação, e compreendendo um percurso de fluxo mais restrito a partir da câmara de pressão de alimentação interna(202E) para uma pré- fase que controla uma pressão piloto e, assim, a força piloto axial.

12. Arranjo de válvula de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma da borda dosadora e da borda dosadora de contra-ação compreender um anel de assentamento(PR4) suportado pelo elemento flexível (SD3) à haste (203) e a respectiva superfície de sede de acoplamento (PS3) sobre um corpo de válvula (201), e a outra borda dosadora e a borda dosadora de contra-ação compreender um anel de assentamento (PR4) suportado por um elemento flexível (SD4) ao corpo de válvula (201) e a respectiva superfície de sede de acoplamento (PS34) sobre a haste (203), o arranjo de suporte permitindo um movimento axial relativo do anel de assentamento (PR4) e o suporte do corpo de válvula ou da haste (203) também em um estado fechado da respectiva borda dosadora.

13. Arranjo de válvula de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada um dos elementos flexíveis (SD3, SD4) compreender um respectivo elemento de vedação, preferivelmente, um diafragma de vedação ou foles de vedação.

14. Posicionador de válvula de processo, caracterizado pelo fato de compreender uma unidade eletrônica com uma saída de controle elétrico (90), e uma unidade pneumática ou hidráulica (PR, 20) disposta para converter a saída de controle elétrico para uma saída de pressão de fluido correspondendo (96,97) a um atuador (72B), a referida unidade pneumática ou hidráulica compreendendo um arranjo de válvula de fluido (20), conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 13.

15. Posicionador de válvula de processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de a unidade pneumática ou hidráulica compreender uma pré-fase (PR) e uma fase de saída (20), a pré-fase (PR) sendo disposto para converter a saída do controle elétrico (90) dentro de uma pressão piloto que seja suficiente para controlar a fase de saída (20), a fase de saída compreendendo um arranjo de válvula de fluido (20), conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 13.

16. Uso de um arranjo de válvula de fluido, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 13, caracterizado pelo fato de ser para o controle de uma válvula de processo (1).