BRPI0317850B1 - Disco para controlar o fluxo de fluido no interior de uma válvula, e, válvula - Google Patents

Description

“DÍSCO PARA CONTROLAR O FLUXO DE FLUIDO NO INTERIOR DE UMA VÁLVULA, E, VÁLVULA” CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a válvulas, e mais especificamente a uma válvula borboleta munida de um disco com uma borda perfilada em posições predeterminadas sobre o disco para criar aberturas de fluxo entre o disco e uma parede da válvula para definir uma característica de fluxo da válvula.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

As válvulas borboletas convencionais funcionam posicionando um disco no interior do corpo de uma válvula para regular o fluxo de fluido através do corpo de válvula. O disco gira em tomo de um ponto pivô ou eixo geométrico definido por uma haste montada no interior do corpo de válvula. A rotação do disco, resultando de um momento de torção aplicado à haste, cria ou reduz uma abertura para fluido fluir através do corpo de válvula.

Quando o disco é girado de uma posição fechada (tipicamente vertical) para uma posição plenamente aberta (tipicamente quase horizontal), a área de fluxo através da qual o fluido pode fluir aumenta. O fluxo de fluido pode ser algo controlado pelo ajuste do ângulo de rotação do disco no interior do corpo de válvula. Numerosos progressos foram feitos na construção da válvula borboleta convencional para reduzir o momento de torção exigido para operar a válvula e estender o alcance de rotação durante a operação.

Comparada com outros tipos de válvulas de comando, por exemplo válvulas esféricas, as válvulas borboleta oferecem uma capacidade de fluxo relativamente alta para custo relativamente mais baixo. Assim, para aplicações específicas, as válvulas borboleta são muito econômicas. Na alternativa, as válvulas borboleta convencionais têm aplicação limitada no controle de processo devido às características de fluxo intrínsecas destas válvulas. Conforme entendido por aquele versado na técnica, as válvulas borboleta são mais apropriadas para aplicações de comando abre/fecha.

Numerosas aplicações de controle de processo requerem controle de fluxo exato através da inteira gama operacional da válvula de comando. Quando controle de fluxo exato é exigido, válvulas de esfera rotativa são normalmente instaladas, de preferência às válvulas de borboleta.

Adicionalmente, determinados processos requerem características de fluxo intrínsecas ou instaladas específicas ou de precisão.

Conforme entendido por aqueles versados na técnica, as características de fluxo de uma válvula de comando é a relação entre o coeficiente de fluxo (Cv) e o curso em graus de rotação do disco. Este parâmetro de construção define a velocidade de fluxo (vazão) através de uma válvula baseado sobre a porcentagem da velocidade de curso, ou a posição física do elemento de controle no interior do corpo de válvula. Por exemplo, aplicações em controle de nível de líquido com constante pressão se beneficiam de uma característica de fluxo linear no interior da válvula.

Um fator adicional na aplicação de válvulas borboleta refere- se ao aperfeiçoamento da característica de torque dinâmico da válvula de comando. Quando o fluido flui através da válvula,uma força é aplicada ao disco pelo fluido. Em gral, quando a velocidade de fluxo aumenta através da válvula, maior força é exercida sobre o disco. Estas forças dinâmicas aumentadas exigem maior momento de torção para girar o disco. O grau de torção exigido para girar o disco durante a operação varia dependendo do tipo de fluido fluindo através da válvula, do perfil do disco, e da posição ou orientação do disco. É vantajoso baixar o momento de torção em uma aplicação dada. Um valor de torque mais baixo requer um menor atuador para manobrar a válvula, desse modo economizando em tamanho físico e adicionalmente reduzindo o custo.

Adicionalmente, as válvulas borboleta convencionais que operam através de 90 graus de rotação, podem experimentar uma inversão de torque quando a rotação de disco se aproxima de 70-80 graus. Neste ponto de rotação do disco, a força exercida sobre o disco pelo torque dinâmico muda de um lado do disco para o lado oposto do disco. A eliminação desta inversão potencial das características operacionais da válvula borboleta resulta em um posicionamento mais estável da válvula e reduz significativamente a possibilidade para ocorrência de danos do atuador ou válvula.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Há uma necessidade na técnica por uma válvula borboleta que possua características de fluxo aperfeiçoadas e características de torque dinâmico aperfeiçoadas. A presente invenção é dirigida a oferecer soluções adicionais que se endereçam a esta necessidade.

Em conformidade com uma modalidade típica da presente invenção, é apresentado um disco para regular o fluxo de fluido no interior de uma válvula. O disco inclui uma superfície vedante para selar com um selo de válvula quando o disco está em uma posição fechada. A superfície vedante inclui uma borda perfilada que cria uma abertura de fluxo com o selo da válvula quando o disco pivota de uma posição fechada para uma posição aberta, de tal maneira que um perfil e posição da borda perfilada define uma dimensão da abertura de fluxo em posições de disco predeterminadas para caracterizar o fluxo de fluido através da mesma. A borda perfilada é um instrumento que oferece maior oportunidade para modificar as características de fluxo. Alterando o perfil e localização da borda perfilada sobre o disco, as características de fluxo podem ser modificadas para criar uma característica de fluxo desejada resultante. A borda perfilada além disso assegura um maior controle de velocidade de fluxo quando o disco é parcialmente aberto, e também habilita uma transição mais suave entre as posições de válvula aberta e fechada.

De acordo com outros aspectos da presente invenção, o disco é disposto deslocado de um eixo geométrico central através de um ponto pivô do disco. Uma reentrância pode ser prevista, formada ao longo do lado a montante do disco para redução de torque dinâmico. A reentrância inclui pelo menos uma dentre uma superfície curva substancialmente côncava e de uma superfície em rampa inclinada em relação a um eixo geométrico vertical. O disco é próprio pra uso em uma válvula borboleta.

De acordo com ainda outros aspectos da presente invenção, uma parte substancial de uma superfície planar do disco é angularmente deslocada de uma superfície planar restante do disco para impedir a reversão do torque dinâmico. Uma espessura em seção transversal do disco pode ser relativamente menor em uma borda de fuga do disco em relação a uma espessura em seção transversal do disco em uma borda dianteira do disco.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, a borda perfilada se apresenta na forma de um perfil curvo. Altemativamente, a borda perfilada pode compreender um perfil que se inclina em sentido contrário ao selo da válvula quando o disco se translada da posição fechada para a posição aberta. A borda perfilada também pode ser disposta ao longo de pelo menos uma parte de um lado a jusante do disco. A borda perfilada pode além disso ser disposta próxima à borda dianteira do disco.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma válvula é apresentada. A válvula inclui um disco girante. O disco inclui uma superfície vedante para selar com um selo de válvula quando o disco está em uma posição fechada. A superfície vedante inclui uma borda perfilada que cria uma abertura de fluxo com o solo de válvula quando o disco pivota de uma posição fechada para uma posição aberta, de tal maneira que o perfil e a localização da borda perfilada define uma dimensão da abertura de fluxo em posições de disco predeterminadas pra caracterizar o fluxo de fluido através da mesma.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, uma superfície de parede interna de um corpo de válvula é substancialmente côncava para habilitar o disco a girar em estreita proximidade da parede para caracterizar adicionalmente o fluxo de fluido.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS

Os aspectos característicos e vantagens supra mencionadas, e demais características e aspectos da presente invenção, serão mais bem entendidos com relação à descrição que se segue e aos desenhos apensos, em que: A fig. 1 é uma vista em seção transversal esquemática de uma válvula de acordo com um aspecto da presente invenção;

As figs. 2A, 2B, 2C, e 2D são vistas em seção transversal esquemáticas de uma borda perfilada de um disco de válvula de acordo com aspectos adicionais da presente invenção;

As figs. 3A, 3B e 3C são vistas traseiras esquemáticas.de um disco de válvula de acordo com ainda outros aspectos da presente invenção; A fig. 4 é uma vista em seção transversal esquemática de uma válvula de acordo com ainda outro aspecto da presente invenção; e A fig. 5 é uma representação gráfica da área de fluxo versus graus de rotação de um disco de válvula de acordo com um aspecto da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Uma modalidade ilustrativa da presente invenção refere-se a uma válvula contendo um disco de controle de fluxo dotado de uma borda perfilada, e de uma abertura de fluxo predeterminada entre o disco e o corpo de válvula para controlar uma característica de fluxo de fluido. O corpo da válvula pode adicionalmente ter uma seção diametral reduzida que coopera com o disco para obter uma área de fluxo desejada com o disco, e aperfeiçoa o controle de fluxo. A válvula resultante tem uma característica de abertura gradual, que pode produzir uma característica de fluxo percentual igual, se desejado. Uma característica de fluxo percentual igual, como utilizada aqui, é caracterizada por uma válvula em que para incrementos iguais de curso nominal do disco,uma porcentagem igual de variações do coeficiente de fluxo (Cv) resultará. Altemativamente, uma característica linear ou uma característica de abertura rápida modificada pode resultar, adicionalmente em outras características de fluxo, com diferentes modificações de perfil da borda perfilada.

As figs. 1 a 5 inclusive, em que partes idênticas são designadas por numerais de referência idênticos em sua totalidade, ilustram modalidades típicas de uma válvula de borboleta, de acordo com a presente invenção.

Embora a presente invenção seja descrita com referência às modalidades típicas ilustradas nas figuras, deve ser entendido que muitas formas alternativas podem incorporar a presente invenção. Aquele versado na técnica adicionalmente apreciará diferentes maneiras de alterar os parâmetros das modalidades expostas, tais como a dimensão, forma, ou tipo de elementos ou materiais, de uma maneira ainda consentânea com o espírito e âmbito da presente invenção. A fig. 1 é uma ilustração esquemática de uma modalidade de uma válvula borboleta 11 de acordo com os ensinamentos da presente invenção. A válvula 11 tem um alojamento 16 que forma o corpo da válvula.

Um disco 10 é pivotavelmente montado no interior do alojamento 16. O disco 10 monta sobre, p.ex. sobre um haste, em um ponto pivô 22 em tomo do qual o disco 10 pode pivotar. Como ilustrado, o fluido flui predominantemente na direção da seta A. Por conseguinte, o lado a montante do disco 10 está à esquerda do disco 10, e o lado a jusante do disco 10 está à direita do disco 10. O disco 10 serve como um impedimento ao fluxo de fluido através da válvula 11, de tal maneira que a rotação do disco 10 em tomo do ponto pivô 22 pode aumentar, decrescer, ou substancialmente suspender o fluxo de fluido através da válvula 11.0 disco 10 inclui uma borda superior 25 e uma borda inferior 23 como visualizado na ilustração da fig. 1. Todavia, aquele versado na técnica apreciará que o disco 10 é convencionalmente substancialmente circular (embora possa ser de forma não circular), assim mantém uma borda contínua em tomo da circunferência do disco 10. A borda contínua é aqui designada de borda superior 25 e a borda inferior 23 meramente para auxiliar na exposição de determinados aspectos característicos do disco 10 de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

Uma vedação é disposta dentro de uma parte interior do corpo de válvula 16 tendo uma região inferior 18 e uma região superior 20 (a vedação é constituída por um único elemento vedante com a região inferior 18 e a região superior 20 sendo diferenciadas aqui somente para clareza na explanação). O disco 10 se estende entre as paredes do corpo de válvula 16, para cruzar-se com as regiões inferior e superior de vedação 18 e 20 quando o disco situa-se em determinadas posições de rotação. O disco 10 comprime as regiões inferior e superior de vedação 18 e 20 para selar a válvula 11 fechada e substancialmente impedir o fluxo de fluido. A válvula 11 é mostrada em uma posição fechada. O corpo 16, de acordo com os ensinamentos da presente invenção, pode incluir uma superfície de parede interna afilada ou decrescente 26 formando a abertura em que o disco 10 opera. O afilamento ou redução pode de outro modo ser descrita como um decréscimo no diâmetro interior da superfície de parede 26 do corpo 16 na região em tomo do disco 10. O diâmetro da abertura é relativamente maior nas regiões da parede em linha com um eixo geométrico D passando verticalmente através do ponto pivô 22, como ilustrado. Genericamente, o diâmetro decresce de um e de outro lado do eixo geométrico vertical passando ao longo da superfície de parede em sentido contrário ao eixo geométrico vertical D. A dimensão do diâmetro, a medida que decresce se afastando do eixo geométrico vertical D, cria uma superfície de parede substancialmente curvada 26. A superfície de parede curvada 26 que contribui para a faculdade do disco 10 caracterizar o fluxo de acordo com os ensinamentos da presente invenção e conforme exposto em maior detalhe mais adiante. Aquele versado na técnica adicionalmente apreciará que a superfície de parede 26 não necessita ser curvada como ilustrado, porém pode ser reta, ou ser de um número de outros contornos.

Além disso, a superfície de parede superior 26 próxima à borda superior 25 do disco 10 pode manter uma curva ou outro perfil, ao passo que a superfície de parede inferior 26, próxima à borda inferior 23 do disco 10 pode ser de outro perfil. Configurações de superfície de parede diferentes 26 podem conduzir a diferentes caracterizações de fluxo quando a superfície de parede 26 trabalha em conjunção com o disco 10 para controlar o fluxo de fluido através da válvula 11.

As regiões inferior e superior de vedação 18 e 20 são dispostas em ou próximas aproximadamente do menor diâmetro de superfície de parede 26 num lado do disco 10.A localização das regiões inferior e superior de vedação 18 e 20 em ou próxima aproximadamente da menor diâmetro da superfície de parede 26 habilita o disco 10 a substancialmente fechar o fluxo de fluido através da válvula 11. O disco 10 é deslocado do eixo geométrico vertical D passando através do ponto pivô 22. Por conseguinte, o menor diâmetro da superfície de parede 26 ocorre no lado a montante do eixo geométrico vertical D nas figuras ilustrativas devido à condição deslocada da borda superior 25 e da borda inferior 23 do disco 10 em relação ao ponto pivô 22. Se a borda superior 25 e a borda inferior 23 do disco 10 estão em linha com o eixo geométrico vertical D, as regiões inferior e superior de vedação 18 e 20 são então localizadas em linha com o eixo geométrico vertical D também. Um sistema dessa natureza desloca o menor diâmetro da superfície de parede 26 para aproximadamente coincidir com o eixo geométrico vertical D passando através do ponto pivô 22. Aquele versado na técnica por conseguinte apreciará que o menor diâmetro da superfície de parede 26 e a localização das regiões inferiore superior de vedação IS e 20 pode variar com a configuração específica do disco 10.

Como previamente mencionado, o fluido flui predominantemente na direção da seta A. Por conseguinte, o disco 10 gira na direção da seta B para abrir, e na direção da seta C para se fechar. Aquele versado na técnica apreciará que a direção de fluxo de fluido através da válvulall, e a orientação do disco 10 no interior da válvula 11, pode variar.

Embora a direção principal de fluxo seja na direção da seta A, em alguns casos as válvulas borboleta estruturadas de acordo com os ensinamentos da presente invenção podem experimentar uma condição de fluxo inverso.

Durante o fluxo inverso, o fluido flui em uma direção oposta àquela da seta A.

Sob tais circunstâncias, o disco 10 pode incluir uma ou mais propriedades para caracterizar e controlar o fluxo de fluido na direção da seta A, assim como, na direção inversa. À medida que o disco 10 gira em tomo do ponto pivô 22, a borda superior 25 e a borda inferior 23 se sucedem ao longo da seção diametral reduzida 26 do corpo de válvula 16. A borda inferior 23 é também a borda dianteira do disco 10 no fluxo de fluido predominante. A borda superior 25 é por conseguinte a borda de fuga no fluxo de fluido. O disco 10 inclui uma cavidade em rampa 36 se estendendo ao longo de um lado a montante do disco 10. A cavidade em rampa 36 serve para proporcionar redução em torque dinâmico. A rampa confere pressão de fluido adicional sobre a borda superior 25 do disco 1 à medida que o disco gira de uma posição fechada para uma posição aberta. A pressão adicional reduz o valor de torque requerido para girar o disco da posição fechada para uma posição aberta.

Uma abertura de fluxo 24 existe entre a borda superior 25 e a borda inferior 23 do disco 10, e a superfície de parede 26 do corpo de válvula 16. A seção diametral reduzida da superfície de parede 26 permite que o disco 10 passe ao longo do corpo de válvula 16 durante a rotação sem aumentar significativamente da abertura de fluxo 24. A abertura de fluxo 24 éformada por uma borda perfilada 28 disposta ao longo do disco 10. A borda perfilada 28 tem um perfil predeterminado, que pode ele próprio variar ao longo da borda perfilada 28. A abertura de fluxo 24 aumenta gradualmente à medida que o disco 10 pivota e aborda inferior 23 passa sobre a região inferior de vedação 18 e se estende para o interior do fluxo que se aproxima. A variação na dimensão da abertura de fluxo 24 permite a manipulação das característica de fluxo através da válvula 11. Em outras palavras, a abertura de fluxo 24 pode ser variada à medida que o disco 10 pivota para abrir a válvula 11, de tal maneira que a característica de fluxo pode ser manipulada para ser linear, de igual porcentagem, ou ter outras características desejadas conforme será exposto aqui mais adiante. Aquele versado na técnica apreciará que a borda perfila 28 pode ter muitas formas diferentes com diferentes características de superfície. As figs. 2A a 2D inclusive ilustram um numero de modalidades de borda perfilada típicas 28 para variar a característica de vazão do fluxo de fluido através da válvula. A fig. 2A mostra uma modalidade tendo uma borda perfilada 28a com uma ligeira reentrância. Esta configuração gera um bloqueio impeditivo de fluxo no lado dianteiro e lado traseiro do disco 10 (uma e outra extremidade da borda perfilada 28a), com um breve aumento na abertura de fluxo durante um intervalo mediano em que a borda perfilada 28a se retrai da superfície vedante. A fig. 2B ilustra outra modalidade de uma borda perfilada 28b. A borda perfilada 28b mantém um perfil substancialmente similar aquele da borda perfilada 28 da fig. 1. Todavia, existe um aumento dramática no raio de curvatura da borda perfilada 28b no sentido do lado direito da borda perfilada 28b isto é, o lado traseiro do disco 10) como mostrado.Este dramático decréscimo no raio de curvatura causa um dramático aumento na abertura de fluxo 24 quando aquela parte da borda perfila 28b passa sobre a vedação. O aumento na dimensão da abertura de fluxo 24 permanece inferior aquele que ocorre em válvulas borboleta convencionais tendo uma esquina mais exatamente que uma curva em uma posição similar sobre o disco. Por conseguinte, o aumento na abertura de fluxo 24 e na subsequente taxa de vazão permanece inferior ao aumento na taxa de vazão na borda posterior de um disco borboleta convencional. A fig. 2C ilustra outra modalidade típica de uma borda perfilada 28c de acordo com os ensinamentos da presente invenção. A borda perfilada 28c mantém um perfil curvado que se inclina para cima e em sentido contrário à região inferior de vedação 18 quando o disco passa sobre a vedação. O ângulo aumentado em relação à horizontal causa a abertura de fluxo 24 a aumentar relativamente mais rapidamente do que com a borda perfilada 28b da fig. 2B para um grau de rotação igual do disco. Todavia, o aumento na abertura de fluxo 24 ocorre de uma maneira mais controlada do que com uma esquina mais abmta como com um disco borboleta convencional. Com a configuração ilustrativa da borda perfilada 28c o aumento na abertura de fluxo 24, e assim o aumento na taxa de vazão, é maior do que com uma válvula de porcentagem igual. A fig. 2D ilustra outra modalidade de uma borda perfilada 28d.

Como mostrado, a borda perfilada 28d alterna entre um perfil côncavoe um perfil convexo. Com esta configuração, quando o disco gira de uma posição fechada para uma posição aberta, a abertura de fluxo 24 alterna entre aumentar e decrescer em dimensão. Esta alteração da dimensão da abertura cria um fluxo de fluido alternado que aumenta e decresce em taxa à medida que o disco passa sobre a região inferior de vedaçãò 18.

As aplicações para cada uma das modalidades supra mencionadas podem variar e são entendidas por aqueles versados na técnica.

As figs. 2A a 2D são apresentadas para ilustrar exemplos da ampla variedade de perfis perfilados que são disponíveis de acordo com os ensinamentos da presente invenção para modificar a característica de fluxo de vazão de fluido através de uma válvula. Como mostrado, a modificação do perfil da borda perfilada pode variar a dimensão da abertura de fluxo de diferentes maneiras, efetuando um controle diferente sobre a vazão de fluido através da abertura de fluxo. Por conseguinte, de acordo com os ensinamentos da presente invenção, a característica de fluxo de uma válvula pode ser determinada por diferentes perfis de borda perfilada.

Além de ter um perfil diferente para diferentes características de fluxo, a borda perfilada 28 também pode ser disposta em diferentes sítios em tomo do disco 10. As figs. 3A a 3C inclusive ilustram várias modalidades de acordo com os ensinamentos da presente invenção. As figuras mostram o disco 10 em diferentes configurações conforme visualizado a jusante do disco,olhando para o lado traseiro do disco 10. Uma borda perfilada 28e é mostrada na fig. 3A em uma configuração similar a uma borda perfilada 48 na fig. 4.A borda perfilada 28e é disposta ao longo da borda inferior 23 do disco 10 e pode caracterizar fluxo de acordo com os ensinamentos da presente invenção. Quando a borda inferior 23 passa sobre uma vedação (p.ex. a região inferior de vedação 18), a borda perfilada 28e proporciona uma caracterização predeterminada do fluxo quando a válvula transita da posição completamente fechada para a posição completamente aberta. A fig. 3B mostra uma borda perfilada 28f disposta através da borda inferior 23 do disco 10, com uma segunda borda perfilada 29 disposta através da borda superior 25 do disco 10. A borda perfilada 28f desempenha uma função similar à borda perfilada 28e da fig. 3A, ao passo que a segunda borda perfilada 29 confere caracterização adicional ao fluxo de fluido. À medida que o fluido se escoa sobre a borda posterior do disco 10 na borda superior 25, a segunda borda perfilada 29 pode exercer influencia sobre o fluido fluindo sobre a borda superior 25. A segunda borda perfilada 29 por conseguinte trabalha em conjunção com a borda perfilada 28f sobre a borda inferior 23 para caracterizar o fluxo de uma maneira desejada. A fig. 3C mostra outra modalidade de uma borda perfilada 28g. A borda perfilada 28g da presente modalidade é relativamente maior que aquela das figuras prévias. A borda perfilada maior 28g pode exercer uma maior influência sobre o fluxo de fluido, para realizar uma caracterização de fluido desejada. Além disso, a superfície maior pode oferecer maior espaço para modificar o fluxo conforme desejado.

Assim, pode ser visto que o perfil da borda perfilada pode ser modificado tanto em perfil em seção transversal como em localização planar sobre o disco para efetuar diferentes caracterizações de fluxo de fluido através da válvula. As aplicações para cada uma das modalidades supra mencionadas podem variar e são entendidas por aqueles versados na técnica. As figs. 3A a 3C inclusive apresentam exemplos de borchs perfiladas disponíveis de acordo com os ensinamentos da presente invenção para modificar a característica de vazão de fluxo de fluido através de uma válvula.

Como mostrado, a modificação da localização da borda perfilada sobre o disco pode efetuar um controle diferente sobre a vazão de fluido através da abertura de fluxo. Por conseguinte, de acordo com os ensinamentos da presente invenção, o fluxo característico de uma válvula pode ser adicionalmente determinado pelas diferentes localizações da borda perfilada.

Um perfil superficial da seção diametral reduzida da superfície de parede 26 igualmente influencia a dimensão da abertura de fluxo 24 quando o disco 10 gira em tomo do ponto pivô 22. Quando o disco 10 gira, a superfície de parede 26 se afila em sentido contrário ao disco 10, assim causando a abertura de fluxo 24 a ar e permitir maior vazão de fluido (isto é menos impedância ao fluxo de fluxo). Aquele versado na técnica apreciará que o perfil da superfície de parede 26 pode variar dependendo das características de fluxo desejadas.

Mais especificamente, na modalidade ilustrativa a borda perfilada 28 tem um perfil substancialmente curvado. Quando o disco 10 passa sobre a região inferior de vedação 18, a curvatura da borda perfilada 28 gradualmente aumenta a dimensão da abertura de fluxo 24 porque a curva gradualmente se afasta da região inferior de vedação 18 com o deslocamento do disco 10. Em outras palavras, um raio de curvatura da curva formadora da borda perfilada 28 gradualmente decresce. O decréscimo causa a curva a se afilar ou se afastar da interseção da borda inferior 23 e da região inferior de vedação 18 quando o disco 10 pivota e desloca a borda inferior 23 além da região inferior de vedação 18. O aumento da abertura de fluxo 24 é proporcional à posição pivotante do disco 10. A curvatura da borda perfilada 28 confere uma característica de fluxo que substancialmente difere daquela de uma válvula borboleta convencional. Em uma válvula convencional sem a curvatura da borda perfilada 28, o aumento em fluxo é mais brusco quando o disco pivota e a borda inferior do disco passa sobre a vedação. A curvatura da borda perfilada 28 na presente invenção cria um aumento mais gradual na abertura de fluxo 24, resultando em um aumento mais gradual na taxa de fluxo quando a válvula se abre Deve ser observado que a abertura de fluxo 24 pode diferir entre a borda superior 25 e a borda inferior 23 do disco 10. A fig. 4 é uma ilustração diagramática de outra modalidade de uma válvula borboleta 41 de acordo com os enãnamentos da presente invenção. A válvual41 tem um alojamento 16 que forma o corpo da válvula.

Um disco 40 é pivotavelmente montado no interior do alojamento 16. O disco 40 monta, por exemplo, sobre um eixo, no ponto pivô 22 em tomo do qual o disco 40 pode pivotar. Como ilustrado, o fluido mais uma vez flui predominantemente na direção da seta A; Por conseguinte, o lado a montante do disco 40 está à esquerda do disco 40, e o lado a jusante do disco 40 está à direita do disco 40, como ilustrado. A rotação do disco 40 em tomo do ponto pivô 22 pode aumentar, decrescer, ou substancialmente suspender o fluxo de fluido através da válvula 41. O disco 40 inclui uma borda superior 42 e borda inferior 43 conforme visualizado na ilustração da fig. 4.

As regiões inferior e superior de vedação 18 e 20 permanecem dispostas dentro de uma parte interior do corpo de válvula 16. O disco 40 se estende entre as paredes do alojamento de válvula 16, para cruzar com as regiões inferior e superior 18 e 20 da vedação quando o disco está em determinadas posições de rotação. O disco 40 comprime as regiões inferior e superior 18 e 20 da vedação para selar a válvula 41 fechada. O disco 40, como com o disco 10, serve como um impedimento ao fluxo de fluido através da válvula 41. Assim, a rotação do disco 40 pode aumentar, decrescer, ou substancialmente suspender o fluxo de fluido através da válvula 11. A válvula 41 é mostrada em uma posição fechada. O alojamento 16, de acordo com os ensinamentos da presente invenção, pode ainda incluir a superfície de parede interna 26, tendo um decréscimo no diâmetro interior, e formando a abertura em que o disco 40 opera. O diâmetro da abertura é relativamente maior em regiões da parede em linha com o eixo geométrico vertical D passando através do ponto pvô 22, como ilustrado. O diâmetro decresce de um e de outro lado do eixo geométrico vertical D se deslocando ao longo da superfície de parede 26 se afastando do eixo geométrico vertical D. A dimensão do diâmetro, à medida que decresce se afastando do eixo geométrico vertical D, cria a superfície de parede substancialmente curva 26. A superfície de parede curva 26 contribui para a faculdade do disco 40 caracterizar o fluxo de acordo com os ensinamentos da presente invenção e como adicionalmente exposto aqui mais adiante. Aquele versados na técnica adicionalmente apreciará que configurações de superfície de 26 diferentes podem levar a diferentes caracterizações de fluxo à medida que a superfície de parede 26 trabalha em conjunção com o disco 40 para controlar o fluxo de fluido através da válvula 41.

As regiões inferior e superior de vedação 18 e 20 são dispostas em ou próximo aproximadamente do diâmetro de superfície de parede menor 26 sobre um lado do disco 40. A localização das vedações em ou próximo aproximadamente do diâmetro da superfície de parede menor 26 habilita o disco 4 a substancialmente fechar o fluxo de fluido através da válvula 41. O disco 40 é deslocado do eixo geométrico vertical D passando através do ponto pivô 22. Aquele versado na técnica apreciará que o diâmetro de superfície de parede menor 26 e a localização das regiões inferior e superior de vedação 18 e 20 pode variar a configuração específica do disco 40.

Como previamente mencionado, o fluido flui predominantemente na direção da seta A. Por conseguinte, o disco 10 gira na direção da seta B para se abrir,e na direção da seta C para se fechar. Aquele versado na técnica apreciará que a direção de fluxo de fluido através da válvula 41, e a orientação do disco 40 no interior da válvula 41, pode variar. À medida que o disco 40 gira em tomo do ponto pivô 22, a borda superior 43 e a borda inferior 43 se sucedem ao longo da seção diametral reduzida 26 do corpo de válvula 16. A borda inferior 43 é também a borda dianteira do disco 40 para o interior do fluxo de fluido predominante. O disco 40 inclui a cavidade em rampa 36 se estendendo ao longo de um lado a montante do disco 40. A cavidade em rampa 36 serve para proporcionar redução de torque dinâmico conforme previamente descrito.

Uma abertura de fluxo 44 existe entre a borda superior 42 e a borda inferior 43 do disco 40, e a superfície de parede 26 do alojamento ou corpo de válvula 16. A seção diametral reduzida da superfície de parede 26 permite que o disco 40 passe ao longo do corpo de válvula 16 durante a rotação sem aumento significativo da área da abertura de fluxo 44. A abertura de fluxo 44 é formada por uma borda perfilada 48 disposta ao longo do disco 40. A borda perfilada 48 tem um perfil predeterminado, que pode ele próprio variar ao longo da borda perfilada 48. A abertura de fluxo 44 aumenta gradualmente à medida que o disco pivota 40 pivota e a borda inferior 43 passa sobre a região inferior de vedação 18 e se estende para o interior do fluxo entrante. A variação na dimensão da abertura de fluxo 44 permite a manipulação do fluxo característico através da válvula 41.Como demonstrado acima, a borda perfilada 48 pode assumir muitas formas diferentes, e ser disposta em muitas localizações diferentes ao longo do disco 40. Cada variação em perfil e localização pode efetuar uma mudança no fluxo característico da válvula. A área em seção transversal da borda superior 42 na fíg. 4 é menor que a área em seção transversal da borda superior 25 na fig. 1.Verificou-se que a área em seção transversal menor da boda superior 42 resulta no disco 40 ocupar menos da área de fluxo de fluido, há menor impedância ao fluxo de fluido quando o disco 40 é girado para uma posição aberta. Menor impedância ao fluxo de fluido resulta em uma taxa de vazão aperfeiçoada quando a válvula é aberta.

Mais uma vez,a alteração na dimensão da abertura de fluxo 44 permite a manipulação da característica de fluxo através da válvula. Mais especificamente, a faculdade para alterar a borda perfila 28 e 48 para variar a dimensão da abertura de fluxo 44 em diferentes posições da válvula confere maior flexibilidade nas possíveis aplicações de uma válvula borboleta. O perfil pode ser previsto quer sobre a parte do disco 10 e 40 que se estende para o interior do fluxo vindouro, quer sobre as demais partes do disco 10 e 40, ou sobre o inteiro disco 10 e 40. Se uma abertura linear característica é desejada, um perfil específico pode ser usinado sobre a área perfilada, e a localização da área perfilada pode ser ajustada, para realizar a característica linear. De modo idêntico, uma característica linear, característica percentual idêntica, uma característica de abertura rápida modificada, pode ser criada para satisfazer requisitos específicos de uma aplicação de válvula específica.

Esta faculdade de modificar a abertura de fluxo 44, e assim, a característica de fluxo, podem habilitar uma válvula borboleta a ser usada em um sistema de controle como um elemento de controle de precisão. A fig.5 é um gráfico 66 ilustrando a relação entre a área de fluxo e os graus de rotação de um disco dentro de uma válvula à medida que o fluido passa através da mesma. Dois conjuntos de dados são plotados no gráfico 66. Um primeiro conjunto representa as características de vazão de fluido fluindo através de uma válvula dotada de uma única palheta convencional como representado em uma primeira linha de vazão 68. O segundo conjunto de dados representa as características de vazão de fluxo de fluido através de uma válvula munida de um disco com uma borda perfilada em uma segunda linha de fluxo 70 de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

Entre os graus de rotação de zero e cinco, ambos os sistemas de disco parecem funcionar de maneira relativamente similar com respeito à extensão de área de fluxo exposta. Entre os graus de rotação de dez e aproximadamente vinte, a válvula dotada de um disco convencional experimenta um aumento em área de fluxo de cerca de 10,32 cm2 (1.6 pol2) ou 7,3%. A válvula dotada de um disco com uma borda perfilada experimenta um valor mínimo de extensão de área de fluxo de cerca de 2,58 cm2 (0,4 pol2) ou 1,89%. A primeira linha de fluxo 68 continua para a válvula dotada de um disco convencional com um rápido aumento em área de fluxo em relação aos graus de rotação entre vinte e noventa. A segunda linha de fluxo 70 continua com um aumento mais gradual de área de fluxo à medida que o graus de rotação aumentam entre vinte e quarenta e cinco. Ao valor máximo de graus de rotação de 90 graus, a válvula de borboleta convencional tem aproximadamente 141,94 cm2 (22 pol2) de área de fiuxo disponível para vazão de fluido, ao passo que a válvula munida de um disco de borda perfilada tem aproximadamente 136,78 cm2 (21.2 pol2) de área de fluxo disponível para vazão de fluido. Com a abertura gradual próximo à posição de assento (isto é, os menores graus de rotação) existe uma menor necessidade por controle de fluxo próximo ao ponto de fechamento da válvula. A faixa entre zero e dez graus de rotação na válvula dotada de um disco com uma borda perfilada, uma faixa onde ocorrem com freqüência questões de fechamento de válvula e choque, não experimenta tais ocorrências para a configuração de acordo com os ensinamentos da presente invenção. A estrutura de borda perfilada efetivamente reduz a área de fluxo total para a válvula, versus a estrutura de disco convencional. Todavia, a capacidade total e as dimensões da válvula podem ser aumentadas se uma maior área de fluxo for desejada.

Em funcionamento, à medida que o disco 10 e 40 gira em tomo do ponto pivô 22, a borda do disco 10 e 40 passa além da região inferior de vedação 18 para abrir a válvula para determinado fluxo de fluido mínimo. O fluxo de fluido é mínimo porque o fluido pode se escapar lentamente através da abertura de fluxo 24 e 44. Um maior fluxo de fluido não ocorre até o disco 10 e 40 girar na direção da seta B em uma extensão suficiente para a borda perfilada 28 e 48 passar sobre a região inferior de v 18. O lento e gradual aumento do fluxo de fluido aperfeiçoar as características de fluxo intrínsecas da válvula contendo os discos 10 e 40 da presente invenção.

Para fechar a válvula, o disco 10 e 40 gira na direção da seta C. A borda do disco 10 e 40 alcançam a região inferior de vedação 18 e passa sobre a região inferior de vedação 18. Quando o disco 10 e 40passa sobre a região inferior de vedação 18, o fluxo de fluido impede, porém ainda passa através da abertura de fluxo 24 e 44. A rotação adicional do disco 10 e 40 leva partes adicionais da borda perfilada 28 e 48 a passarem sobre a região inferior de vedação 18 e a região superior de vedação 20 para gradualmente reduzir o fluxo de fluido, e eventualmente fechar a válvula 11 ou 41. A redução gradual de fluxo de fluido aperfeiçoa as características de fluxo.

Quando o disco 10 e 40 passa sobre a região inferior de vedação 18, o disco concomitantemente passa sobre a região superior de vedação 20. O disco 10 e 40 gira em tomo do ponto pivô 22 na direção da seta B, ea borda superior 25 e 42 se retrai da região superior de vedação 20 para criar um trajeto de fluxo de fluido. A borda superior 25 e 42 pode igualmente trabalhar em conjunção com a superfície de parede 26 para caracterizar adicionalmente o fluxo através da válvula 11 e 41. A presente invenção apresenta uma válvula, ilustrada na forma de uma válvula borboleta, tendo um disco girante modificado para incluir uma borda perfilada além de outras características. O disco pode ainda incluir reentrâncias em um lado a montante ou a jusante para aperfeiçoar as características de torque dinâmico das válvulas. Além disso, podem haver múltiplas bordas perfiladas, e cada borda perfilada pode ter perfis alternativos para caracterizar o fluxo através da válvula. Outrossim, as características de abertura gradual próximas à posição de assentamento podem assegurar uma válvula de fluxo característico de percentual igual. Altemativamente, uma característica linear ou uma característica de abertura rápida modificada, entre outras características, são possíveis com o uso da borda perfilada de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

Numerosas modificações e modalidades alternativas da presente invenção se evidenciarão aqueles versados na técnica tendo em vista a descrição precedente. Por conseguinte, esta descrição deve ser interpretada meramente como ilustrativa e tema finalidade de ensinar aqueles versados na técnica a modalidade ideal para a realização da presente invenção. Detalhes da estrutura podem variar substancialmente sem se afastar do espírito da presente invenção, e uso exclusivo de todas as modificações que se r enquadrem dentro do âmbito das reivindicações apensas é reservado. E proposto que a presente invenção seja limitada na medida exigida pelas reivindicações apensas e normas legais aplicáveis.

Claims (24)

1. Disco para controlar o fluxo de fluido no interior de uma válvula, caracterizado pelo fato de que compreende: uma superfície vedante para selar com um elemento de vedação de válvula quando o disco está em uma posição fechada; em que a superfície vedante inclui uma borda perfilada que cria uma abertura de fluxo entre a superfície vedante e o elemento de vedação da válvula quando o disco pivota de uma posição fechada para uma posição aberta, de tal maneira que o perfil e a localização da borda perfilada definem uma dimensão da abertura de fluxo em posições de disco predeterminadas para caracterizar o fluxo de fluido através da mesma.

2. Disco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ele é disposto deslocado de um eixo geométrico central através de um ponto pivô do disco.

3. Disco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado ainda pelo fato de que compreende uma reentrância formada ao longo do lado a montante do disco para redução de torque dinâmico.

4. Disco de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a reentrância compreende pelo menos uma superfície curva substancialmente côncava e uma superfície em rampa inclinada em relação a um eixo geométrico vertical.

5. Disco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ele é próprio para aplicação em uma válvula borboleta.

6. Disco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma parte substancial de uma superfície plana do disco é angularmente deslocada de uma superfície plana remanescente do disco para impedir a inversão de torque dinâmico.

7. Disco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma espessura em seção transversal de o disco é relativamente menor em uma borda posterior do disco do que uma espessura em seção transversal do disco em uma borda anterior do disco.

8. Disco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a borda perfilada compreende um perfil curvo.

9. Disco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da borda perfilada compreende um perfil que se angula para fora da vedação de válvula à medida que o disco gira em tomo do ponto pivô para transição a partir da posição fechada para a posição aberta.

10. Disco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a borda perfilada é disposta ao longo de pelo menos uma parte de um lado a jusante do disco.

11. Disco de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a borda perfilada é disposta próxima a uma borda anterior do disco.

12. Válvula, caracterizada pelo fato de que compreende: um corpo de válvula; um disco pivotável disposto no interior do corpo de válvula para controlar o fluxo através da válvula; e uma superfície vedante para selar com um elemento de vedação da válvula quando o disco está em uma posição fechada; em que a superfície vedante inclui uma borda perfilada que cria uma abertura de abertura entre a superfície vedante e o elemento de vedação da válvula quando o disco pivota de uma posição fechada para uma posição aberta, de tal maneira que um perfil e a localização da borda perfilada define a dimensão da abertura de fluxo em posições do disco predeterminadas para caracterizar o fluxo de fluido através da mesma.

13. Válvula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que ela é uma válvula borboleta.

14. Válvula de acordo com a reivindicação 12,caracterizada pelo fato de que uma parede de um corpo de válvula é substancialmente côncava para habilitar o disco a girar em estreita proximidade da parede para adicionalmente caracterizar o fluxo de fluido.

15. Válvula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o disco é disposto deslocado de um eixo geométrico central através de um ponto pivô do disco.

16. Válvula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma reentrância formada ao longo do lado a montante do disco para redução do torque dinâmico.

17. Válvula de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que a reentrância compreende pelo menos uma dentre uma superfície curva substancialmente côncava e uma superfície em rampa inclinada em.relação a um eixo geométrico vertical.

18. Válvula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o disco é próprio para aplicação em uma válvula borboleta.

19. Válvula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que uma parte substancial de uma superfície planar do disco é angularmente deslocada de uma superfície planar remanescente do disco para prevenir inversão de torque dinâmico.

20. Válvula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que uma espessura em seção transversal do disco é relativamente menor em uma borda posterior do disco em relação a uma espessura em seção transversal do disco em uma borda anterior do disco.

21. Válvula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a borda perfilada compreende um perfil curvado.

22. Válvula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a borda perfilada compreende um perfil que se inclina em sentido contrário ao elemento de vedação da válvula quando o disco gira em tomo do ponto pivô na transição da posição fechada para a posição aberta.

23. Válvula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a borda perfilada é disposta ao longo de pelo menos uma parte de um lado a jusante do disco.

24. Válvula de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que a borda perfilada é disposta próxima a uma borda dianteira do disco.