BRPI0408430B1

BRPI0408430B1 - Fluid regulator

Info

Publication number: BRPI0408430B1
Application number: BRPI0408430-6A
Authority: BR
Inventors: C. Hawkins James; E. Woollums David; Arthur Ackerman Neil; Lin Chun; Joe Mckinney Harold; Matthew Quijano Erik
Original assignee: Fisher Controls International Llc
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2017-06-20
Also published as: US20040187930A1; WO2004088444A3; EP2278426B1; EP1606678B1; JP2006523892A; JP2009076089A; JP4814295B2; JP2009064458A; RU2315348C2; EP1606678A2; JP4814296B2; CA2460553A1; AU2004225127A1; CN1764879B; RU2005132998A; CN1764879A; CA2460553C; JP4260839B2; CN102156490A; US6968857B2

Abstract

"regulador de fluido". é divulgado um regulador de fluido redutor de pressão que tem um alojamento com um flange que inclui uma pluralidade de protuberâncias em forma de orelha. cada uma das protuberâncias inclui pelo menos uma abertura configurada para receber um prendedor, de maneira tal que o espaçamento circunferencial entre o primeiro e segundo prendedores seja menor do que o espaçamento circunferencial entre o segundo prendedor e um terceiro prendedor. o regulador inclui uma válvula que tem uma sede da válvula, um disco da válvula, uma haste da válvula acoplada no disco da válvula e uma guia da válvula que prende a haste da válvula. uma alavanca que tem uma primeira extremidade acoplada na haste de válvula e uma segunda extremidade acoplada a um diafragma aplica uma força na haste da válvula em uma direção que é não paralela ao eixo geométrico longitudinal da haste da válvula para fazer com que a haste da válvula encaixe por atrito a guia da válvula. a haste da válvula inclui um batente que limita o deslocamento da haste e do disco da válvula em direção à sede da válvula.

Description

“REGULADOR DE FLUIDO” CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito no geral a reguladores e, mais especificamente, a reguladores de fluido redutores de pressão. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

No controle da transmissão de fluidos em processos industriais, tais como, por exemplo, sistemas de distribuição de tubulação de óieo e gás, processos químicos, etc., é freqüentemente necessário transmitir o fluido de processo a uma pressão relativamente alta através de partes do sistema de distribuição ou processos que demandam um alto volume ou vazão do fluido de processo. A medida em que o fluido de processo a alta pressão percorre o sistema ou processo de distribuição, a pressão do fluido de processo pode ser reduzida em um ou mais pontos para suprir um menor volume do fluido de processo a uma pressão mais baixa a um subsistema que usa ou consome o fluido de processo.

Reguladores de fluido redutores de pressão são tipicamente usados para reduzir e controlar a pressão de um fluido de processo. Em geral, um regulador de fluido redutor de pressão varia a restrição através de uma válvula que fica interdisposta de forma seriada no caminho de fluxo do fluido. Desta maneira, o regulador de fluido redutor de pressão pode controlar a vazão e/ou pressão de fluido provida a jusante da saída do regulador. Reguladores de fluido redutores de pressão são tipicamente implementados usando tanto um mecanismo de controle operado por piloto como um mecanismo de controle de ação direta.

Reguladores de fluido operados piloto tipicamente incluem um diafragma de estágio piloto que tem uma área superficial relativamente pequena. O diafragma de estágio piloto tipicamente responde à pressão de saída do regulador para acionar um segundo estágio de controle, ou principal, que emprega um diafragma que tem uma área superficial relativamente grande. O maior diafragma do estágio principal fornece as forças maiores necessárias para atuar a válvula do regulador.

Reguladores de fluido de ação direta eliminam o estágio piloto, de maneira tal que a pressão de saída de fluido tipicamente aja em um único diafragma relativamente grande que é acoplado diretamente à válvula do regulador. Em decorrência disto, um regulador de fluido de ação direta pode ser provido em um alojamento relativamente compacto que tem um envelope de montagem relativamente pequeno.

Uma ampla variedade de reguladores de fluido redutores de pressão, cada um dos quais pode ter um conjunto diferente de recursos de proseto adequados para uma diferente aplicação, encontram-se normalmente disponíveis. Por exemplo, tipicamente exige-se que reguladores redutores de pressão projetados para uso no controle de pressão de gás natural em um local do consumidor (por exemplo, uma residência ou edifício comercial) ou outro ponto de transferência de custódia tipicamente sejam relativamente precisos. Regulador de alta precisão é normalmente obtido configurando-se o regulador para ter um alto ganho de banda proporcional (isto é, um alto ganho mecânico). Diversos fatores podem ser variados de forma a se alcançar um ganho de banda proporcional alto. Por exemplo, a área do diafragma e a relação de alavanca do regulador (isto é, uma quantidade unitária de deslocamento do diafragma dividida pela quantidade de deslocamento da haste c do disco da válvula produzido pela quantidade unitária de deslocamento do diafragma) controla substancialmente o ganho de banda proporcional de um regulador. De maneira geral, uma maior área do diafragma gera maiores forças a uma dada queda de pressão pelo regulador e, assim, permite uma redução correspondente na relação de alavanca. Uma redução na relação de alavanca resulta em um maior ganho de banda proporcional do regulador, que aumenta a precisão com a qual o regulador pode controlar sua pressão de saída.

Por outro lado, reguladores de fluido redutores de pressão projetados para uso no controle da distribuição de gás liquefeito de petróleo i LP) são relativamente compactos, o que permite que esses reguladores sejam mais facilmente montados em espaços confinados (por exemplo, campânuías de tanque). A precisão não é tão importante para aplicações de gás LP como para aplicações de gás natural. Assim, um diafragma relativamente menor pode ser usado para minimizar o envelope de montagem de reguladores de gás LP. Além do mais, em virtude de freqüentemente se exigir que reguladores redutores de pressão usados em aplicações de gás LP controlem quedas de pressão relativamente grandes, o menor ganho de banda proporcional desses reguladores tende reduzir os problemas de instabilidade que são comuns nessas aplicações.

Assim, as diferentes exigências de desempenho associadas com diferentes aplicações de regulador para redução de pressão historicamente têm sido na tensão. Os equilíbrios de projeto exigidos resultaram em diferentes projetos de reguladores para diferentes aplicações. Por exemplo, o uso de um regulador de pressão projetado para uso em um sistema de gás natural tipicamente não é adequado para uso em um sistema de gás 1 P por causa do envelope de montagem relativamente grande de um regulador de gás natural. Adicionalmente, o ganho de banda proporcional relativ amente grande de um regulador de gás natural agrava problemas de irsiabilidade tipicamente associados com grandes quedas de pressão geralmente encontrados em aplicações de gás LP. Similarmente, por causa de seus ganhos de banda proporcional relativamente baixos, reguladores reduiores de pressão projetados para uso com sistemas de gás LP tipicamente nào são sufiaentemente precisos para uso em sistemas de gás natural.

M MARIO DA INVENÇÃO

De acordo com um exemplo, um regulador de fluido inclui um ah lamento e um tlange com um primeiro raio que define uma parte interna do flange e um segundo raio maior do que o primeiro raio que define um envelope de montagem do regulador de fluido. O flange pode incluir uma pluralidade de protuberâncias que são espaçadas circunferencialmente de maneira tal que a primeira e as segundas da pluralidade de protuberâncias fique separadas com um primeiro espaçamento circunferencial e a segunda e uma terceira da pluralidade de protuberâncias fiquem espaçadas com um segundo espaçamento circunferencial maior do que o primeiro espaçamento circunferencial. Além do mais, cada uma da pluralidade de protuberâncias pode incluir pelo menos uma abertura configurada para receber um prendedor. de maneira tal que mais de quatro aberturas sejam providas pelo flange.

De acordo com um outro exemplo, um regulador de fluido pode incluir um alojamento e um diafragma disposto dentro do alojamento. O regulador de fluido pode também incluir uma válvula disposta dentro do alojamento. A válvula pode incluir uma sede da válvula, um disco da válvula, uma haste da válvula e uma guia da válvula configurada para conter a haste de válvula de maneira tal que uma superfície de vedação do disco da válvula fique substancialmente coplanar com a sede da válvula. O regulador de fluido pode incluir adieionalmente uma alavanca que tem uma primeira extremidade acoplada à haste da válvula e uma segunda extremidade acoplada no diafragma. A primeira extremidade da alavanca pode ser acoplada à haste da válvula para forçar a haste da válvula em uma direção que não é paralela a um eixo geométrico longitudinal da haste da válvula.

De acordo ainda com um outro exemplo, um regulador de fluido inclui um alojamento e um diafragma disposto dentro do alojamento. O regulador pode também incluir uma válvula disposta dentro do alojamento. A válvula pode incluir uma sede da válvula, um disco da válvula e uma haste da válvula, A haste da válvula pode incluir um batente configurado para limitar o deslocamento do disco da válvula em direção à sede da válvula.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS A figura 1 é uma vista seccional transversal de um regulador de fluido redutor de pressão de ação direta. A figura 2 é uma vista seccional transversal de um exemplo de um regulador de fluido redutor de pressão de ação direta que usa um batente integral com a haste da válvula do regulador de fluido, A figura 3 é uma vista seccional transversal parcial de um outro regulador de fluido redutor de pressão de ação direta conhecido. A figura 4 é uma vista seccional transversal parcial de um exemplo de um regulador de fluido que usa uma configuração de alavanca que carrega lateralmente a haste da válvula do regulador de fluido. A figura 5 é uma vista plana de uma configuração de flange do regulador de fluido conhecida. A figura 6 é uma vista plana de uma outra configuração de flange do regulador de fluido conhecida. A figura 7 é uma vista seccional transversal mais detalhada que representa a maneira na qual um diafragma com rebordo é usado com a configuração de flange do regulador de fluido mostrado na figura 6. A figura 8 é um exemplo de uma configuração de flange do regulador de fluido que fornece um envelope de montagem reduzido e que pode ser usado com uma gaxeta plana.

DF S(.'RÍC;ÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A figura 1 é uma vista seccional transversal de um regulador de fluido redutor de pressão de ação direta conhecido 100. O regulador de fluido redutor de pressão de ação direta 100 mostrado na figura 1 pode, por exemplo, ser usado para controlar o fluxo e/ou pressão de gás natural. Conforme mostrado na figura 1, o regulador de fluido 100 tem uma entrada de fluido de processo 102 na qual um fluido de processo com pressão relato amente alta está presente e uma saída de fluido 104 na qual o regulador de fluido 100 fornece o fluido de processo a uma pressão regulada inferior. O regulador de fluido 100 inclui uma parte do alojamento superior 106 e uma parte do alojamento inferior 108 que são unidas nas respectivas partes do tlange ! Mie 112. IJm diafragma 114 é capturado entre as partes do flange 110 e 1 12. O diafragma 114 forma uma cavidade ou câmara de controle da pressão de saída 116 que é selada em relação ao ambiente (por exemplo, pressão atmosférica) em volta do regulador de fluido 100 e que é, sob condições opetacionais normais, selada em relação a uma cavidade ou câmara superior 118 0 diafragma 114 pode incluir uma parte de rolo circunferencial 120 mostrada na figura 1 para permitir que um movimento substancialmente linear do diafragma 114 em resposta a mudanças de pressão no diafragma 114. O regulador de fluido 100 inclui um conjunto da válvula 122 que tem uma sede da válvula 124 com uma passagem 126 através dele que acopla tluidicamente a entrada de fluido 102 à saída de fluido 104. O conjunto da válvula 122 também inclui um disco da válvula 128 que é acoplado a uma haste da válvula 130. Uma guia da válvula 132 prende a haste da válvula 130 de maneira tal que uma superfície de vedação 133 do disco da válvula 128 mantenha um relacionamento substancialmente coplanar com a sede da sáivula 124 a medida em que a haste 130 e o disco da válvula 128 deslizam ao longo do eixo geométrico longitudinal da haste da válvula 130.

Uma alavanca 134 é fixa na parte do alojamento inferior 108 por meio de um pivô 136. Uma primeira extremidade 138 da alavanca 134 é acoplada à haste da válvula 130 e uma segunda extremidade 140 da alavanca 134 e acoplada no diafragma 134 da maneira mostrada e descrita com mais detalhes a seguir. A alavanca 134 também inclui um batente 142 que faz contato com uma extremidade 144 da haste da válvula 130. Conforme descrito com mais detalhes a seguir, o batente 142 limita a rotação no sentido anti-horário da alavanca 134 em tomo do pivô 136 e, assim, o deslocamento da haste da valvula 130 e do disco 128 em direção à sede da válvula 124.

Em operação, uma mola 146 solicita o diafragma 144 em direção a parte do alojamento inferior 108, forçando assim a segunda extremidade 140 da alavanca 134 para baixo e girando a alavanca 134 no sentido horário em tomo do pivô 136. A rotação no sentido horário da alavanca 1 34 em tomo do pivô 136 faz com que a primeira extremidade 138 da alavanca 134 mova para fora da sede da válvula 124, fazendo assim com que a liaste 130 e o disco da válvula 128 saiam da sede da válvula 124. Além do mais. o batente 142 não fica em contato com a extremidade 144 da haste da válvula 130. Com o disco da válvula 128 separado ou espaçado da sede da valvula 124. a passagem 126 acopla fluidicamente a entrada de fluido 102 à câmara de controle da pressão de saída 116 e à saída de fluido 104. Assim, o conjunto da válvula 122 é configurado para ficar em uma condição normaimente aberta. A medida em que fluido pressurizado entra na entrada 102, percorre a passagem 126 e entra na câmara de controle da pressão de saída I Io. a pressão na câmara de controle da pressão de saída 116 e na saída 104 aumenta A medida em que a pressão na câmara de controle da pressão de saída 11 í> aumenta, o diafragma 114 é forçado para cima contra a mola 146 e a segunda extremidade 140 da alavanca 134 é puxada em direção à parte do alojamento superior 106. Tal movimento ascendente da segunda extremidade 140 da alavanca 134 gira a alavanca 134 no sentido anti-horário em tomo do pivo 1 3b e faz com que a primeira extremidade 138 da alavanca 134 se mova ao ongo do eixo geométrico longitudinal da haste da válvula 130 em direção a sede da válvula 124. Desta maneira, a primeira extremidade 138 da alavanca 134 força o disco da válvula 128 em direção à sede da válvula 124 para au mentar a restrição de fluxo de fluido do conjunto da válvula 122. A válvula 122 e configurada para fornecer uma mudança de pressão relativamente grande na vazão de fluido para uma mudança relativamente pequena na folga ou separação entre o disco da válvula 128 e a sede da válvula 124. Em decorrência disto, a pressão na câmara de saída 116 tenderá atingir um ponto de equilíbrio (para uma dada pressão de controle de saída) no qual o diafragma 1 14 é acionado contra a mola 146 para fazer com que a segunda extremidade 140 da alavanca 134 vá para um ponto ou posição fixa correspondente dentro da câmara de pressão de saída 116.

Para impedir danos (por exemplo, penetração ou outra deformação) a superfície de vedação 133 do disco da válvula 128, em decorrência de pressões excessivas (por exemplo, uma condição de sobrepressào) na câmara de pressão de saída 116, o batente 142 é configurado para -ázer contato com a extremidade 144 da haste da válvula 130 para limitar a rotação no sentido anti-horário da alavanca 134 em tomo do pivô 136. Este iimite rotacional serve para limitar o movimento da haste da válvula 130 e do disco i 28 ao longo do eixo geométrico longitudinal da haste da válvula 130, limitando assim a quantidade de força com a qual o disco da válvula 128 pode ser acionado contra a sede da válvula 124. O batente 142 também permite que uma valvula de alívio 150 funcione no caso de a pressão de saída na câmara 1 16 exceder um limite máximo predeterminado.

Conforme mostrado na figura 1, no ponto de controle (isto é, no ponto de equilíbrio no qual o disco da válvula 128 fica em proximidade com a sede da válvula 124) as forças exercidas pela primeira extremidade 138 da alavanca 134 na haste da válvula 130 são substancialmente paralelas (por exemplo, coaxiais) com o eixo geométrico longitudinal da haste da válvula 13o. l.rn outras palavras, a primeira extremidade 138 da alavanca 134 não aplica nenhuma força significativa perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da haste da válvula 130 (isto é, não carrega lateralmente a haste da vahula 130 contra a guia 132). Em decorrência disto, a haste da válvula I3n e o disco da válvula 128 ficam relativamente livres para se mover ao longo do eixo geométrico longitudinal da haste da válvula 130 por causa do atrito bastante limitado entre a haste da válvula 130 e a guia 132. Tal liberdade de movimento longitudinal pode ser composto por qualquer jogo ou folga que possa existir entre o encaixe da primeira extremidade 138 da alavanca 134 e a haste 130. Em operação, esta liberdade de movimento ao longo do eixo geométrico longitudinal da haste 130 pode resultar em oscilação da haste da válvula 130 e do disco 128 (e, assim, na pressão de saída) no ponto de controle, particularmente em aplicações que exigem uma alta queda de pressão no regulador de fluido 100 (por exemplo, aplicações de controle de gás LP). Tais oscilações podem resultar em um controle de pressão de saída deficiente e perda e/ou falha prematura de componentes do regulador, tais como, por exemplo, o disco da válvula 128 e a sede 124.

Uma dificuldade adicional com o regulador de fluido 100 mostrado na figura 1 é que o batente 142 é integral com a alavanca 134, Infdtzmente, as tolerâncias associadas com o local do pivô 136 (que é anexado à parte do alojamento inferior 108), as dimensões da alavanca 134 e a haste da válvula 130 podem se acumular. Este acúmulo de tolerâncias pode causar uma variação relativamente ampla no nível de força com o qual o disco da válvula 128 é acionado contra a sede da válvula 124, quando o batente 142 fizer contato com a extremidade 144 da haste 130. O acúmulo de tolerâncias pode também afetar detrimentalmente o desempenho (por exemplo, da pressão de escape) da válvula de alívio 150. Em particular, como o ponto no qual o movimento ascendente do diafragma 114 é limitado pelo batente 142 varia, a força de pré-carga aplicada à válvula de alívio 150 pela mola 146 varia. Por exemplo, se o acumulo de tolerâncias for tal que o movimento ascendente do diafragma 114 seja interrompido próximo ao alojamento superior 106, a força de pré-carga aplicada pela mola 146 no diafragma 114 e, assim, na válvula de alívio 150, é aumentada. Em decorrência disto, a pressão na qual a válvula de alívio 150 começa abrir é aumentada. Certamente, se o acúmulo de tolerâncias for tal que o movimento ascendente do diafragma 114 seja interrompido ainda mais afastado do alojamento superior 106, a pressão na qual a válvula de alívio começa abrir é diminuída, A figura 2 é uma vista seccional transversal de um exemplo de um regulador de fluido redutor de pressão de ação direta 200. Em geral, o regulador de fluido 200 tem projeto e operação similar ao regulador de fluido 100 mostrado na figura 1. Entretanto, diversas diferenças entre o regulador de fluido 200 e o regulador conhecido 100 estão descritas com detalhes a seguir. O regulador 200 inclui um conjunto da válvula 202 que tem uma sede da válvula 204, um disco da válvula 206, uma haste da válvula 208 que e acoplada ao disco da válvula 206, e uma guia da válvula 210 que prende a haste da válvula 208 de maneira tal que uma superfície de vedação 212 do disco da válvula 206 seja mantida em um relacionamento substancialmente coplanar com uma superfície de vedação 214 da sede da válvula 204, Uma alavanca 216 é fixa em uma parte do alojamento inferior 218 do regulador 200 por meio de um pivô 220. A alavanca 216 tem primeira extremidade 222 que e acoplada à haste da válvula 208 e uma segunda extremidade 224 que é acoplada a um diafragma 226.

Ao contrário do regulador conhecido 100 mostrado na figura 1. a haste da válvula 208 inclui um batente 228. O batente 228 pode ser formado integralmente na haste da válvula 208 ou pode ser um componente separado que é fixo de maneira adequada na haste 208. De qualquer maneira, o Patente 228 limita o deslocamento linear da haste da válvula 208 (isto é, o movimento da haste 208 ao longo de seu eixo geométrico longitudinal dentro da guia da válvula 210) e, assim, do disco da válvula 206 em direção à sede da válvula 204 para impedir danos (por exemplo, penetração, corte, etc.) da superlicie de vedação 212 do disco da válvula 206. A fixação do batente 228 na haste da válvula 228 reduz substancialmente os efeitos do acúmulo de tolerâncias, de maneira tal que as forças aplicadas à superfície de vedação 212 no ponio de parada possam ser controladas de forma mais precisa. Além do mais. este melhor controle do ponto de parada melhora o desempenho da válvula de alivio de pressão do regulador 200. A figura 3 é uma vista seccional transversal parcial de um outro regulador de fluido conhecido 300. O regulador de fluido 300 é típico dos reguladores reduiores de pressão que são geralmente usados em sistemas de gas I.P Conforme mostrado na figura 3, o regulador 300 inclui um conjunto da válvula 302 que é acoplado de forma operante a um diafragma 304 por meio de uma alavanca 306. O conjunto da válvula 310 é fixo a uma haste 312. que é suportada por uma guia da válvula 314. A alavanca 306 é acopiada a haste 312 por meio de um pino ou poste 316 e gira em tomo de um pivô 3 i 8 para acionar a haste da válvula 312 e o disco 310 ao longo do eixo geométrico longitudinal da haste 312 e da guia 314 a favor e contra a sede 308.

Com a configuração conhecida da alavanca 306 e do pino 316 mostrada na figura 3, a força aplicada pela alavanca 306 contra o pino 316 e, assim, a haste 312, é substancialmente paralela (por exemplo, coaxial) com o eixo geométrico longitudinal da haste 312 representada pela seta no número de referência 320. Em decorrência disto, a haste 312 não é carregada lateralmente contra a guia 314, o que minimiza o atrito entre a haste 312 e a guia 314. Em decorrência deste mínimo atrito, folga ou jogo entre, por exemplo, o encaixe do pino 316 com a alavanca 306 pode permitir que a haste 31.' e o disco 310 oscilem (bem como a pressão de controle de saída) no pomo de controle, particularmente se o regulador 300 estiver controlando uma queda de pressão grande. A figura 4 é uma vista seccional parcial de um exemplo de uma configuração de alavanca 400 que pode ser usada dentro de um regulador de pressão, tais como. por exemplo, os reguladores 200 e 300 mostrados nas figuras 2 e 3. respectivamente. Conforme mostrado na figura 4, uma alavanca 402 é acoplada a um alojamento do regulador 404 por meio de um pivô 406. Um conjunto da válvula 408 inclui uma sede da válvula 410, um disco da válvula 411 e uma haste da válvula 412. A haste da válvula 412 inclui uma protuberância 414 que fica disposta dentro de um rebaixo 416 na alavanca 402 A protuberância 414 pode ser um pino de forma cilíndrica ou de qualquer outra forma para manter encaixe com a alavanca 402 por meio do rebaixo 416.

Conforme representado na figura 4, o rebaixo 416 é modelado de maneira tal que a força resultante exercida pela alavanca 402 contra a protuberância 414 não seja paralela ou coaxial com o eixo geométrico longitudinal da haste 412. Um exemplo de um vetor de força resultante como esse está indicado no número de referência 420. A forma do rebaixo 416 representado na figura 4 é angulada, de maneira tal que a parede do rebaixo 416 que faz contato com a protuberância 414 não seja perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da haste 412. Em decorrência disto, o ponto de contato entre a parede do rebaixo 416 e a protuberância ocorre na ponta da seta que representa o vetor de força resultante mostrado no número de referência 420. Desta maneira, a alavanca 402 exerce força substancial na haste da válvula 412 que é perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da haste da válvula 412 (isto é, o componente da força resultante 420 que é perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da haste da válvula 412). A força exercida perpendicularmente ao eixo geométrico longitudinal da haste da válvula 412 carrega lateralmente a haste 412 contra a guia 418, aumentando assim a força de atrito entre a haste 412 e a guia 418. Esta maior força de atrito serve para minimizar substancialmente ou eliminar oscilações da haste da válvula 412 e do disco 411 no ponto de controle para fornecer uma pressão de saída do regulador aítamente estável sob condições de alta queda de pressão.

Certamente, o rebaixo 416 mostrado na figura 4 é meramente um exemplo de uma geometria de rebaixo que pode ser usada para permitir que a alavanca 402 aplique uma força à haste 412 que não é coaxial ou paralela ao eixo geométrico longitudinal da haste 412. Em geral, qualquer encaixe mecânico entre a alavanca 402 e a protuberância 414 que aplique uma força resultante na haste da válvula 412 que tenha um componente substancial que seja perpendicular ao eixo geometnco longitudinal da haste 412 podería ser usado para produzir um força de atrito substancial entre a guia da válvula 418 e a haste 412.

Adicionalmente, um batente 422, similar ou idêntico ao batente 228 mostrado na figura 2, pode ser incluído. Tal como o batente 228, o batente 422 limita o deslocamento linear da haste 412 e do disco 411 para impedir danos eou desgaste excessivo da sede 410 e do disco 411. A Figura 5 é uma vista plana de uma configuração do flange do corpo do regulador conhecida 500 que é tipicamente usada para implementar os flanges de um regulador de pressão, tal como, por exemplo, as partes do flange 110 e 112 do regulador 100 mostradas na figura 1. Conforme mostrado na figura 5, o flange 500 tem uma superfície interna 502 que tem um primeiro raio e uma superfície externa 504 que tem um segundo raio maior do que o primeiro raio. Assim, o flange 500 forma um anel de largura uniforme (isto é, a diferença entre o segundo raio e o primeiro raio). O flange 500 também inclui uma pluralidade de aberturas (uma das quais está indicada em 506) que são espaçadas circunferencialmente de maneira uniforme. Km outras palavras, a distância circunferencial ou ângulo radial entre cada uma das aberturas é substancialmente igual. As aberturas são Lonfiguradas para receber prendedores, tais como, por exemplo, pemos, parafusos auto-atarraxáveis, ou quaisquer outros prendedores adequados.

Flanges casados que empregam a configuração de flange conhecida 500 representada na figura 5 são tipicamente selados uns nos outros por meio de uma gaxeta plana barata. Infelizmente, o espaçamento igual dos prendedores da configuração de flange 500 mostrada na figura 5 resulta em um envelope de montagem do regulador relativamente grande. A figura 6 é uma vista plana de uma outra configuração de flange do regulador conhecida 600 que é tipicamente usada para reduzir o envelope de montagem de um regulador de pressão. Conforme mostrado na figura 6, a configuração de flange 600 inclui quatro orelhas ou protuberâncias 602, 604, 606 e 608. Cada uma das orelhas 602-608 tem uma respectiva abertura 610, 612, 614 e 616 que é configurada para receber um prendedor, tais como, por exemplo, um pemo ou parafuso auto-atarraxável. A distância entre as aberturas 610 e 612 e a distância entre as aberturas 614 e 616 é igual à distância entre as aberturas 610 e 616 e a distância entre as aberturas 612 e 614.

Embora a configuração de flange conhecida 600 da figura 6 possa ser usada para reduzir o envelope de montagem de um regulador, os reladvamente poucos prendedores usados pela configuração 600 e pelo espaçamento relativamente grande entre eles resulta em uma grande quantidade de deflexão do flange. Para compensar as deflexões do flange relativamente grandes para impedir fugas de pressão, a configuração do flange 600 normal mente inclui um entalhe ou canal de rebordo do diafragma 620 para permitir o uso de um diafragma com rebordo. A figura 7 é uma vista seccional transversal parcial que representa a maneira na qual um diafragma com rebordo 702 pode ser usado para selar flanges opostos 704 e 706 que são baseados na configuração 600 da figura 6. Conforme mostrado na figura 7, o diafragma com rebordo 702 tem uma parte de rebordo 708 que fica disposta dentro de um entalhe ou canal de rebordo 710 do flange 704. O deslocamento do material adicional associado com o rebordo 708 pelos flanges 704 e 706 permite que os flanges 704 e 706 tlex:onern (por exemplo, se separem) sem comprometer a vedação proporcionada pelo rebordo do diafragma 708 contra o canal de rebordo 710. ínfelizmente, diafragmas com rebordo são de fabricação relativamente cara por causa de altas taxas de defeitos e etapas de processo caras.

Adicionalmente, o ferramental exigido para formar um entalhe ou canal de rebordo (por exemplo, os canais de rebordo 620 e 710 mostrados nas figuras 6 e ", respectivamente) dentro do flange resulta em manutenção de ferramenta relativamente cara. Em particular, as áreas de raio justo do ferramental que iormam o entalhe ou canal de rebordo são suscetíveis a trincas térmicas. A figura 8 é uma vista plana de uma configuração de flange de exemplo 800 que pode ser usada com um regulador de fluido, tal como, por exemplo, o regulador de fluido de exemplo 220 mostrado na figura 2. A configuração de flange 800 tem um primeiro raio 802 que define uma parte interna 804 do flange 800 e um segundo raio 806 maior do que o primeiro raio 802 que define um envelope de montagem 808. O flange 800 inclui uma pluralidade de protuberâncias em forma de orelha ou orelhas circunferencialmente espaçadas 810, 812, 814 e 816. As orelhas 810-816 têm respectivas partes externas 818, 820, 822 e 824 que definem um terceiro raio 826 que e maior do que o segundo raio 806.

As orelhas 810-816 incluem respectivos pares de abertura 828 e 830 832 e 834, 836 e 838 e 840 e 842. As aberturas 828-842 são configuradas para receber prendedores, tais como, por exemplo, pemos, parafusos auto-atarraxáveis, etc. Conforme mostrado no exemplo da figura 8, o espaçamento circunferencial entre as aberturas 828 e 830 é substancialmente o mesmo do espaçamento circunferencial entre as aberturas 832 e 834, 836 e 838, e 840 e 842. Além do mais, o espaçamento entre pares de aberturas (por exemplo, 828 e 830) é menor do que o espaçamento circunferencial entre, por exemplo, as aberturas 830 e 832. A contrário da configuração de flange conhecida 500 da figura 5, a configuração de flange do exemplo 800 fornece o mesmo número de prendedores para resistência, mas reduz substancialmente o envelope de montagem. Além do mais, diferente ria configuração de flange conhecida 600 da figura 6, a configuração de fiange de exemplo 800 da figura 8 fornece um menor envelope de montagem sem exigir o uso de um diafragma com rebordo. Em vez disso, a configuração de flange de exemplo 800 da figura 8 pode ser usada com uma gaxeta plana relativamente barata em virtude de o espaçamento máximo entre prendedores ser reduzido (mantendo ainda um envelope de montagem mínimo) em comparação com projetos de flange de quatro pemos, tal como o mostrado na figura 6. reduzindo-se assim a flexão do flange.

Diversos recursos vantajosos do regulador de fluido foram aqui revelados. Fm particular, um batente integral com uma haste da válvula do regulador é revelado. Um batente integral como esse reduz os efeitos de acumu.o de tolerâncias para permitir um controle mais preciso da extensão na qual a haste e o disco da válvula são acionados contra a sede da válvula. Este melhor controle em relação ao deslocamento da haste e do disco da válvula em relação à sede da válvula pode ser usado para reduzir significativamente o desgaste e ou danos que podem ser conferidos às superfícies de vedação de um conjunto da válvula do regulador, particularmente em decorrência de condições de sobrepressão. Além do mais, o melhor controle do deslocamento da haste c do disco da válvula pode também fornecer um controle mais preciso da operação da válvula de alívio do regulador.

Uma configuração de alavanca que carrega lateralmente a haste da válvula contra a guia da válvula para aumentar o atrito entre elas é também revelada. Especificamente, controlando-se o vetor de força resultante com o qual a alavanca aciona a haste da válvula para ter um componente de lorça significativo perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da haste da váh Lila. a haste pode ser carregada lateralmente dentro da guia. Tal carregamento lateral introduz um atrito controlado entre a haste e a guia para reduzir- significativamente ou eliminar oscilação da haste e do disco no ponto de controle, particularmente no caso de quedas de pressão relativamente grandes estarem sendo controladas pelo regulador.

Também adicionalmente, é divulgada uma configuração de flange que fornece um envelope de montagem reduzido e que pode ser usada com uma gaxeta plana relativamente barata (oposto a um diafragma com rebordo). A configuração de flange revelada usa uma pluralidade de prende dores para cada orelha ou protuberância do flange para eliminar os problemas de flexão do flange normalmente apresentados em projetos de flange de envelope de montagem reduzidos conhecidos.

Qualquer um dos recursos do batente da haste da válvula, da con figuração de alavanca e da configuração de flange aqui revelados poderia ser usado individualmente ou em qualquer combinação desejada para se atingir um objetivo particular ou para satisfazer uma aplicação particular. Por exemplo, todos os três recursos poderíam ser combinados em um único dispositivo para fornecer um produto regulador adequado para uso tanto em aplicação de gás natural como de gás LP. Em particular, a configuração de flange com envelope de montagem reduzido e recursos de haste da válvula carregada lateralmente seriam particularmente vantajosos em aplicações de gás LP por causa das restrições de espaço e altas quedas de pressão (que tendem produzir oscilações de pressão de saída) que são normalmente encontradas nessas aplicações. Adicionalmente, um regulador que tem tais recursos poderia também ser feito para ter as exigências de precisão de controle necessárias para satisfazer aplicações de gás natural, EspeciJicamente, a configuração de flange revelada permite que um diafragma relativamente grande seja usado, o que permite que uma relação de alavanca relativamente baixa seja usada. Na forma discutida antes, uma menor relação de alavanca melhora o ganho de banda proporcional e, assim, a precisão do controle da pressão de saída.

Embora certos aparelhos tenham sido aqui descritos, o escopo de cobertura desta patente não está limitado a este. Pelo contrário, esta patente cobre todas as modalidades que razoavelmente se enquadrem no escopo das reivindicações anexas, tanto literalmente como sob a doutrina de equivalentes.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Regulador de fluido (200) compreendendo: um alojamento; um ílange com um primeiro raio (802) que define uma parte interna (804) do ílange e um segundo raio (806) maior do que o primeiro raio que define um envelope de montagem (808) do regulador de fluído; caracterizado pelo fato de que o flange inclui uma pluralidade de protuberâncias espaçadas circunfercncíalmente (810-816); e cada uma da pluralidade de protuberâncias incluí pelo menos duas aberturas (828, 830; 832, 834; 836, 838; 840, 842) de maneira tal que mais de quatro aberturas sejam providas pelo flange, cada uma das aberturas configurada para receber um respectivo prendedor para engatar o envelope de montagem do regulador de fluido; uma válvula (202; 408) que tem uma sede (204; 410), um disco de válvula (206; 411) e uma haste (208; 412) acoplada ao disco de válvula; uma guia da válvula (210; 418) que retém a haste para manter uma superfície de vedação (212) do disco de válvula em urna relação substancial mente coplanar com a sede; e uma alavanca (402) que tem uma primeira extremidade acoplada à haste e uma segunda extremidade acoplada a um diafragma (226) disposto dentro do regulador de fluido, em que a alavanca é acoplada à haste para aplicar uma força (420) na haste em uma direção que é uão paralela a um eixo geométrico longitudinal da haste,

2. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as protuberâncias (810-816) têm forma de orelha.

3. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação l, caracterizado pelo fato de que a haste (208; 412) inclui um batente (228; 422) configurado para limitar o deslocamento do disco de válvula (206; 411) em direção à sede (204; 410).

4. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a força (420) aplicada pela alavanca (402) é substancialmente perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da haste (208; 412).

5. Regulador de fluido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a haste (208; 412) inclui uma protuberância (414) e a primeira extremidade da alavanca (402) inclui um rebaixo (416) que é configurado para receber a protuberância.

6. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o diafragma (226) é disposto dentro do alojamento;

7. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a força (420) aplicada pela alavanca (402) à haste (208; 412) é substancialmente perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da haste.

8. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a alavanca (402) engata a haste (208; 412) por meio de um rebaixo (416).

9. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o rebaixo (416) tem uma parede que é angulada para ser não perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da haste de válvula (208; 412).

10. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a haste de válvula (208; 412) inclui uma protuberância (414) e em que a primeira extremidade da alavanca (402) inclui um rebaixo (416) que recebe a protuberância.

11. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo feto de que a haste (208; 412) inclui um batente (228; 422) que limita o deslocamento do disco de válvula (206; 411) em direção à sede de válvula (204; 410).

12. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo feto de que o batente (228; 422) é integral com a haste (208; 412).

13. Regulador de 11 ui do (200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo feto de que a primeira extremidade da alavanca (402) engata a haste (208; 412) por meio de uma protuberância (414) integral com a haste.

14. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: a pluralidade de protuberâncias é espaçada circunferencialmente, de maneira tal que as primeiras e as segundas da pluralidade de protuberâncias fiquem separadas com um primeiro espaçamento circunferencial e a segunda e uma terceira da pluralidade de protuberâncias fiquem espaçadas por um segundo espaçamento circunferencial maior do que o primeiro espaçamento circunferencial, e adicionalmente compreendendo um batente (228; 422) integral com a haste (208; 412) e configurado para limitar o deslocamento do disco de válvula (206; 411) em direção à sede,

15. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: a alavanca é engatada com a haste de válvula (208; 412) para carregar lateral mente a haste contra a guia de válvula para controlar o atrito entre elas.

16. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o flange é configurado para receber pelo menos cinco prendedores, de maneira tal que pelo menos dois espaçamentos circunferenciais sejam associados com pelo menos cinco prendedores.

17. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente um batente (228; 422) integral com a haste (208; 412), em que o batente controla a extensão na qual o disco da válvula pode ser acionado contra a sede (204; 410).

18. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente um diafragma (226) dimensionado de maneira tal que o regulador de fluido seja configurado para controlar a pressão de pelo menos dois diferentes tipos de fluidos.

19. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que os pelo menos dois diferentes tipos de fluidos incluem gás natural e gás liquefeito de petróleo.

20. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de protuberâncias circunferencialmente espaçadas tem partes externas que se estendem por um terceiro raio que é maior que o segundo raio.

21. Regulador de fluido (200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaçamento circunferencial entre o par de aberturas por protuberância é menor que o espaçamento entre aberturas adjacentes em protuberâncias adjacentes.