BRPI0410672B1 - Valve system and method for operating a control valve system - Google Patents

Description

“SISTEMA DE VÁLVULA E MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE VÁLVULA DE CONTROLE” Campo da Invenção A presente invenção refere-se a aparelhos de controle de pressão e, mais es peci fica mente, trata de reguladores para fornecer fluido pressurizado a um nível predeterminado.

Fundamentos da Invenção Em muitos ambientes de controle de método, o fluxo do fluido de método é regulado por uma ou mais válvulas de controle. As válvulas de controle propriamente ditas podem ser previstas em um número de formas inclusive aquelas usando elementos de controle na forma de hastes deslizantes, placas borboleta, e esferas rotativas para ajustar uma abertura variavelmente dimensionada entre uma entrada e uma saída da válvula* O elemento de controle propriamente dito é controlado por um atuador fisicamente acoplado com o demento de controle. O atuador também pode ser previsto em um número de formas inclusive aquelas empregando um diafragma com câmaras de pressão superior e inferior flanqueando o diafragma. Controlando o diferencial de pressão entre a primeira e a segunda câmara, o diafragma pode ser levado a se deslocar para cima ou para baixo em relação à válvula de controle, e por sua vez deslocar o diafragma, haste atuadora associada, e elemento de controle.

Consequentemente, pode ser visto que é importante fornecer ao atuador fluido sob pressões conhecidas. No caso do atuador de diafragma supracitado, ar pressurizado é frequentemente utilizado com frequência como o fluido e é previsto por intermédio de um regulador. O regulador inclui um alojamento tendo uma entrada e uma saída, com a entrada sendo conectada com uma fonte de ar comprimido tal como um compressor da fábrica na qual o regulador é fornecido. As ditas fábricas podem se apresentar na forma de refinarias, fábricas de processamento químico, fábricas de processamento químico, fábricas de processamento de produtos alimentares, ou qualquer outro tipo de ambiente de controle de método, ou quaisquer outros tipos de ambiente de controle de método no qual a regulação de pressão e fluxo de fluidos é importante. O alojamento do regulador adicionalmente inclui uma saída adaptada para ser conectada com o atuador de válvula por uma haste móvel situada no alojamento entre a entrada e a saída. Dependendo da posição da haste no interior de uma passagem conectando a entrada com a saída, a pressão fornecida pelo regulador pode ser quer aumentada quer diminuída para um volume predeterminado ou conhecido para fornecimento exato ao atuador.

Para controlar o fluxo do dito fluido pressurizado pelo regulador ao atuador, um posicionador (às vezes designado de um controlador ou de um instrumento), é entre eles interposto. O posicionador pode receber um sinal de um processador da instalação ou fábrica, com aquele sinal sendo representativo do fluxo desejado do fluido de método. Baseado sobre o sinal de controle recebido, o posicionador então determina a posição de válvula requerida, e permite que o fluido pressurizador proveniente do regulador passe para o atuador de válvula conforme apropriado para proporcionar a posição de válvula correta e fínalmente o fluxo de método desejado.

Além de assegurar um nível exatamente regulado de fluido pressurizado para o atuador, os sistemas em questão também têm de prestar um mecanismo pelo qual a válvula de controle possa falhar em uma posição segura. Como indicado acima, as ditas válvulas de controle são freqüentemente usadas em refinarias ou instalações de processamento químico onde é imperativo que a válvula falhe em uma posição segura. Esta posição segura pode significar que a válvula de controle falhe em uma posição plenamente aberta ou plenamente fechada. Num e noutro caso, para que a válvula de controle assuma uma posição deste tipo, o fluido pressurizado no interior do atuador que controla a válvula de controle tem de ser inteiramente dissipado ou esgotado do sistema. Todavia, quando o atuador recebe o fluido pressurizado proveniente do regulador, é o regulador que tem de ser munido de alguma forma de mecanismo para ventilar a pressão excedente do atuador de válvula. Os métodos para aperfeiçoar a ventilação de estado estável para a atmosfera incluem, porém sem estarem limitados aos mesmos, orifícios de ventilar internos e externos. Todavia, as construções deste tipo exigem que a pressão de saída do regulador seja constantemente ventilada para a atmosfera desse modo criando ruído audível do ar ao se escapar, gerando uma demanda mais alta sobre o sistema de compressor da fábrica, e prestando falsas indicações de um defeito ou falha mecânica.

Pode ser visto, por conseguinte, que existe a necessidade por um regulador de construção aperfeiçoada que permita rápida e confiável escape da pressão de saída de regulador excedente quando desejado.

Sumário da Descrição De acordo com um aspecto da invenção, um regulador de pressão é apresentado que pode compreender um alojamento, uma entrada, uma saída, uma passagem, um tampão, e uma válvula de escape. A entrada e a saída poderíam ser previstas com a entrada recebendo fluido comprimido a uma primeira pressão. E regulando fluido reduzido a uma segunda pressão. A passagem pode conectar a entrada com a saída com o tampão sendo montado de maneira móvel no alojamento e disposto na passagem. O tampão é móvel entre uma faixa de posições se estendendo de uma primeira posição fechando a passagem para uma segunda posição abrindo plenamente a passagem. A válvula de escape pode se estender entre a saída e a entrada e permanecer normalmente fechada, porém ser aberta quando a pressão no interior da saída exceder a pressão no interior da entrada por um valor predeterminado.

De acordo com outro aspecto da invenção, um sistema de válvula é exposto que pode compreender uma válvula de controle, um atuador de válvula, e um regulador. A válvula de controle pode regular o fluxo do fluido de método, com o atuador de válvula sendo acoplado com a válvula de controle e sendo acionado pelo fluido pressurizado. O regulador pode ser operativamente associado com o atuador de válvula e fornecer fluido a uma pressão específica ao atuador de válvula. O atuador pode incluir uma entrada, uma saída, e um elemento móvel entre elas interposto com o regulador ainda incluindo uma válvula de escape de pressão reversa adaptada para conectar a saída com a entrada quando a pressão no interior da saída é maior que a pressão no interior da entrada por um valor predeterminado.

De acordo com outro aspecto da invenção, um método para operar um sistema de válvula de controle é exposto que pode compreender dirigir fluido pressurizado proveniente de um regulador para um atuador de válvula para alterar a posição de um atuador de válvula, e aliviar a pressão excedente proveniente do atuador de válvula quando é desejado mover a válvula de controle para uma determinada posição. A pressão excedente pode ser ventilada através de uma válvula de escape de pressão reversa prevista no regulador, Estes e outros aspectos e características da invenção se evidenciarão mais facilmente da descrição detalhada que se segue quando tomada em conjunção com os desenhos apensos.

Descrição Sucinta dos Desenhos A fig. 1 é um diagrama em blocos representando um sistema de válvula construído de acordo com os ensinamentos da invenção. A fig. 2 é uma vista seccional de um regulador construído de acordo com os ensinamentos da invenção; e A fig. 3 é uma vista seccional de uma válvula de escape de pressão reversa prevista no interior de um regulador construído de acordo com os ensinamentos da invenção.

Embora a descrição detalhada que se segue apresente várias modificações e construções alternativas, determinadas modalidades ilustrativas da mesma foram ilustradas nos desenhos e serão descritas abaixo em detalhe. Deve ser entendido, todavia, que não há qualquer intenção de limitar a invenção às modalidades específicas expostas, porém pelo contrário abranger todas modificações, construções alternativas, e equivalentes que se enquadrem dentro do espírito e âmbito da invenção conforme definida pelas reivindicações apensas.

Descrição Detalhada da Invenção Reportando-se a seguirão desenhos, e com referência específica à fig. 1, um sistema de válvula construído de acordo com os ensinamentos da invenção é genericamente designado pelo numeral de referência 20.0 sistema de válvula pode ser empregado em uma variedade de diferentes ambientes inclusive, porém não limitado a refinarias, instalações de processamento químico, instalações de processamento de produtos alimentares e semelhantes. Em cada um dos ambientes contemplados, o sistema de válvula 20 pode ser empregado para regular o fluxo de um fluido de método a uma pressão desejada, taxa de vazão, e volume.

Reportando-se mais uma vez à figura 1, o sistema de válvula 20 é mostrado incluir uma válvula de controle para regular o fluxo de um fluido de método entre uma entrada 24 e uma saída 26; Como acima indicado, a válvula de controle 22 pode empregar qualquer número de estruturas diferentes para assim proceder compreendendo, porém não limitada a hastes deslizantes, placas de borboleta, e esferas rotativas.

Conectado com a válvula de controle 22 existe um atuador de válvula 28, que é assim conectado por uma haste 30, acoplada com o elemento de controle da válvula de controle 22. Por conseguinte, o deslocamento do atuador de válvula 28 controla a posição do elemento de controle da válvula 22 e assim o fluxo de fluido através do sistema 20. Para assim proceder, o atuador de válvula 28 pode ser previsto em um número de formas inclusive pneumática ou outros atuadores fluidicamente operados que empregam um diafragma 31 no interior de um alojamento e disposto entre câmaras superior 32 e inferior 33. Enchendo as câmaras superior e inferior com fluidos sob pressões dispares, um diferencial de pressão é gerado através do diafragma desse modo gerando deslocamento do diafragma. O deslocamento do diafragma 31 causa o deslocamento da haste 30, que por sua vez causa o deslocamento do elemento de controle assim alterando a posição da válvula de controle.

Um posicionador 34 é mostrado conectado com o atuador de válvula 28 para fornecer fluido pressurizado ao mesmo. Mais especificamente, o posicionador 34 fornece fluido pressurizado à câmara superior 32 e/ou câmara inferior 33 do atuador de válvula 28 para assim controlar a posição do diafragma 31.0 posicionador 34 pode assim proceder após receber um sinal de controle 35 de um processador de fabrica 36 que pode ser parte de um esquema de controle total da fábrica ou instalação em que o sistema de válvula 20 é empregado. O sinal de controle 35 pode ser predeterminado, ou pode ser baseado sobre sinais recebidos de um laço de realimentação 38. Como mostrado na fig. 1, o laço de realimentação 38 pode empregar um fluxímetro ou semelhante 40 que mede o fluido de método proveniente da saída 26. Por conseguinte, se o fluxo medido não é o desejado, o processador de fábrica 36 pode gerar um sinal de controle apropriado 35 para mover a válvula de controle 22 correspondentemente e assim aproximar o fluxo de fluido de método do nível desejado. O posicionador 34, como indicado acima, fornece fluido pressurizado ao atuador de válvula 28 baseado sobre o sinal de controle 35. Todavia, o posicionador 34 propriamente dito recebe fluido pressurizado de um regulador 42. O regulador 42 recebe fluido de uma fonte 44 pressurizado a um primeiro nível, e gera fluido 46 pressurizado a um segundo nível para recepção pelo posicionador 34. Por exemplo, a fonte 44 pode ser ar comprimido fornecido por um compressor de ar principal da fábrica ou instalação e pode ser fornecido a uma pressão da ordem de dezenas de Pascal (ou centenas de lbs/pol2). Todavia, o posicionador 34 pode somente ser suscetível de receber fluido pressurizado a um nível de Pascal muito mais baixo. Por conseguinte, o regulador 42 pode ser de um tipo de regulador de redução de pressão que recebe o fluido comprimido da fábrica a um valor de Pascal relativamente alto, e reduz o ar comprimido para um nível muito mais baixo para uso pelo posicionador 34.

Reportando-se a seguir à fíg. 2, o regulador 42 é mostrado em maior detalhe. Como ilustrado, o regulador 42 inclui um alojamento 48 tendo uma entrada 50 e uma saída 52 com uma passagem intermediária. Controlando a área em seção transversal da passagem 54, a pressão do fluido fluindo através do regulador 42 pode ser ajustada. Isto pode ser realizado controlando a posição de um tampão móvel 56 previsto no interior da passagem 54. Embora exista um número de diferentes mecanismos pelos quais este deslocamento pode ser realizado,será observado pela fíg. 2 que um tampão móvel 56 pode ser montado em uma placa 58 que, por sua vez, é compelida de maneira móvel no sentido da passagem 54 por uma mola 60.0 grau ao qual a placa 58 e assim o tampão 56 são compelidos no sentido da passagem 54 pode ser ajustado dimensionando a mola 60 apropriadamente, ou ajustando a posição de um parafuso 62 adaptado para aplicar força sobre uma mola 60. Como representado, o parafuso 62 inclui uma pluralidade de filetes de rosca 64, assim como uma contraporca 66. Por conseguinte, quando o parafuso 62 é girado, ele confere maior ou menor força sobre uma placa superior 68, que por sua vez ajusta o grau em que a mola 60 é comprimida ou pré-carregada. A figura 2 também ilustra que o regulador 42 pode incluir um conjunto de filtro 70 no interior da entrada 50 para reduzir o número de partículas de passagem através do regulador 42 e assim assegurar que o posicionador 34 receba fluido relativamente limpo para desse modo prolongar sua vida útil e aperfeiçoar a sua precisão. O regulador 42 pode ainda incluir um coletor de umidade 72. O coletor de umidade 72 pode servir como um reservatório para reter qualquer líquido ou condensação removida do fluido que passa através do regulador 42. Por conseguinte, um dreno 74 pode ser previsto no interior do alojamento 48 para permitir a remoção do dito líquido.

As várias câmaras do regulador 42 são previstas sob diferentes pressões. Como o regulador 42 é tipicamente previsto na forma de um regulador de redução de pressão, em que a entrada 50 está sob uma pressão maior que a saída 52, o fluxo de fluido tipicamente será dirigido da entrada 50, através da passagem 54, e através da saída 52 para o posicionador 34. Todavia, como indicado acima, é às vezes necessário que o fluido seja evacuado da saída 52, ou do posicionador 34, ou do atuador de válvula 28. Por exemplo, quando é desejado que a válvula de controle 22 assuma uma posição de segurança contra falhas, o elemento de controle da válvula de controle se deslocará para ma posição quer inteiramente aberta quer completamente fechada. Como o deslocamento do elemento de controle é controlado pelo atuador de válvula 28, isto por sua vez exige que a câmara superior 32 e/ou a câmara inferior 33 do atuador de válvula 28 seja plenamente evacuada para permitir deslocamento do diafragma. Todavia, o fluido pressurizado pode somente ser evacuado do atuador de válvula 28 através do posicionador 54 e do regulador 42. Em contraposição aos reguladores da técnica anterior que previam um orifício de drenagem no interior do regulador que constantemente drena a pressão excedente às custas de saída audível aumentada, a presente invenção apresenta uma válvula de escape de pressão reversa integrada (IRPE) 76 diretamente no interior do regulador 42 entre a entrada 50 e a saída 52. Especificamente, será observado que a válvula IRPE 76 pode ser prevista no interior de um furo 78 aberto em uma parede interior 80 do alojamento ou corpo 48. A válvula IRPE 76 pode ser fornecida em uma variedade de formadas, porém na modalidade representada ilustrada na fig. 3, inclui um alojamento 82 tendo uma entrada 84 e uma saída 86 com uma sede de válvula 88 intermediária. Um elemento de controle 90 tal como uma esfera ou similar é compelido contra a sede de válvula 88 por uma mola 92 na direção da entrada 84. A válvula IRPE 76 é posicionada de tal maneira que a saída IRPE 86 está próxima da entrada do regulador 50, e a entrada IRPE 84 está próxima da saída do regulador 52.

Consequentemente, pode ser visto por aqueles versados na técnica que a válvula IRPE 76 oferece um mecanismo pelo qual a pressão excedente no interior da saída 52 pode ser aliviada e assim habilitar a válvula de controle 22 aa assumir sua posição à prova de falhas desejada.Isto pode ser realizado a qualquer tempo que o diferencial de pressão entre a entrada e a saída do regulador 50, 52 atingir um nível predeterminado. O nível predeterminado pode ser prescrevido pela dimensão da mola 92. Na modalidade ilustrada, a mola 92 é dimensionada de modo a ser comprimida e desse modo abrir a válvula IRPE 76, sempre que a pressão no interior da saída 52 for maior a pressão dentro da entrada 50 por 41 pascal (6 lbs/pol2) ou mais. Naturalmente, a válvula IRPE 76 pode ser dimensionada de modo a ser aberta sob qualquer outro diferencial de pressão também.

Em operação pode, por conseguinte, ser visto que o sistema de válvula 20 apresenta um sistema pelo qual fluido de método ode ser exatamente regulado e controlado entre a entrada 24 e a saída 26. Isto é realizado usando o atuador de válvula 28 para controlar a posição da válvula de controle 22. Todavia, quando é desejado que a válvula 22 falhe em uma posição inteiramente aberta ou completamente fechada, o atuador de válvula 28 é munido de um mecanismo pelo qual a pressão excessiva n seu interior possa ser rapidamente e precisamente aliviada não somente através do posicionador 34, porém também através do regulador 42. Isto é realizado provendo a válvula IRPE 76 diretamente no interior do regulador 42 que se abre sempre que o diferencial de pressão no interior do regulador 42 exceder um valor limiar predeterminado Uma vez que o diferencial de pressão seja atingido, a válvula IRPE 76 se abre e assim a pressão excedente no interior da saída é aliviada, e a válvula 22 pode assumir sua posição de segurança a prova de falhas. Outrossim, uma vez que a pressão excessiva no interior da saída 52 seja aliviada, a válvula IRPE 76 se fecha automaticamente, desse modo posicionando o sistema de válvula 20 mais uma vez para operação normal.

REIVINDICAÇÕES

Claims (18)

1. Sistema de válvula (20) caraclcriz;ido pelo fato de que compreende: uma válvula de controle (22) regulando o fluxo de um fluido de método; um atuador dc válvula (28) acoplado com a válvula de controle (22), o regulador de válvula (28), tendo uma câmara superior (32) e uma câmara inferior (33), sendo acionado por fluido pressurizado; e um regulador (42) operativamente associado com o atuador de válvula (28), o regulador (42) fornecendo fluido a uma pressão especificada ao atuador de válvula (28), o regulador (42) incluindo lima entrada de regulador (50), uma saída de regulador, e um tampão (56) entre os mesmos, o sistema de válvula caracterizado por: o regulador (42) adicional mente incluir uma válvula de escape de pressão reversa (76) adaptada para conectar a saída do regulador (52) com a entrada de regulador (50) quando a pressão no interior da saída de regulador (52) é maior que a pressão no interior da entrada de regulador (50) por um valor predeterminado, e o sistema de válvula (20) adicionalmente inclui um posicionador (34), o posicionador (34) recebendo um sinal de controle (35) e direcionando fluido pressurizado do regulador (42) para a câmara superior (32) e/ou para a câmara inferior (33) do atuador de válvula (28) com base no sinal de controle (35).

2. Sistema de válvula de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo loto de que a válvula de escape de pressão reversa (76) é uma válvula de retenção unidirecional, a válvula de retenção incluindo um alojamento (82) tendo uma entrada de válvula de retenção (84), uma saída de válvula de retenção (86), uma sede (88) entre a entrada de válvula de retenção (84) e a saída de válvula de retenção (86) e um elemento de válvula móvel (90) propelido contra a sede por uma mola (92).

3. Sistema de válvula de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a mola (92) propele o elemento de válvula (90) na direção da saída da válvula de controle (86).

4. Sistema de válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor predeterminado é um diferencial de pressão de 41,4 Pascal (6 psi).

5. Sistema de válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o regulador (42) inclui ainda uma mola (60) propelindo o tampão do regulador (56) para uma posição aberta.

6. Sistema de válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o regulador (42) inclui ainda um filtro (70) entre a entrada de regulador (50) e a saída de regulador (52).

7. Sistema de válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o regulador inclui ainda um coletor de umidade (72) entre a entrada de regulador (50) e a saída de regulador (52).

8. Sistema de válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito regulador é um regulador de pressão (42), o dito regulador de pressão (42) compreendendo: um alojamento de regulador (48), a dita entrada de regulador (50) e a dita saída de regulador (52) sendo providas no dito alojamento de regulador; e uma passagem (54) conectando a entrada de regulador (50) à saída de regulador (52); em que o dito tampão (56) é conectado de forma móvel no alojamento de regulador (48) e disposto na passagem (54), o tampão (56) sendo móvel entre uma faixa de posições se estendendo de uma primeira posição fechando a passagem (54), para uma segunda posição abrindo totalmente a passagem (54).

9. Sistema de válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente por incluir uma mola (60) no alojamento de regulador (48) propelindo o tampão (56) para a posição totalmente aberta.

10. Sistema de válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente por incluir um mecanismo de ajuste (62) para alterar o grau de propensão imposto pela mola (60).

11. Sistema de válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente por incluir um dreno (74), em que o dreno (74) é fluidamente acoplado ao alojamento de regulador (48) e adaptado para remover um líquido acumulado no coletor de umidade (72).

12. Método para operar um sistema de válvula de controle (20) compreendendo: direcionar fluido pressurizado de um regulador (42) para um atuador de válvula (28) para alterar a posição do atuador de válvula (28); alterar a posição de uma válvula de controle (22) com base na alteração em posição do atuador de válvula (28); o método adicionalmente caracterizado por compreender: aliviar a pressão excedente do atuador de válvula (28) quando é desejado levar a válvula de controle (22) a falhar para um determinada posição, a pressão excedente sendo aliviada através de uma válvula de escape de pressão reversa (76) prevista no regulador (42); em que o fluido pressurizado é direcionado do regulador (42) para uma câmara superior (32) e/ou uma câmara inferior (33) do atuador de válvula (28) por um posicionador (34) com base em um sinal de controle (35).

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pressão excedente é exaurida quando a pressão no interior de uma saída (52) do regulador (42) é maior que a pressão no interior de uma entrada (50) do regulador (42) por um valor predeterminado

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o valor predeterminado é de 41,4 Pascal (6 psi).

15. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a válvula de escape de pressão reversa inclui um elemento compelido por mola, a pressão excedente sendo ventilada quando a pressão em uma saída do regulador é maior que a pressão em uma entrada do regulador e um diferencial de pressão entre elas cria uma força suficiente para superar uma força propensora da mola.

16. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o sinal de controle (35) é representativo de uma posição de válvula de controle desejada.

17. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a posição do atuador de válvula (28) é alterada pelo ajuste do diferencial de pressão no atuador de válvula (28).

18. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado adicionalmente por incluir a etapa de reter uma condensação do fluido em um coletor de umidade.