BRPI0509083B1 - Dispositivo de redução de pressão de fluido - Google Patents

Abstract

dispositivo de redução de pressão de fluido são revelados dispositivos de redução de pressão de fluido para uso em sistemas de manipulação de gás e líquido. um exemplo de dispositivo de redução de pressão de fluido exemplar inclui uma pluralidade de cilindros, cada qual tendo uma superfície de diâmetro interno e uma superfície do diâmetro externo e uma pluralidade de aberturas que se estende da superfície do diâmetro interno até a superfície do diâmetro externo. os cilindros são arranjados em uma configuração aninhada, de maneira tal que uma parte substancial da superfície do diâmetro interno de uma da pluralidade de cilindros fique em contato com uma parte substancial da superfície do diâmetro externo de um outro dos cilindros. partes das aberturas de um dos cilindros sobrepõem pelo menos partes das aberturas de um outro dos cilindros para formar um trajeto de fluxo de fluido de processo.

Description

“DISPOSITIVO DE REDUÇÃO DE PRESSÃO DE FLUIDO” CAMPO DA DIVULGAÇÃO

[0001] A presente divulgação diz respeito no geral a dispositivos de redução de pressão de fluido e, mais particularmente, a dispositivos de redução de pressão de fluido para uso em sistemas de manipulação de fluido de processo.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Sistemas de manipulação de fluido de processo tipicamente usam tubos e válvula para transportar fluidos de processo. As pressões de fluido associadas com sistemas de manipulação de fluido de processo geralmente geram forças que afetam o fluxo dos fluidos de processo. As forças geradas em um estágio de um sistema de manipulação de fluido de processo podem afetar gases ou líquidos por todo o sistema.

[0003] Os efeitos das forças geradas pelos fluidos de processo pressurizados em sistemas de manipulação de fluido de processo são geralmente indesejáveis. Por exemplo, gases e líquidos pressurizados podem acumular grandes quantidades de energia potencial que podem ser dissipadas como calor e ruído. A conversão de energia potencial acumulada em calor tipicamente aumenta a temperatura do fluido de processo, bem como dos tubos, válvulas, etc. através dos quais o fluido de processo escoa, e pode levar a um comportamento imprevisível e indesejável, tais como interrupções do sistema. Energia potencial acumulada é tipicamente liberada abrindo as válvulas (que liberam pressão de fluido) no sistema de manipulação de fluido de processo.

[0004] A liberação ou dissipação da energia potencial armazenada em fluidos de processo pode também resultar em ruídos audíveis. Ruído audível tipicamente resulta quando a turbulência do fluido de processo faz com que o fluido de processo reverbere ou ressoe contra as paredes do tubo, estruturas de válvulas, etc.

[0005] Muitos desenvolvimentos têm sido direcionados para reduzir ruído e outros efeitos indesejáveis associados com a redução de pressão de energia potencial armazenada em sistemas de manipulação de fluido de processo. Por exemplo, um método para reduzir a geração de ruído audível inclui tubos isolantes com atenuação de ruído. Exibição de tela, isolamento do tubo e outros métodos de mascarar os efeitos indesejáveis de pressão e energia potencial armazenados em fluidos de processo não abordam a causa dos efeitos indesejáveis. Nem esses métodos reduzem ou eliminam os efeitos potencialmente destrutivos que a pressão e/ou energia potencial armazenada podem ter. Outros desenvolvimentos incluem aparelhos em linha que, quando colocados nos tubos e/ou válvulas de um sistema de manipulação de fluido de processo, reduzem ou controlam pressões de fluido e processo e energia potencial armazenada, bem como os efeitos indesejáveis associados.

[0006] Um exemplo de um dispositivo usado para reduzir ou controlar o acúmulo de pressão de fluido de processo é um dispositivo cilíndrico de múltiplos estágios descrito na patente U.S. no. 4.567.915 concedida a Bates et al. O dispositivo cilíndrico de múltiplos estágios descrito por Bates et al. inclui uma pluralidade de cilindros, cada um dos quais é encaixado por pressão em um outro cilindro, e cada um dos quais tem uma pluralidade de furos abertos que se entende através do cilindro, de uma superfície do cilindro externo até uma superfície do cilindro interno. Cada um dos cilindros do dispositivo de múltiplos estágios revelados por Bates et al. também tem um flange circunferencial em cada extremidade do cilindro. Quando os cilindros são encaixados por pressão um no outro, os flanges separam os cilindros de maneira tal que uma cavidade ou espaço seja mantido entre as paredes do cilindro. Desta maneira, gases ou líquidos que escoam através dos furos passantes de um cilindro podem entrar em uma cavidade aberta entre os cilindros, escoar através dos furos passantes de um cilindro seguinte, e então tanto entrar em uma outra cavidade entre os cilindros como escoar para fora do dispositivo cilíndrico de múltiplos estágios.

[0007] O dispositivo de múltiplos estágios revelado por Bates et al. tem diversos inconvenientes. Em particular, o dispositivo revelado por Bates et al. é fabricado usando uma pluralidade de cilindros pré-formados. Uma pluralidade de furos é aberta em cada cilindro pré-formado para permitir que líquidos e gases e outros fluidos de processo escoem através do dispositivo. Exibição de tela, em virtude de os furos serem perfurados, a geometria dos furos é tipicamente limitada a aberturas substancialmente circulares, limitando assim os tipos de resistências mecânicas, atenuações de pressão e atenuações de ruído que podem ser providos. Adicionalmente, o processo de perfuração pode ser um processo demorado e caro que é propenso a erros e a produtos acabados defeituosos.

[0008] Um inconveniente adicional do dispositivo de múltiplos estágios revelado por Bates et al. é associado com a cavidade ou espaço formado entre os cilindros. Especificamente, pouco ou nenhum controle pode ser imposto sobre o fluido de processo que escoa nas cavidades ou espaços entre cada estágio do cilindro, em virtude de as cavidades ou espaços permitirem escoamento relativamente livre (isto é, irrestrito), que pode resultar em padrões de escoamento turbulento que gera flutuações de pressão de fluido de processo que causam ruído audível, calor, etc.

[0009] Um exemplo de um dispositivo de múltiplos estágios baseado em uma pilha de anéis substancialmente chatos ou planos está descrito na patente U.S. no. 5.769.122 concedida a Baumann et al.. O dispositivo de anéis empilhados revelado por Baumann et al. usa anéis substancialmente chatos ou planos com entalhes pré-cortados. Os anéis planos entalhados são empilhados para formar um cilindro com uma pluralidade de trajetos de fluxo que se estende de uma superfície interna do cilindro até uma superfície externa do cilindro. Os trajetos de fluxo são formados por meio de uma pluralidade de furos ou entalhes complementares formados nos anéis planos. Os trajetos de fluxo podem ser divididos em diversos trajetos e configurados de forma a incluir mudanças e obstruções. Em geral, a configuração dos trajetos de fluxo faz com que o fluido de processo dissipe uma quantidade substancial de energia potencial e, assim, pressão enquanto desloca pelos trajetos de fluxo.

[0010] No entanto, o dispositivo de redução de pressão de fluido de anéis empilhados revelado por Baumann et al. é de fabricação cara e demorada. Os anéis planos são tipicamente cortados por laser de uma peça plana grande de material (isto é, estoque plano). A fabricação de anéis planos geralmente resulta em uma quantidade relativamente grande de sucata que aumenta os custos. Adicionalmente, o corte de cada anel plano também aumenta a quantidade de tempo que leva para fabricar um dispositivo de redução de pressão de fluido de anéis empilhados, que pode ter um número significativo de anéis planos (por exemplo, cinqüenta anéis planos empilhados).

[0011] O dispositivo de redução de pressão de fluido de anéis empilhados revelado por Baumann et al. pode também ser difícil de montar. Por exemplo, diversas dificuldades são tipicamente encontradas durante o empilhamento e união dos anéis planos. Em particular, os anéis planos são empilhados uns por cima dos outros em uma orientação predeterminada e em seguida unidos por solda forte uns nos outros. Este processo é geralmente associado com problemas de controle dimensional, tal como a manutenção da altura e condição reta dos anéis empilhados dentro de uma determinada tolerância. Adicionalmente, o desempenho das uniões produzidas por solda forte geralmente não é aceito e leva à produção de partes defeituosas. Ainda adicionalmente, as orientações dos anéis empilhados são geralmente difíceis de controlar, e problemas de qualidade associados com a orientação do anel plano geralmente levam ao correções demoradas ou com perda de material. Além do custo, tempo e problemas de fabricação, alguns materiais geralmente não estão disponíveis na forma de folha para fabricação dos anéis planos necessários para produzir o dispositivo de redução de pressão de fluido de anéis empilhados.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0012] Um dispositivo de redução de pressão de fluido aqui revelado pode ser usado para reduzir a energia potencial, pressão e/ou ruído que acumula em um fluido de processo tais como, por exemplo, um gás ou líquido em um sistema de manipulação de fluido de processo. De acordo com um exemplo, um dispositivo de redução de pressão de fluido pode incluir um primeiro cilindro e um segundo cilindro. O primeiro cilindro pode incluir uma primeira superfície interna, uma primeira superfície externa e uma primeira pluralidade de aberturas que se estende da primeira superfície interna até a primeira superfície externa. O segundo cilindro pode incluir uma segunda superfície interna, uma segunda superfície externa e uma segunda pluralidade de aberturas que se estende da segunda superfície interna até a segunda superfície externa. Adicionalmente, o segundo cilindro pode ser disposto dentro do primeiro cilindro, de maneira tal que uma parte substancial da primeira superfície interna fique em contato com uma parte substancial da segunda superfície externa. Partes da primeira pluralidade de aberturas podem sobrepor partes da segunda pluralidade de aberturas para formar trajetos de fluxo através dos quais um fluido de processo pode escoar.

[0013] De acordo com um outro exemplo, um dispositivo de redução de pressão de fluido pode incluir uma pluralidade de cilindros. Cada um dos cilindros pode incluir uma superfície interna, uma superfície externa e uma pluralidade de aberturas que se estende da superfície interna até a superfície externa. Os cilindros podem ser arranjados em uma configuração aninhada de maneira tal que uma parte substancial da superfície interna de um da pluralidade de cilindros se encaixe com uma parte substancial da superfície externa de um outro da pluralidade de cilindros. Partes das aberturas de um da pluralidade de cilindros podem sobrepor partes das aberturas do outro da pluralidade de cilindros para formar pelo menos um trajeto de fluxo. O trajeto de fluxo pode ser configurado para reduzir a energia, pressão e/ou ruído potencial em um fluido de processo quando o fluido de processo percorre o trajeto de fluxo.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

[0014] A figura 1 é uma vista isométrica de um dispositivo de redução de pressão de fluido exemplar.

[0015] As figuras 2A e 2B são vistas isométricas explodidas do dispositivo de redução de pressão de fluido exemplar da figura 1.

[0016] A figura 3A é uma vista plana e a figura 3B é uma vista seccional transversal isométrica de um outro dispositivo de redução de pressão de fluido exemplar que é substancialmente similar ou idêntico ao dispositivo de redução de pressão de fluido exemplar das figuras 1, 2A e 2B.

[0017] A figura 4 é uma vista em seção transversal de um sistema de manipulação de fluido de processo exemplar que pode usar os dispositivos de redução de pressão de fluido exemplares aqui descritos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0018] A figura 1 é uma vista isométrica de um dispositivo de redução de pressão de fluido 100 (isto é, dispositivo de redução de pressão) para uso em aplicações de manipulação de fluido de processo. O dispositivo de redução de pressão de fluido exemplar 100 pode ser implementado como uma gaiola de válvula ou um difusor para reduzir pressão e ruído em um sistema de manipulação de fluido de processo tais como, por exemplo, um sistema de produção de gás ou líquido, um sistema de transporte ou distribuição de fluido, etc. Mais especificamente, o dispositivo de redução de pressão exemplar (PRD) 100 pode ser usado em uma configuração em linha dentro de um tubo e/ou válvula de fluxo para fazer com que fluido de processo escoe através de uma pluralidade de trajetos de fluxo no PRD exemplar 100. Desta maneira, o PRD exemplar 100 pode ser usado para reduzir pressão e energia potencial armazenada de fluidos de processo (por exemplo, gases ou líquidos). O PRD exemplar 100 pode também ser usado para reduzir o ruído, acúmulo de calor e outros efeitos indesejáveis que geralmente resultam da liberação de energia potencial armazenada em um fluido de processo de uma maneira descontrolada.

[0019] De volta agora com detalhes à figura 1, o PRD exemplar inclui um primeiro anel ou cilindro 102, um segundo anel ou cilindro 104 e um terceiro anel ou cilindro 106. O primeiro cilindro 102 fica disposto ou aninhado dentro do segundo cilindro 104 e o segundo cilindro 104 fica disposto ou aninhado dentro do terceiro cilindro 106. O PRD exemplar 100 também inclui uma superfície de diâmetro interno (ID) 108, uma superfície do diâmetro externo (OD) 110 oposta à superfície ID 108, uma superfície superior 112 e uma superfície inferior (não mostrada) oposta à superfície superior 112. A superfície ID 108 é formada pela superfície ID do primeiro cilindro 102 e a superfície OD 110 é formada pela superfície OD do terceiro cilindro 106. A superfície superior 112 e a superfície inferior são formadas pelas respectivas superfícies superior e inferior dos cilindros 102, 104 e 106.

[0020] Cada um dos cilindros 102, 104 e 106 inclui uma pluralidade de furos, passagens ou aberturas que são configuradas para permitir que o PRD exemplar 110 seja usado como um dispositivo de redução de pressão e/ou ruído em aplicações de fluido de processo. Em particular, o primeiro cilindro 102 inclui uma primeira pluralidade de aberturas 116, o segundo cilindro 104 inclui uma segunda pluralidade de aberturas (isto é, a segunda pluralidade de aberturas 212 descrita com relação às figuras 2A e 2B) e o terceiro cilindro 106 inclui uma terceira pluralidade de aberturas 118. No PRD exemplar 100, a primeira pluralidade de aberturas 116 pode funcionar como estágios de entrada, a segunda pluralidade de aberturas 212 pode funcionar como câmaras de pressão, e a terceira pluralidade de aberturas 118 pode funcionar como estágios de saída que são configurados para formar trajetos de fluxo pré-determinados sobrepondo pelo menos partes dos estágios de entrada 116 com pelo menos partes das câmaras de pressão 212 e/ou sobrepondo pelo menos partes das câmaras de pressão 212 com pelo menos partes dos estágios de saída 118. Desta maneira, fluidos de processo podem escoar de uma maneira controlada por meio de trajetos de fluxo pré-determinados entre a superfície ID 108 e a superfície OD 110. Adicionalmente, os trajetos de fluxo predeterminados formados por meio de aberturas sobrepostas podem ser trajetos de fluxo sinuosos.

[0021] Trajetos de fluxo sinuosos podem ser implementados misturando trajetos de fluxo e subdividindo os trajetos de fluxo em trajetos de fluxo menores. A mistura ou subdivisão de trajetos de fluxo fornece um par contração/expansão do trajeto de fluxo e/ou mudança na direção para um fluido de processo. Por exemplo, depois de um fluido de processo escoar através dos estágios de entrada 116, o segundo cilindro 104 faz com que o fluido de processo mude de direção, dividindo os trajetos de fluxo em duas direções axiais em direção às câmaras de pressão superior e inferior adjacentes 212 (figura 2). Cada um dos trajetos de fluxo divididos escoa radialmente e é distribuído circunferencialmente nas respectivas câmaras de pressão 212. Os trajetos de fluxo fazem com que o fluido de processo seja misturado nas câmaras de pressão 212 e escoem através do segundo cilindro 104. O fluido de processo é então subdividido ou distribuído através dos estágios de saída 118 à medida que escoa em direção à superfície OD 110.

[0022] As figuras 2A e 2B são vistas isométricas explodidas do PRD exemplar 100 da figura 1. As vistas isométricas explodidas exemplares ilustram claramente o primeiro cilindro 102, o segundo cilindro 104 e o terceiro cilindro 106. Adicionalmente, as figuras 2A e 2B ilustram o relacionamento mecânico entre o primeiro cilindro 102, o segundo cilindro 104 e o terceiro cilindro 106 e, em particular, ilustram as posições dos cilindros 102, 104 e 106 relativas a uma outra montagem da tecnologia anterior.

[0023] De volta agora com detalhes à vista explodida da figura 2A, o primeiro cilindro 102 inclui a superfície ID do primeiro cilindro 108 e uma superfície OD do primeiro cilindro 204. O segundo cilindro 104 inclui uma superfície ID do segundo cilindro 206 e uma superfície OD do segundo cilindro 208. O terceiro cilindro 106 inclui a superfície ID do terceiro cilindro 210 e a superfície OC do terceiro cilindro 110.

[0024] Conforme mostrado claramente na figura 2B, cada um dos cilindros exemplares 102, 104 e 106 inclui uma pluralidade de aberturas. O primeiro cilindro 102 inclui os estágios de entrada 116, cada um dos quais se estende da superfície ID do primeiro cilindro 108 em direção à superfície OD do primeiro cilindro 204. O segundo cilindro 104 inclui a segunda pluralidade de aberturas 212, que estão ilustradas como aberturas alongadas, fendas ou câmaras de pressão que são distribuídas ao longo da circunferência do segundo cilindro 104 e se estendem da superfície ID do segundo cilindro 206 através do segundo cilindro 104 até a superfície OD do segundo cilindro 208. O terceiro cilindro 106 inclui os estágios de saída 118, cada um dos quais se estende da superfície ID do terceiro cilindro 210 através do terceiro cilindro 106 até a superfície OD do terceiro cilindro 110.

[0025] Os cilindros exemplares 102, 104 e 106 podem ser de qualquer tipo de material ou combinação de materiais, incluindo materiais metálicos e/ou não metálicos. Adicionalmente, um ou mais processos de fabricação podem ser usados para fabricar os cilindros exemplares 102, 104 e 106 para ter qualquer diâmetro e comprimento desejado. Os processos de fabricação podem incluir, por exemplo, fundição de precisão, corte laser, corte por jato de água, máquina de descarga elétrica (EDM), metalurgia do pó (PM), moldagem por injeção de metal (MIM), ataque com ácido e processo de tubo estirado e/ou qualquer outro processo de manufatura ou fabricação adequado. Os processos de fabricação supramencionados são bem conhecidos pelos versados na técnica e, assim, não estão descritos com mais detalhes a seguir.

[0026] Os processos de fabricação supramencionados fornecem diversos métodos para fabricação de cilindros, tais como os cilindros exemplares 102, 104 e 106. Um método exemplar inclui corte laser de uma peça retangular de estoque plano, dobramento do estoque plano e soldagem das extremidades do estoque plano retangular para formar um cilindro. Um outro método exemplar inclui fundição de precisão, que envolve vazar um metal fundido em um molde cerâmico. Fundição de precisão permite a produção de múltiplos cilindros simultaneamente em um processo de produção em grande escala sem exigir quantidades substanciais de equipamento de produção, mantendo assim os custos globais de fabricação relativamente baixos. Ao contrário dos processos de fabricação ou manufatura usados para criar dispositivos conhecidos (por exemplo, o dispositivo de redução de pressão de fluido de anéis empilhados supradiscutido com relação à patente U.S. no. 5.769.122), diversos dos processos de fabricação supramencionados, tais como, por exemplo, PM e MIM, permitem o uso de materiais que são facilmente disponíveis em estoque plano para fazer os cilindros exemplares 102, 104 e 106. Em particular, materiais tais como, por exemplo, metais, plásticos, fluoropolímeros moldáveis, poliéter éter-cetona (PEEK), etc. podem ser usados com alguns ou todos os processos de fabricação supramencionados ou processos similares para formar os cilindros exemplares 101, 104 e 106.

[0027] Em alguns exemplos, cada cilindro do PRD exemplar 100 pode ser formado de um material diferente para fornecer, por exemplo, melhor desempenho e confiabilidade em uma aplicação particular. Por exemplo, durante a operação, a superfície ID do primeiro cilindro 108 pode funcionar como uma superfície de desgaste que é consistentemente exposta ao fluxo de um fluido de processo e, assim, sujeita a condições de fluxo mais severas do que qualquer outra superfície do PRD exemplar 100. Quando sujeita a tais condições de fluxo severas, o primeiro cilindro 102 pode ser feito de um material mais durável (isto é, um material mais resistente ao desgaste) do que o segundo cilindro 104 e o terceiro cilindro 106. O uso de materiais menos duráveis e menos caros para o segundo e terceiro cilindro 104 e 106 permite que o custo geral do PRD exemplar 100 seja reduzido e/ou otimizado para uma aplicação particular.

[0028] As formas ou geometrias, tamanhos e localizações das aberturas 116, 212 e 118 não estão limitadas pelos processos de fabricação supramencionados (por exemplo, a aberturas somente circulares ou redondas). Por exemplo, processos MIM e fundição de precisão envolvem a criação de um molde de um cilindro e injeção, vazamento ou de outra forma enchimento do molde com um material desejado, tais como, por exemplo, um pó de metal para MIM ou um metal fundido para fundição de precisão. Depois que o se material solidifica ou se forma, o cilindro é removido do molde. O molde pode ser configurado para produzir cilindros com qualquer número de aberturas de qualquer forma ou geometria e em qualquer localização nos cilindros.

[0029] Os cilindros exemplares 102, 104 e 106 são configurados para se encaixarem um no outro em uma configuração aninhada mostrada na figura 1. Por exemplo, a superfície OD do primeiro cilindro 204 e a superfície ID do segundo cilindro 206 são configuradas de maneira tal que a superfície OD segundo cilindro 208 e a superfície ID do terceiro cilindro 210 são configuradas de maneira tal que a superfície OD do primeiro cilindro 204 se encaixe na superfície ID do segundo cilindro 206. Similarmente, a superfície OD do segundo cilindro 208 e a superfície ID do terceiro cilindro 210 são configuradas de maneira tal que a superfície ID do segundo cilindro 208 se encaixe na superfície ID do terceiro cilindro 210. Além do mais, os cilindros exemplares 102, 104 e 106 podem ter recursos de alinhamento que permitem que aberturas 116, 212 e 118 se alinhem umas com as outras e formem um trajeto de fluxo desejado quando os cilindros 102, 104 e 106 forem montados para formar o PRD exemplar 100. Um recurso de alinhamento exemplar pode incluir rasgos de chaveta nas superfícies do diâmetro externo e entalhes ou chavetas salientes nas superfícies do diâmetro interno correspondentes de cilindros adjacentes. Desta maneira, os cilindros 102, 104 e 106 podem ser montados de maneira tal que as aberturas dos cilindros 102, 104 e 106 se alinhem (por exemplo, se sobreponham) umas com as outras da maneira desejada.

[0030] Os diâmetros dos cilindros 102, 104 e 106 podem ser configurados de maneira tal que os cilindros 102, 104 e 106 possam ser montados usando, por exemplo, um método de encaixe por pressão e/ou encaixe por contração. Um método de encaixe por pressão envolve configurar o diâmetro da superfície OD do primeiro cilindro 204 para ser igual ou ligeiramente maior do que o diâmetro da superfície ID do segundo cilindro 206. Desta maneira, o primeiro cilindro 102 é empilhado por cima do segundo cilindro 104 e uma força compressiva é aplicada na superfície superior do primeiro cilindro 102 e na superfície inferior do segundo cilindro 104. A força compressiva faz com que o primeiro cilindro 102 encaixe por atrito e deslize dentro do segundo cilindro 104.

[0031] Um método de encaixe por contração é similar ao método de encaixe por pressão supradescrito. Entretanto, no método de encaixe por contração, calor é aplicado para expandir o segundo cilindro 104 antes de pressionar o primeiro cilindro 102 no segundo cilindro 104. De qualquer maneira, o método de encaixe por pressão e/ou o método de encaixe por contração podem ser usados para fixar as posições dos cilindros 102, 104 e 106 uns em relação aos outros para formar o PRD exemplar 100. Entretanto, qualquer outro método pode também ser usado para fixar as posições dos cilindros 102, 104 e 106, tais como, por exemplo, solda forte, solda comum, etc.

[0032] Os cilindros exemplares 102, 104 e 106 são montados de maneira tal que pelo menos partes dos estágios de entrada 116 do primeiro cilindro 102 se alinhem com pelo menos partes das câmaras de pressão 212 do segundo cilindro 104 e de maneira tal que pelo menos partes das câmaras de pressão 212 se alinhem com pelo menos partes dos estágios de saída 118 do terceiro cilindro 106. Desta maneira, trajetos de fluxo predeterminados e bem definidos são formados entre os estágios de entrada 116, as câmaras de pressão 212 e os estágios de saída 118.

[0033] Embora as aberturas 116, 212 e 118 possam ditar um tipo de trajeto de fluxo, as aberturas podem ser configuradas para formar qualquer tipo desejado de trajeto de fluxo. No PRD exemplar 100, os trajetos de fluxo formados pelas aberturas 116, 212 e 118 podem incluir aberturas em forma de fenda (por exemplo, as câmaras de pressão 212) que causam uma convergência de pelo menos alguns trajetos de fluxo dentro do segundo cilindro 104, mantendo ao mesmo tempo a separação dos trajetos de fluxo através do primeiro e terceiro cilindros 102 e 106. Entretanto, as aberturas podem ser feitas de qualquer tamanho, qualquer forma ou geometria, e localizadas em qualquer posição para fornecer qualquer tipo desejado de trajeto de fluxo. Trajetos de fluxo podem ser configurados para se adequarem a qualquer aplicação. Por exemplo, aberturas não alongadas podem ser formadas no segundo cilindro 104 de maneira tal que trajetos de fluxo separados sejam mantidos por todo o PRD 100 exemplar. As aberturas podem ser feitas de qualquer forma, incluindo, por exemplo, formas circulares, formas poligonais, etc. Embora as aberturas 116, 212 e 118 tenham bordas relativamente retas ou vivas, as aberturas podem ser formadas com bordas cônicas ou arredondadas. Adicionalmente, as posições das aberturas 116, 212 e 118 podem ser configuradas de maneira que sejam formados trajetos de fluxo menos restritivos ou mais restritivos.

[0034] A figura 3A é uma vista plana e a figura 3B é uma vista seccional transversal isométrica de um outro PRD exemplar 300 que é substancialmente similar ou idêntico ao PRD exemplar 100 das figuras 1, 2A e 2B. Conforme descrito com mais detalhes a seguir, as figuras 3A e 3B podem ser usadas para ilustrar relacionamentos exemplares entre o fluxo de um fluido de processo e as estruturas PRD exemplares aqui descritas.

[0035] Conforme mostrado nas figuras 3A e 3B, o PRD exemplar 300 inclui um primeiro cilindro 302 disposto ou aninhado dentro de um segundo cilindro 304, que fica disposto ou aninhado dentro de um terceiro cilindro 306. Conforme mostrado claramente na figura 3B, o PRD exemplar 300 inclui uma primeira pluralidade de aberturas 312 (por exemplo, estágios de entrada), uma segunda pluralidade de aberturas 314 (por exemplo, câmaras de pressão) e uma terceira pluralidade de aberturas 316 (por exemplo, estágios de saída).

[0036] O primeiro cilindro 302 inclui uma superfície ID do primeiro cilindro 318, uma superfície OD do primeiro cilindro 320 e os estágios de entrada 312 que se estendem da superfície ID do primeiro cilindro 318 através do primeiro cilindro 302 até a superfície OD do primeiro cilindro 320. O segundo cilindro 304 inclui uma superfície ID do segundo cilindro 322, uma superfície OD do segundo cilindro 324, e as câmaras de pressão 314 que se estendem da superfície ID do segundo cilindro 322 através do segundo cilindro 304 até a superfície OD do segundo cilindro 324. O terceiro cilindro 306 inclui uma superfície ID do terceiro cilindro 326, uma superfície OD do terceiro cilindro 328 e os estágios de saída 316 que se estendem da superfície ID do terceiro cilindro 326 através do terceiro cilindro 306 até a superfície OD do terceiro cilindro 328.

[0037] Conforme mostrado nas figuras 3A e 3B, os cilindros exemplares 302, 304 e 306 são montados com a superfície OD do primeiro cilindro 320 adjacente à superfície ID do segundo cilindro 322 de maneira tal que uma parte substancial da superfície OD do primeiro cilindro 320 apoie, fique em contato, seja mecanicamente acoplada e/ou encaixada em uma parte substancial da superfície ID do segundo cilindro 322. Adicionalmente, a superfície OD do segundo cilindro 324 é adjacente à superfície ID do terceiro cilindro 326, de maneira tal que uma parte substancial da superfície OD do segundo cilindro 324 se apoie, fique em contato, seja mecanicamente acoplada e/ou fique encaixada com uma parte substancial da superfície ID do terceiro cilindro 326.

[0038] Os cilindros exemplares 302, 304 e 306 são montados de maneira tal que trajetos de fluxo predeterminados possam ser formados pela pluralidade de aberturas 312, 314 e 316. Adicionalmente, em virtude de a superfície OD do primeiro cilindro 320 ser adjacente à superfície ID do segundo cilindro 322, um fluido de processo é forçado a permanecer dentro de um ou mais trajetos de fluxo predeterminados.

[0039] Conforme mostrado na figura 3B, as aberturas 312, 314 e 316 são pelo menos parcialmente alinhadas umas com as outras para formar trajetos de fluxo entre o primeiro cilindro 302 e o terceiro cilindro 306. Um fluido de processo pode inicialmente escoar em uma direção e ao longo de trajetos indicados no geral pelas setas de fluxo 330. O fluido de processo pode então escoar para os estágios de entrada 312 e seguir os trajetos de fluxo indicados no geral pelas setas 332 a 324 da maneira descrita a seguir. Embora as setas/trajetos de fluxo 330 a 342 estejam em geral associados com aplicações em que os fluxos de fluido da superfície ID do primeiro cilindro 318 em direção à superfície OD do terceiro cilindro 328, versados na técnica percebem facilmente que o PRD exemplar 300 pode também ser usado em aplicações onde o fluido escoa da superfície OD do terceiro cilindro 328 em direção à superfície ID do primeiro cilindro 318, caso este em que a direção das setas/trajetos de fluxo 330 a 342 são opostas às ilustradas na figura 3B.

[0040] Os trajetos de fluxo 332, 334, 336, 338, 340 e 342 formam trajetos de fluxo sinuosos exemplares através da pluralidade de aberturas 312, 314 e 316. Quando um fluido de processo é dividido, redirecionado e/ou misturado por um trajeto de fluxo sinuosos, turbulências no fluido de processo são quebradas ou reduzidas. Desta maneira, um trajeto de fluxo sinuoso causa uma redução na pressão e energia potencial armazenada no fluido de processo.

[0041] Mais especificamente, no exemplo da figura 3B, à medida que o fluido de processo escoa em uma direção indicada pelas setas de fluxo 330, o fluido de processo é canalizado (isto é, penetra) nos estágios de entrada 312, que formam um primeiro estágio de redução de pressão. O fluido de processo escoa ao longo da pluralidade de trajetos de fluxo 332 em direção ao limite da superfície OD do primeiro cilindro 320 e da superfície ID do segundo cilindro 322. O fluido de processo é então dividido em duas direções axiais e redirecionado ou canalizado para trajetos de fluxo 334 e 336 nas câmaras de pressão adjacentes superior e inferior 314. O fluido de processo então escoa radialmente e é distribuído circunferencialmente em câmaras de pressão 314, que formam um segundo estágio de redução de pressão. No limite da superfície OD do segundo cilindro 324 e na superfície ID do terceiro cilindro 326, o trajeto de fluxo 334 pode unir ou misturar com outros trajetos de fluxo (não mostrados) dentro da mesma das câmaras de pressão 314 para formar o trajeto de fluxo 338. Além do mais, o trajeto de fluxo 336 pode unir ou misturar com outros trajetos de fluxo (não mostrados) dentro da mesma das câmaras de pressão 314 para formar o trajeto de fluxo 340. Desta maneira, o fluido de processo escoa através das câmaras de pressão e é subdividido ou distribuído através dos estágios de saída 316 à medida que os trajetos de fluxo 338 e 340 unem ou misturam axialmente para formar o trajeto de fluxo 342 para sair do terceiro cilindro 306.

[0042] No entanto, as aberturas 312, 314 e 316 são configuradas para formar um trajeto de fluxo sinuosos, os métodos de fabricação descritos com relação às figuras 2A e 2B podem ser usados para formar aberturas que são configuradas para formar qualquer outro tipo de trajeto de fluxo. Adicionalmente, embora os PRDs exemplares aqui descritos estejam representados com três cilindros (por exemplo, os cilindros exemplares 102, 104 e 106 da figura 1 e os cilindros exemplares 302, 304 e 306 da figura 3), tais PRDs podem em vez disso ser configurados para incluir qualquer outro número de cilindros e qualquer número de aberturas de qualquer geometria e posição desejada para formar qualquer câmara de fluxo desejado.

[0043] A figura 4 é uma vista seccional transversal de um sistema de manipulação de fluido de processo exemplar 400 que pode usar os PRDs exemplares 100 e 300 aqui descritos. O sistema exemplar 400 ilustra o uso de PRDs em combinação com tubos e válvulas e pode ser usado em sistemas de manipulação de fluido de processo para transportar o fluido de processo de um local para outro.

[0044] O sistema exemplar 400 inclui uma válvula de controle 402, um tubo de entrada 404, um tubo de saída 406 e uma estrutura de saída 408. A válvula de controle 402 inclui um PRD 410 que funciona como uma gaiola de válvula, um tampão 412 com uma superfície OD (não mostrada) que se apoia em uma superfície ID (não mostrada) da gaiola da válvula 410, e uma haste 414. A estrutura de saída 408 inclui um PRD 416 que funciona como um difusor. A gaiola da válvula 410 e o difusor 416 podem ser substancialmente similares ou idênticos aos PRDs exemplares aqui descritos.

[0045] A válvula de controle 402 é configurada para controlar a quantidade de fluido de processo que escoa do tubo de entrada 404 para o tubo de saída 406. A gaiola da válvula 410 inclui uma pluralidade de aberturas substancialmente similar ou idêntica à pluralidade de aberturas 116, 212 e 118 descrita com relação às figuras 2A e 2B anteriores. O tampão 412 é configurado para cobrir a pluralidade de aberturas da gaiola da válvula 410 para controlar a quantidade de gás ou líquido que escoa do tubo de entrada 404 para o tubo de saída 406. A haste 414 pode ser usada para mover o tampão 412, por exemplo, em uma direção vertical para tampar ou destampar pelo menos algumas das aberturas da gaiola da válvula 410. O acúmulo de pressão e a turbulência no tubo de entrada podem ser reduzidos pela gaiola da válvula 410 quando o fluido de processo escoa do tubo de entrada 404 para o tubo de saída 406.

[0046] O fluido de processo então escoa através do tubo de saída 406 e em direção à estrutura de saída 408. O difusor 416 é configurado para aliviar a pressão no fluido de processo que deixa o tubo de saída 406. Mais especificamente, o difusor 416 pode ser usado como um estágio de alívio de pressão para o fluido de processo, permitindo que pelo menos uma parte do fluido de processo escape através da pluralidade de aberturas (não mostrada) do difusor 416.

[0047] Embora certos métodos, aparelho e artigos de fabricação tenham sido aqui descritos, o escopo de cobertura desta patente não está limitado a isto. Pelo contrário, esta patente cobre todos os métodos, aparelhos e artigos de fabricação que se enquadrem razoavelmente no escopo das reivindicações anexas, tanto literalmente como pela doutrina de equivalentes.

REIVINDICAÇÕES

Claims (19)

1. Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) compreendendo: um primeiro cilindro (102) que tem uma primeira superfície interna (108), uma primeira superfície externa (204) e uma primeira pluralidade de aberturas (116) que se estende da primeira superfície interna (108) até a primeira superfície externa (204); e um segundo cilindro (104) tendo uma segunda superfície interna (206), uma segunda superfície externa (208) e uma segunda pluralidade de aberturas (212) que se estende da segunda superfície interna (206) até a segunda superfície externa (208), em que o primeiro cilindro (102) é disposto dentro do segundo cilindro (104) e uma parte substancial da segunda superfície interna (206) fica em contato com uma parte substancial da primeira superfície externa (204), e em que pelo menos partes da primeira pluralidade de aberturas (116) sobrepõem pelo menos partes da segunda pluralidade de aberturas (212), caracterizado pelo fato de que uma da segunda pluralidade de aberturas (212) está em comunicação fluida com pelo menos duas da primeira pluralidade de aberturas (116) ou pelo menos duas da segunda pluralidade de aberturas (212) está em comunicação fluida com uma da primeira pluralidade de aberturas (116).

2. Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos algumas da primeira pluralidade de aberturas (116) e pelo menos algumas da segunda pluralidade de aberturas (212) são configuradas para formar trajetos de fluxo.

3. Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os trajetos de fluxo são trajetos de fluxo sinuosos.

4. Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro e segundo cilindros (102, 104) têm diferentes composições de materiais.

5. Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos um do primeiro cilindro (102) e do segundo cilindro (104) é associado com um estágio de redução de pressão.

6. Dispositivo de redução de pressão (100) de fluido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro cilindro (102) e o segundo cilindro (104) são engatados um ao outro por atrito.

7. Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro cilindro (102) está em uma posição fixa em relação ao segundo cilindro (104).

8. Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro e segundo cilindros (102, 104) são configurados para fornecer um fluxo axial e um fluxo radial.

9. Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o primeiro e segundo cilindros (102, 104) são configurados para uso em pelo menos um sistema de manipulação de gás e um sistema de manipulação de líquido.

10 . Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que pelo menos algumas da primeira pluralidade de aberturas (116) funcionam como pelo menos uma de câmaras de pressão, estágios de entrada e estágios de saída.

11 . Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as câmaras de pressão são associadas com pelo menos um de um fluxo axial e um fluxo radial.

12 . Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que pelo menos algumas da segunda pluralidade de aberturas (212) funcionam como pelo menos uma de câmaras de pressão, estágios de entrada e estágios de saída.

13 . Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as câmaras de pressão são associadas com pelo menos um de um fluxo axial e um fluxo radial.

14 . Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma da primeira pluralidade de aberturas (116) forma uma primeira parte de uma câmara de pressão e em que pelo menos uma da segunda pluralidade de aberturas (212) forma uma segunda parte da câmara de pressão.

15 . Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a primeira parte da câmara de pressão e a segunda parte da câmara de pressão são formadas usando um processo de fabricação por ataque com ácido.

16 . Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o primeiro cilindro (102) e o segundo cilindro (104) são fabricados usando pelo menos um de um processo de fundição de precisão, um processo de corte a laser, um processo de corte por jato de água, um processo de usinagem por descarga elétrica, um processo de metalurgia do pó, um processo de moldagem por injeção de metal, um processo de ataque com ácido e um processo de tubo estirado.

17 . Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos algumas das primeira e/ou segunda pluralidades de aberturas (116, 212) são pelo menos uma de uma forma de fenda e uma forma não circular.

18 . Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo cilindros (102, 104) são configurados para permitir pelo menos um de um fluxo axial e um fluxo radial de um fluido de processo.

19 . Dispositivo de redução de pressão de fluido (100) de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo cilindros (102, 104) são engatados por pressão um no outro.