BRPI0610727B1

BRPI0610727B1 - Válvula de controle de fluxo de fluido com vedação de composição e método de operar a mesma

Info

Publication number: BRPI0610727B1
Application number: BRPI0610727-3A
Authority: BR
Inventors: Alan Witt Gary
Original assignee: Fisher Controls International Llc
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2018-05-15
Also published as: US20060231786A1; CA2604947C; CN101160483B; WO2006112917A1; CN101160483A; JP2008537083A; EP1875112A1; JP5213697B2; CA2604947A1; EP1875112B1; MX2007012911A; BRPI0610727A2

Abstract

válvula e método de operar uma válvula. uma válvula de controle do tipo esférico é revelada. a válvula inclui um alojamento tendo uma entrada e uma saída em comunicação fluídica com um furo que define um caminho de fluxo primário. um, elemento esférico é montado no alojamento e é adaptado para se mover entre uma posição fechada, desconectando fluidicamente a entrada da saída, e uma posição aberta, conectando fluidicamente a entrada e a saída. uma montagem de vedação é disposta dentro do alojamento e inclui um alojamento de vedação e uma vedação principal predisposta. a vedação principal predisposta inclui um inserto que encaixa o elemento esférico durante a abertura e o fechamento da válvula.

Description

“VÁLVULA DE CONTROLE DE FLUXO DE FLUIDO COM VEDAÇÃO DE COMPOSIÇÃO E MÉTODO DE OPERAR A MESMA” Campo da invenção [0001] A invenção refere-se a válvulas de fluido e, mais particularmente, a válvulas de fluido do tipo esférico tendo uma vedação de composição.

Fundamentos da invenção [0002] Válvulas esféricas são usadas em um amplo número de aplicações de sistema de controle de processo para controlar alguns parâmetros de um fluido de processo (que pode ser um líquido, gás, pasta fluida etc). Embora o sistema de controle de processo possa usar uma válvula de controle para o controle final da pressão, nível pH ou outro parâmetro desejado de um fluido, a válvula de controle basicamente controla a taxa de fluxo de fluido.

[0003] Tipicamente, uma válvula esférica pode incluir uma entrada de fluido e uma saída de fluido separadas por um elemento esférico, que, girando ao redor de um eixo fixo e confinando com uma montagem de vedação, controla a quantidade de fluxo de fluido através da mesma. Durante a operação, o sistema de controle de processo, ou um operador controlando a válvula de controle manualmente, gira o elemento esférico contra a superfície da montagem de vedação, expondo, desse modo, uma passagem de fluido, para prover um fluxo de fluido desejado através da entrada e da saída e, portanto, da válvula esférica.

[0004] Os componentes de válvula esférica, incluindo o elemento esférico e a montagem, são tipicamente construídos de metal; isso se mantém especialmente verdadeiro quando usado em aplicações de alta pressão e/ou alta temperatura. Durante a operação da válvula, muitos componentes sofrem desgaste devido à ciclagem da válvula, especificamente o elemento esférico e a montagem de vedação, devido ao contínuo contato de atrito durante a abertura e o fechamento da válvula. Os problemas resultantes do desgaste incluem, mas não se limitam à diminuição do tempo de vida dos componentes de válvula, ao aumento das forças de atrito entre o elemento esférico e a montagem de vedação, e ao vazamento indesejável entre o elemento esférico e a montagem de vedação. De modo semelhante, à medida que as forças de atrito aumentam relativamente com a quantidade de desgaste que os componentes experimentam, o desempenho dinâmico e as características de controle dentro da válvula pioram, resultando em ineficiências e imprecisões na válvula.

[0005] No passado, foram feitas tentativas para incorporar uma vedação principal orientada dentro da montagem de vedação para corrigir os problemas mencionados. Isso, entretanto, tem resultado na limitação das aplicações da válvula, incluindo restringir a válvula a capacidades de vedação bidirecionais limitadas. Além do mais, com a força e pressão adicionais criadas pela vedação principal orientada contra o elemento esférico, é criado desgaste adicional entre o elemento esférico e a montagem de vedação e, especificamente, a vedação principal. Tentativas adicionais também foram feitas para corrigir os problemas acima, incluindo montar o elemento esférico sobre um carne, de modo que o elemento esférico, durante os estágios iniciais da abertura e fechamento da válvula, se retire do engate com a vedação principal movendo-se para longe da vedação principal em uma direção normal à superfície do elemento esférico, ao invés de em resposta à rotação. Isso, entretanto, tem resultado em complicações adicionais, como capturar detritos entre o elemento esférico e a vedação principal. Por exemplo, quando o meio viajando através da válvula contém material fibroso, como matéria prima de polpa ou partículas, o material fibroso pode ser capturado entre o elemento esférico e a vedação principal durante o fechamento da válvula, criando efetivamente um caminho de vazamento através da válvula.

[0006] Exemplos de tais válvulas da técnica anterior podem ser observados nos documentos US 4.627.598 e US 5 707.042.

[0007] Portanto, permanece uma necessidade de uma válvula esférica aperfeiçoada tendo uma montagem de vedação e um elemento esférico que seja capaz de vedação bidirecional do fluido, que seja capaz de reduzir o desgaste entre a vedação principal e o elemento esférico, que mantenha o desempenho dinâmico positivo e características de controle, e que impeça o material fibroso ou partículas de serem capturados entre o elemento esférico e a vedação principal.

Breve Descrição dos desenhos [0008] A Figura 1 é uma vista de topo de uma válvula esférica construída de acordo com os ensinamentos da invenção.

[0009] A Figura 2 é uma vista em corte transversal da válvula esférica da Figura 1, tomada ao longo da linha 2-2 da Figura 1.

[0010] A Figura 3 é uma vista em corte transversal da válvula esférica da Figura 1, tomada ao longo da linha 3-3 da Figura 1, e com a localização do elemento esférico quando a válvula está na posição aberta sendo mostrado em linha tracejada.

[0011] A Figura 4 é uma vista em corte parcial alargada de uma porção da Figura 3, ilustrando a válvula esférica na posição fechada, incluindo uma vedação principal, um conjunto de dois anéis de vedação, um membro de mola e um alojamento de vedação.

[0012] A Figura 4A é uma vista em corte detalhada da Figura 4, ilustrando um anel de vedação.

[0013] A Figura 5 é uma vista semelhante à Figura 4, mas ilustrando a abertura de válvula esférica, incluindo a vedação principal, os dois anéis de vedação, o membro de mola e o alojamento de vedação.

[0014] A Figura 5A é uma vista em corte fragmentada, ilustrando a válvula esférica na posição fechada, incluindo uma vedação principal, um anel de vedação unitário, um membro de mola e um alojamento de vedação.

[0015] A Figura 6A é uma vista em corte fragmentada, ilustrando a válvula esférica na posição fechada, incluindo uma vedação principal tendo um inserto.

[0016] A Figura 6B é uma vista em corte transversal detalhada de um modo de realização alternativo do inserto da Figura 6A.

[0017] A Figura 6C é uma vista em corte transversal detalhada de um outro modo de realização alternativo do inserto da Figura 6A.

[0018] A Figura 7 é uma vista de topo do alojamento de vedação.

[0019] A Figura 8 é uma vista em corte transversal do alojamento de vedação da Figura 5A, tomada ao longo da linha 8-8 da Figura 7.

[0020] A Figura 9 é uma vista em corte transversal da vedação principal.

[0021] A Figura 10 é uma vista em corte parcial alargada da vedação principal da Figura 9.

[0022] A Figura 11 é uma vista de topo de uma mola ondulada.

[0023] A Figura 12 é uma vista lateral da mola ondulada da Figura 11.

[0024] Embora a invenção seja suscetível a várias modificações e construções alternativas, determinados modos de realização ilustrativos da mesma foram mostrados nos desenhos e serão descritos abaixo em detalhe. Deve ser entendido, entretanto, que não há a intenção de limitar a invenção às formas específicas reveladas, mas, pelo contrário, a intenção é cobrir todas as modificações, construções alternativas e equivalentes recaindo dentro do espírito e escopo da invenção como definida pelas reivindicações anexas.

Descrição detalhada [0025] Com referência agora aos desenhos, e com referência específica às Figuras 1-3, uma válvula esférica construída de acordo com os ensinamentos da invenção é geralmente ilustrada pelo número de referência 20. Como mostrado aqui, a válvula esférica 20 inclui um alojamento 30 tendo um caminho de fluxo primário 33 entre uma entrada 31 e uma saída 32, uma montagem de vedação 50 e um elemento esférico 80 montado sobre hastes giráveis 90 e 91.

[0026] O alojamento 30, tendo geralmente uma forma cilíndrica, define o caminho de fluxo primário 33 para um fluido viajando através do mesmo. No fundo do alojamento 30, como orientado na Figura 2, fica a saída 32, do caminho de fluxo primário 33, a saída 32 sendo circundada por um flange de saída 38. Na porção média do alojamento 30, um furo transpassante 40 penetra a parede direita do alojamento 30, e um furo cego 41 se abre para o interior do alojamento 30, ambos os furos 40 e 41 sendo concêntricos um ao outro e adaptados para receber as hastes 90 e 91, respectivamente. Um seguidor de gaxeta 42, um conjunto de anéis de gaxeta 44, e um mancal 43a são dispostos entre a haste de acionamento 90 e a parede direita externa ou a “extremidade de acionamento” do alojamento 30. Um mancal 43b é disposto entre a haste de seguidor 91 e a parede esquerda interna ou a “extremidade de seguidor” do alojamento 30. Um flange de haste 34 fica localizado sobre a extremidade de acionamento do alojamento 30, e é adaptado para engatar com prendedores 35. Agora voltando para o topo do alojamento 30, ainda como orientado na Figura 2, fica um rebaixo 39, criando a entrada 31 do caminho de fluxo primário 33 e, sendo adaptado para receber a montagem de vedação 50. Circundando a entrada 31 fica um flange de entrada 36, o flange de entrada 36 sendo adaptado para se prender a uma tubulação de entrada (não mostrada). Deve ser notado, neste ponto, que o flange de entrada 36 e o flange de saída 38 podem ser inteiramente ou parcialmente removidos, e que as conexões entre a entrada 31 e a saída 32 podem ser feitas de vários modos.

[0027] A montagem de vedação 50, como mais bem mostrado nas Figuras 4-5A, inclui um primeiro corpo de vedação, de preferência, uma vedação principal 64, e um segundo corpo de vedação, de preferência, um alojamento de vedação 52. Como mencionado acima, a montagem de vedação 50 é disposta dentro do rebaixo 39 do alojamento 30, e, mais especificamente, uma superfície exterior 54 do alojamento de vedação 52 é anexada de modo fixo dentro do rebaixo 39. Sobre uma superfície interior 53 do alojamento de vedação 52 (Figuras 7 e 8) fica um par de ranhuras anulares 55a e 55b, adaptadas para receber um primeiro anel de vedação 60a e um segundo anel de vedação 60b, respectivamente. Como pode ser mais bem visto nas Figuras 4 e 5, a montagem de vedação 50 inclui adicionalmente um membro resiliente 70, como uma mola ondulada, e a vedação principal 64. O par de anéis de vedação 60a e 60b e o membro resiliente 70 conectam de modo operacional a vedação principal 64 ao alojamento de vedação 52. O membro resiliente 70 é disposto entre a vedação principal 64 (Figuras 9 e 10) e o alojamento de vedação 52, criando uma orientação sobre a vedação principal 64 em direção ao elemento esférico 80, por meio da adição da qual é criado um caminho de fluxo secundário inadvertido 72 entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52. O par de anéis de vedação 60a e 60b também pode ser disposto entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52, criando uma restrição de fluxo do fluido através do caminho de fluxo secundário 72.

[0028] Confinando com a vedação principal 64, quando a válvula 20 está na posição fechada, fica o elemento esférico 80 (Figura 4). O elemento esférico 80 inclui uma superfície esférica 82 e, de preferência, uma porção de entalhe em V 83 (Figura 1), capacitando a válvula 20 a ser aberta e fechada gradualmente. Anexadas ao elemento esférico 80, através dos furos transpassantes 84a e 84b ficam a haste de seguidor 91 e a haste de acionamento 90, respectivamente.

[0029] Como mencionado anteriormente, ajudando às hastes 90 e 91 no alinhamento e rotação estão os mancais 43a e 43b, dispostos entre o alojamento 30 e as hastes 90 e 91, respectivamente. Mais uma vez, como orientado na Figura 2, a haste de seguidor 91 é disposta no furo cego 41 da extremidade de seguidor do alojamento 30. Engatando a haste de seguidor 91 e disposto entre a extremidade de seguidor do alojamento 30 e o elemento esférico 80 fica o mancal 43b, e disposto entre a extremidade de acionamento do alojamento 30 e o elemento esférico 80 fica o mancal 43b. A haste de acionamento 90, então, penetra através da extremidade de acionamento do alojamento 30 através de um furo transpassante 40, e engata os anéis de gaxeta 44 e o seguidor de gaxeta 42 antes de se projetar para fora do alojamento 30. Em uma extremidade externa 92 da haste 90, a haste 90 pode ser adaptada para engatar com um mecanismo de abertura e fechamento.

[0030] Em um exemplo, como pode ser mais bem visto na Figura 3, o elemento esférico 80 é montado à haste 90 de tal modo que o elemento esférico 80 gire excentricamente. Por exemplo, o elemento esférico 80 tem um ponto de pivô natural, que é o ponto no qual o elemento esférico 80 gira, de modo que todos os pontos sobre a superfície esférica 82 do elemento esférico 80 sejam equidistantes do ponto de pivô natural. Quando o elemento esférico é girado excentricamente, entretanto, os pontos sobre a superfície esférica 82 do elemento esférico 80 não são equidistantes do ponto de pivô natural e, portanto, são excêntricos.

[0031] Deve ser notado, neste ponto, como aqueles experientes na técnica sabem, que a excentricidade do elemento esférico 80 pode ser criada de diversos modos, incluindo, mas não limitado ao desvio do centro das hastes 90 e 91 em relação ao ponto de pivô natural do elemento esférico 80. De modo semelhante, o movimento excêntrico do elemento esférico 80 pode ser conseguido com uma combinação dos componentes montados excentricamente, que podem prover benefícios adicionais. Por exemplo, o movimento excêntrico criado pelo desvio do centro das hastes 90 e 91 em relação ao ponto de pivô natural do elemento esférico 80, em combinação com o desvio da haste 90 e 91 em relação ao alojamento de válvula 30, pode eliminar a necessidade de alterar a montagem de vedação 50, criando, desse modo, um furo transpassante não concêntrico no alojamento de vedação 52, para compensar a colocação desviada do elemento esférico 80 criada por um único movimento excêntrico dentro da válvula 20.

[0032] Na Figura 4, o elemento esférico 80 é girado excentricamente para confinar com a vedação principal 64, criando, desse modo, uma restrição de fluxo do caminho de fluxo primário 33 em um ponto de contato 66. De preferência, como mostrado nas Figuras 4 e 5, quando o elemento esférico 80 pressiona contra a vedação principal 64, a vedação principal 64 pode ser deslocada para dentro do alojamento de vedação 52 comprimindo-se o membro resiliente 70. Para assegurar o movimento e a operação apropriados da vedação principal 64, em relação ao elemento esférico 80 e ao alojamento de vedação 52, um vão predeterminado ou calculado 71 criado entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52 pode ser cuidadosamente ajustado. O vão 71 pode ser cuidadosamente ajustado para assegurar que a vedação principal 64 contate o elemento esférico 80, quando a válvula 20 está na posição fechada. Trabalhando em combinação com o vão 71 para assegurar o movimento e a operação apropriados da válvula 20, fica o vão 73 criado entre a vedação principal 64 e o alojamento 30. O vão 73 assegura que a vedação principal 64 entre em contato direto com o alojamento 30, no tempo apropriado, quando a válvula 20 está abrindo e fechando. Por exemplo, se o vão 73 for muito grande, a vedação principal 64 pode ficar em contato com o elemento esférico por um período estendido de tempo durante a abertura e o fechamento da válvula 20, resultando, desse modo, em uma quantidade indesejável e evitável de atrito e desgaste entre a vedação principal 64 e o elemento esférico 80. De modo semelhante, se o vão 73 for muito pequeno, a vedação principal 64 pode contatar o alojamento durante a abertura e o fechamento da válvula 20 muito cedo, efetivamente impedindo a vedação principal 64 de contatar o elemento esférico 80, criando, desse modo, um vazamento na válvula 20.

[0033] Para ajustar o vão 71, as hastes 90 e 91 e, desse modo, o elemento esférico 80 podem ser girados usando um atuador ou ligação de atuador (não mostrada). Por exemplo, à medida que o elemento esférico 80 excentricamente montado gira em direção à posição fechada, o elemento esférico 80 pode contatar a vedação principal 64, fazendo, desse modo, o vão 71 se tornar menor, o elemento esférico 80 adicional gira para a posição completamente fechada. À medida que o elemento esférico 80 é girado, e o vão 71 se torna menor, o vão 71 pode ser medido e pode, então, ser ajustado provendo-se um batente no atuador ou ligação de atuador.

[0034] Em um outro exemplo, o vão 71 pode ser utilizado para assegurar a dimensão apropriada entre os componentes da válvula 20 e para verificar o tamanho do vão 73. Mais especificamente, cada componente, e as características dentro daqueles componentes da válvula 20, têm dimensões e tolerâncias para assegurar um engate apropriado entre os componentes da válvula 20. Apesar disso, mesmo se todas entre dimensão e tolerâncias puderem ser aderidas durante os processos de fabricação dos diferentes componentes, a adição ou acúmulo das tolerâncias pode criar um desalinhamento ou situação onde a operação apropriada da válvula 20 pode ser impedida. Portanto, medindo-se e ajustando-se o vão 71 para uma variação e posição aceitáveis, o que pode ser tão simples quanto colocar um conjunto de gabaritos de metal no vão 71, um estando sobre a extremidade alta de uma variação aceitável, e o outro estando sobre a extremidade baixa de uma variação aceitável, a válvula 20 pode facilmente ser montada, durante todo o tempo assegurando o alinhamento e o movimento apropriados entre os componentes da válvula 20. A válvula 20, portanto, não precisa ser desmontada a fim de se calibrar apropriadamente o vão 71.

[0035] Também é mostrado nas Figuras 4 e 5 o caminho de fluxo secundário 72, criado inadvertidamente entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52 para a acomodação do membro resiliente 70. Para impedir a exsudação através do caminho de fluxo secundário 72, de preferência, dois anéis de vedação unidirecionais 60a e 60b são dispostos entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52 e, mais especificamente, são dispostos dentro das ranhuras anulares 55a e 55b sobre a superfície interna 53 do alojamento de vedação 52, respectivamente. Os anéis de vedação 60a e 60b (Figura 4), têm, cada um, de preferência, uma primeira perna 61a e uma segunda perna 61b, as pernas definindo uma área de recebimento de fluido 63 entre as mesmas e adaptada para receber fluido e, desse modo, orientando as pernas 61a e 61b afastadas para vedar o caminho de fluxo secundário 72. Os anéis de vedação 61a e 61b podem ser fabricados a partir de um material de borracha, plástico ou metal, ou a partir de qualquer outro material capaz de funcionar apropriadamente. Os anéis de vedação 60a e 60b também podem ser posicionados em série para impedir o fluxo do fluido através do caminho de fluxo secundário 72 quando a válvula 20 é pressurizada a partir tanto da entrada quanto da saída. Deve ser percebido, entretanto, que dois anéis unidirecionais colocados em série é uma das muitas maneiras de restringir o fluxo do fluido através do caminho de fluxo secundário 72 de modo bidirecional. Entre outras soluções, por exemplo, os anéis de vedação poderíam ser colocados em paralelo, ou o par de anéis de vedação poderia ser substituído por um anel de vedação direcional unitário 62, como mostrado na Figura 5A, de preferência, disposto em uma ranhura anular unitária 56. Além do mais, porque os anéis de vedação 60a e 60b são dispostos entre o alojamento de vedação 52 e a vedação principal 64, a vedação principal 64 é capacitada a se alinhar apropriadamente com o elemento esférico 80.

[0036] No modo de realização alternativo da montagem de vedação 50, como visto nas Figuras 6A-6C, a vedação principal 64 pode incluir um ou mais insertos 75. O inserto pode ser construído a partir de uma variedade de materiais, incluindo, mas não limitados a metais, plásticos, compósitos e combinações dos mesmos, e nesse exemplo de modo de realização é construído a partir de um material de poli-tetra-flúor-etileno (PTFE) que pode ser virgem ou pode ser reforçado com outro material para aperfeiçoar, por exemplo, a resistência a desgaste ou a compressão do inserto 75. O inserto pode ter uma forma geral semelhante a anel ou cilíndrica, tendo uma forma em corte transversal geralmente retangular. Por exemplo, como ilustrado na Figura 6A, o inserto 75 pode ter uma forma em corte transversal retangular com um chanfro ou superfície de contato 77 disposto próximo a uma borda externa do inserto 75. Alternativamente, o inserto 75 pode ter outras formas em corte transversal e pode incluir outras características, como visto nas Figuras 6B e 6C.

[0037] O inserto 75, como ilustrado nas Figuras 6A-6C, pode ser inserido ou localizado em uma ranhura 79 disposta em uma extremidade de fundo 93 da vedação principal 64. O inserto 75 pode ser preso na ranhura 79 por meio de engate por pressão ou retendo de outro modo o inserto 75 na ranhura 79. Por exemplo, o inserto 75 pode ser retido na ranhura 79 com adesivo, magnetismo, ou outros métodos de retenção, como são ilustrados nas Figuras 6B e 6C. Na Figura 6B, o inserto 75 inclui uma primeira projeção ou saliência 95 se estendendo externamente a partir de uma porção interna do inserto 75. De modo semelhante, como ilustrado na Figura 6C, o inserto 75 pode incluir adicionalmente uma segunda projeção ou saliência 97 se estendendo internamente a partir de uma porção interna do inserto 75. Alternativamente, embora não mostrado, o inserto 75 pode incluir somente a saliência 97 sem a outra saliência 95.

[0038] O inserto 75 pode ser retido curvando-se uma ou mais paredes 99, que, pelo menos parcialmente, definem a ranhura 79, em direção ao inserto 75, de modo que as paredes 99 confinem ou impeçam de outro modo que o inserto 75 desengate da ranhura 79. Mais especificamente, como ilustrado nas Figuras 6B e 6C, uma extremidade das paredes pode ser angulada ou curvada em direção ao inserto 75, de modo que pelo menos uma porção da parede 99 seja disposta entre as saliências 95 e/ou 97 e uma abertura para a ranhura 79. Em adição às saliências 95 e 97, as extremidades das paredes 99 podem incluir projeções ou ganchos 101 se estendendo para dentro em direção ao inserto 75 para engatar o inserto 75 e/ou as saliências 95 e 97.

[0039] As paredes 99 podem ser curvadas ou anguladas em direção à ranhura 79 ou inserto 75 de várias maneiras e, neste exemplo de modo de realização, podem ser enroladas. Por exemplo, a vedação principal 64 pode ser colocada em um torno mecânico ou outro aparelho de girar, de modo que durante o processo de giro as paredes possam ser forçadas em direção à ranhura 79 ou inserto 75, curvando ou angulando, desse modo, as paredes 99. Alternativamente, as paredes 99 podem ser curvadas ou enroladas manualmente, ou podem ser deformadas por uma outra máquina ou processo.

[0040] Em um outro exemplo, como mostrado nas Figuras 7 e 8, o alojamento de vedação 52, tem uma superfície interior desviada 53. Como examinado anteriormente, a vedação principal 64 é conectada de modo móvel ao alojamento de vedação 52. De preferência, a vedação principal 64 se move de modo deslizante dentro do alojamento de vedação 52, permitindo à vedação principal contatar o elemento esférico 80. O desvio mencionado acima, criado pela não concentricidade da superfície interior 53 do alojamento de vedação 52 e da superfície exterior 54 do alojamento de vedação 52, ajuda na vedação e fechamento da válvula 20, por meio dos quais a superfície interior 53 é colocada, de modo que, quando o elemento esférico 80 confina com a vedação principal 64, o elemento esférico 80 e a superfície interior 53 fiquem alinhados. Como mencionado anteriormente, entretanto, o uso de uma combinação de movimentos excêntricos pode alinhar o elemento esférico 80 à vedação principal 64, sem precisar do desvio ou localização não-concêntrica da superfície interior para a superfície exterior 54.

[0041] Na operação, a válvula esférica 20 pode ser utilizada em muitas situações com meios variáveis, mas aqui será descrita regulando fluidos de alta pressão contendo partículas, incluindo, mas não limitadas a fibra de madeira e pastas aquosas usadas nas indústrias de polpa e papel. Antes do uso da válvula 20 ou durante o uso da válvula 20, como durante inspeções ou manutenção de rotina, o vão 71 pode ser medido e ajustado pelo pessoal de montagem ou pelo pessoal de manutenção. O vão 71 pode ser ajustado para assegurar tolerâncias apropriadas dos diferentes componentes de válvula, assegurando, desse modo, um engate apropriado entre os componentes de válvula, mas o vão 71 também pode ser medido e ajustado depois da válvula 20 ter entrado em operação, assegurando, desse modo, a operação continuada apropriada da válvula 20.

[0042] Quando a válvula 20 está na posição aberta, há um número limitado de restrições para o fluido à medida que ele passa através do caminho de fluxo primário 33. Uma crista 58, localizada sobre o alojamento de vedação 52, limita a oposição ao fluido por meio da vedação principal 64. Mais especificamente, à medida que o fluido flui através da válvula 20, especialmente quando o fluido flui da entrada 31 para a saída 32, a crista 58 dá abrigo ao caminho de fluxo secundário 72 e à vedação principal 64, desviando o fluxo do fluido do caminho de fluxo secundário 72 para dentro do caminho de fluxo primário 33. À medida que o fluido flui através da válvula 20, por exemplo, o fluido sem a existência da crista 58 pode ser forçado diretamente para o caminho de fluxo secundário 72, enquanto com a crista 58, o fluido é disposto a abster-se de entrar no caminho de fluxo secundário 72 e continuar através a válvula 20. Um dos muitos benefícios derivados a partir da crista 58 é a redução do “empacotamento de sólidos” dentro do caminho de fluxo secundário 72. O empacotamento de sólidos, como sugere o nome, ocorre quando matérias fibrosas, como matéria-prima e/ou partículas de polpa se acumulam dentro do caminho de fluxo secundário 72, criando, desse modo, uma quantidade de problemas, incluindo, mas não limitados à redução da variação do movimento da vedação principal 64 e à criação de atrito e forças indesejáveis dentro da montagem de vedação 50. O empacotamento de sólidos, entretanto, não está limitado ao caminho de fluxo secundário 72 localizado próximo ao vão 71 da válvula 20, mas também pode ocorrer no caminho de fluxo secundário 72 localizado próximo ao vão 73. Impedir o acúmulo dos materiais fibrosos ou partículas no vão 73 e no caminho de fluxo secundário 72 próximo ao vão 73, é a eliminação substancial do vão 73. Mais especificamente, enquanto a válvula 20 estiver na posição aberta, o membro resiliente 70 forçará a vedação principal 64 em direção a uma saliência 81, eliminando substancialmente, desse modo, o vão 73 e impedindo o fluido de entrar no vão 73 e no caminho de fluxo secundário 72.

[0043] Quando que a válvula 20 se fecha, entretanto, o elemento esférico 80 lentamente começa a restringir o fluxo através do caminho de fluxo primário 33, girando ao redor da haste 90 e progressivamente colocando a superfície esférica 82 do elemento esférico 80 para dentro do caminho de fluxo primário 33. O entalhe em V 83 no elemento esférico 80 permite ao fluido viajar através do caminho de fluxo primário 33 para ser regulado apropriadamente por meio da criação de uma restrição de fluxo que lentamente afunila fechada, até que o caminho de fluxo 33 esteja completamente restrito.

[0044] Quando o elemento esférico 80 gira para a posição fechada, entretanto, a superfície esférica 82 somente contata a montagem de vedação 50 no ponto de contato 66, em direção ao final do processo de fechamento. O elemento esférico 80 gira para a posição fechada por uma distância para longe da montagem de vedação 50. A superfície esférica 82 somente pode contatar a montagem de vedação 50 a uma distância calculada antes do elemento esférico 80 restringir completamente o caminho de fluxo primário 33. A partir do momento do contato entre o elemento esférico 80 e a vedação principal 64 até que a válvula 20 esteja na posição fechada, o elemento esférico 80 e, desse modo, a superfície esférica 82 permanecerão em contato com a vedação principal 64.

[0045] A rotação do elemento esférico 80, sem contatar a montagem de vedação 50, é conseguida, no exemplo acima, montando-se excentricamente o elemento esférico 80 às hastes 90 e 91. Especificamente, o ponto de pivô natural do elemento esférico 80, através dos orifícios 84a e 84b, é desviado em relação às hastes 90 91, respectivamente, de modo que as hastes 90 e 91 sejam montadas por cima do elemento esférico próximo ao ponto de pivô natural do elemento esférico 80, mas afastadas da montagem de vedação 50 e afastadas da lateral para a qual o elemento esférico 80 pivota. Em adição, as hastes 90 e 91 também podem ser montadas excentricamente em relação ao alojamento 30, por meio do que o desvio indesejável do elemento esférico 80 criado pela primeira ação excêntrica, é desviado pela segunda ação excêntrica.

[0046] Fazendo-se assim, será apreciado que o elemento esférico 80 pode ser capaz de girar em relação à vedação principal 64, enquanto, ao mesmo tempo, se move para uma direção normal à vedação 64. Como resultado, quando se movendo para uma posição fechada, quaisquer partículas ou fibras dentro do meio que é processado são cisalhadas entre o elemento esférico 80 e a vedação principal 64, assegurando, desse modo, uma vedação apropriada. Mais especificamente, quando o elemento esférico 80 contata a vedação principal 64, partículas e/ou fibras podem ficar alojadas entre a vedação principal 64 e o elemento esférico 80. À medida que o elemento esférico 80 continua para fechar, quaisquer partículas e/ou fibras podem ser cisalhadas por meio do contato continuado entre o elemento esférico 80 e a vedação principal 64, de modo que a borda semelhante a faca, do entalhe em V 83, possa ajudar adicionalmente no cisalhamento.

[0047] Para assegurar o fechamento entre a montagem de vedação 50 e o elemento esférico 80, a vedação principal 64 é anexada de modo deslizante ao alojamento de vedação 52, e localizada em relação ao elemento esférico 80 de modo que, quando o elemento esférico 80 contatar a vedação principal 64, a vedação principal 64 seja deslocada para dentro do alojamento de vedação 52 por meio da compressão do membro resiliente 70.

[0048] Durante a abertura e o fechamento da válvula 20, a vedação principal 64 capaz de ser deslocada, o alojamento 30 e o vão 73, em conjunto com o elemento esférico 80 montado excentricamente, podem se combinar para controlar o ângulo apropriado de engate entre o elemento esférico 80 e a vedação principal 64. O ângulo de engate como revelado aqui, corresponde aos graus de rotação do elemento esférico 80, durante a qual a superfície esférica 82 do elemento esférico 80 fica em contato com a vedação principal 64. Por exemplo, à medida que o elemento esférico 80 gira em direção à posição fechada, a superfície esférica 82 contatará eventualmente a vedação principal 64. Os graus de rotação que o elemento esférico 80 suporta, a partir do momento que a superfície esférica 82 contata a vedação principal 64, até que o elemento esférico 80 chegue a um batente, fechando, desse modo, a válvula 20, são o ângulo de engate. De modo semelhante, à medida que o elemento esférico 80 girar da posição fechada para a posição aberta, a superfície esférica 82 quebrará o contato com a vedação principal 64. Os graus de rotação que o elemento esférico suporte, do momento em que o elemento esférico 80 começa a girar, até que a superfície esférica 82 quebre o contato com a vedação principal 64, são, novamente, o ângulo de engate.

[0049] A vedação principal 64, o alojamento 30, o vão 73 e o elemento esférico 80 podem se combinar para controlar o ângulo apropriado de engate, provendo um vão 71 dimensionado de modo apropriado entre o alojamento de vedação 52 e a vedação principal 64. O vão 71 localizado do lado de fora da válvula 20, quando medido e ajustado, pode indicar o tamanho do vão 73, localizado na válvula 20. O tamanho do vão 73 pode determinar o valor do ângulo de engate, desse modo, um vão maior pode produzir um ângulo maior de engate e um vão menor pode produzir um ângulo menor de engate. Por exemplo, quando o elemento esférico 80 está na posição fechada, a vedação principal 64 pode ser deslocada para dentro do alojamento de vedação 52, de modo que o membro resiliente 70 seja comprimido e a vedação principal 64 seja orientada contra o elemento esférico 80. Em sua posição fechada, o vão 73 pode ser igual em tamanho ao valor da distância que o elemento esférico desloca a vedação principal 64. À medida que a válvula 20 se abre e o elemento esférico 80 começa a girar, o movimento excêntrico ao qual o elemento esférico 80 pode estar sujeito, pode fazer o elemento esférico 80 se mover para longe da montagem de vedação 64. Durante esse movimento, a vedação principal 64 pode permanecer em contato com o elemento esférico 80, devido ao membro resiliente 70 que orienta a vedação principal 64 em direção ao elemento esférico 80. Mais especificamente, à medida que o elemento esférico 80 recua a partir da montagem de vedação 64, o membro resiliente 70 pode descomprimir, capacitando, desse modo, a vedação principal 64 a permanecer em contato com o elemento esférico 80.

[0050] A vedação principal 64 pode permanecer em contato com o elemento esférico 80 até que a vedação principal 64 seja impedida de movimento adicional em direção ao elemento esférico 80. Um modo em que a vedação principal 64 pode ser impedida de se mover adicionalmente em direção ao elemento esférico 80 é prover um batente para a vedação principal 64, de modo que o elemento esférico 80 possa retirar-se adicionalmente a partir da montagem de vedação, enquanto a vedação principal 64 é restrita. O alojamento 30, completando um lado do vão 73, pode prover o batente. Mais especificamente, como ilustrado na Figura 4, o alojamento 30 inclui um batente na forma da saliência 81, de modo que a vedação principal 64 contate e ponha o fundo para fora contra a saliência 81, impedindo, desse modo, que o membro resiliente 70 se descomprima adicionalmente e impedindo a vedação principal 64 de se mover adicionalmente e contatar com o elemento esférico 80. Portanto, provendo-se a saliência 81 e, mais especificamente, provendo-se uma vedação principal 64 que seja ajustável em relação à saliência 81, os relativos engate e desengate e, desse modo, o ângulo de engate da vedação principal 64 ao elemento esférico 80 podem ser controlados e ajustados.

[0051] Com a adição do membro resiliente 70, um caminho de fluxo secundário 72 é criado entre a vedação principal 64 o alojamento de vedação 52. Dispostos no caminho de fluxo secundário 72, entre a vedação principal 64 e o alojamento de vedação 52, estão os anéis de vedação 60a e 60b. Os anéis de vedação 60a e 60b são elásticos e são capazes de se expandir e contrair ambos nas direções radial e axial.

[0052] Os anéis de vedação 60a e 60b também ajudam no alinhamento do elemento esférico 80 à vedação principal 64. Isso é conseguido durante o fechamento da válvula 20, quando o elemento esférico 80 contata a vedação principal 64 no ponto de contato 66. O elemento esférico 80, naquele momento, coloca forças sobre a vedação principal 64 e tenta deslocar a vedação principal 64 em relação à superfície interna 53 do alojamento de vedação 52. Os anéis de vedação 60a e 60b permitem à vedação principal ser deslocada de modo axial e radialmente, durante todo o tempo mantendo o elemento esférico 80 e a vedação principal 64 alinhados, criando, desse modo, uma restrição de fluxo do caminho de fluxo primário 33.

[0053] Para utilizar apropriadamente o potencial completo da ação excêntrica do elemento esférico 80, entretanto, deve ser percebido, como mencionado anteriormente, que, devido às propriedades da excentricidade, a vedação principal 64 pode não ser alinhada ao elemento esférico 80 na posição fechada da válvula 20, como seria se o elemento esférico 80 fosse girado ao redor do ponto de pivô natural do elemento esférico. Portanto, para permitir ao elemento esférico 80 ser girado excentricamente para a posição fechada, a superfície interna 53 do alojamento de vedação 52 é desviada em relação à superfície exterior 54 do alojamento de vedação 52, tornando a superfície interna 53 e a superfície externa 54 do alojamento de vedação 52 não concêntricas.

[0054] Para assegurar o alinhamento apropriado do elemento esférico 80 à superfície interna 53, um dispositivo de alinhamento 57, como um pino, como mostrado na Figura 3, pode ser usado. O pino de alinhamento 57 pode ser anexado de modo fixo ao alojamento 30 e, mais especificamente, pode ser passado dentro de um rebaixo que fica localizado ao redor do perímetro da entrada 31, de modo que o alojamento de vedação 52 possa ser girado para engatar um rebaixo localizado no alojamento de vedação 52 com o pino de alinhamento 57. Inversamente, se a válvula 20 contiver um mecanismo excêntrico duplo, por meio do qual dois mecanismos excêntricos independentes se combinam para criar um movimento, a superfície interna 53 pode não precisar ser não-concêntrica à superfície externa do alojamento de vedação 52.

[0055] Quando a válvula esférica 20 está na posição fechada, forças de alta pressão são criadas na entrada 31. O aumento da pressão pode forçar o fluido de processo a desviar da restrição de caminho de fluxo primário e ser forçado através do caminho de fluxo secundário 72. Impedindo o fluido de penetrar através do caminho de fluxo secundário 72 está o anel de vedação 60a, posicionado de modo que as pernas de anel de vedação 61a e 61b se voltem em direção ao fluido de entrada. De modo semelhante, o aumento da pressão pode começar a deformar ou flexionar as hastes 90 e 91 em direção ao sentido de fluxo. À medida que as hastes 90 e 91 flexionam, o elemento esférico 80 pode começar a ser deslocado em uma direção normal em relação à montagem de vedação 50. Impedindo um vazamento entre o elemento esférico 80 deslocado e a vedação principal 64, está o membro resiliente 70, por meio da orientação da vedação principal 64 em direção ao elemento esférico 80 à medida que o elemento esférico 80 é deslocado. À medida que a pressão aumenta, as hastes 90 e 91 podem flexionar adicionalmente, aumentando adicionalmente o deslocamento do elemento esférico 80. A vedação principal 64 continuará a ser orientada contra o elemento esférico 80, até que a vedação principal 64 seja parada, ou o membro resiliente 70 seja completamente descomprimido. O membro resiliente 70, durante as situações de alta pressão, entretanto, pode não ser completamente descomprimido antes do desengate da vedação principal 64. O membro resiliente 70, pode não descomprimir totalmente devido às forças de pressão contra a vedação principal 64 criadas pelo fluido. O vão 73 pode, portanto, ser grande o suficiente para assegurar que a vedação principal 64 não seja parada pela saliência 81, na porção inferior do vão 73, assegurando, desse modo, o contato continuado entre a vedação principal 64 e o elemento esférico 80, mesmo durante cenários de alta pressão.

[0056] Como notado anteriormente, entretanto, a alta pressão pode ser criada na saída 32, dependendo da direção do fluxo de fluido através do caminho de fluxo primário 33. Se o caminho de fluxo primário 33 fosse revertido, o fluido penetraria a partir do outro lado do caminho de fluxo secundário 72, ao redor do membro resiliente 70, e seria restrito para a penetração adicional pelo anel de vedação 60b, também posicionado de modo que as pernas de anel de vedação 61 a e 61b se voltem em direção ao fluido de entrada. De modo semelhante, o fluido de alta pressão pode deformar ou flexionar as hastes 90 e 91, deslocando, desse modo, o elemento esférico 80 em direção à montagem de vedação e à vedação principal 64. Impedindo o vazamento de fluido entre o elemento esférico 80 e a vedação principal 64, mais uma vez, pode estar o membro resiliente 70 por meio da orientação do elemento esférico 80 contra a vedação principal 64. À medida que a pressão aumenta, flexionando adicionalmente, desse modo, o elemento esférico 80 em direção à montagem de vedação 50, a vedação principal 64 pode, eventualmente, por o fundo para fora sobre o alojamento de vedação 52, eliminando substancialmente, desse modo, o vão 71.

[0057] A descrição detalhada anterior foi dada por clareza de entendimento somente, e as limitações desnecessárias devem ser entendidas a partir disso, à medida que as modificações fiquem óbvias para aqueles experientes na técnica.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Válvula (20), caracterizada pelo fato de que compreende: um alojamento de válvula (30) tendo uma entrada (31) e uma saída (32) em comunicação fluídica com um furo (33) através do mesmo, o furo (33) definindo um caminho de fluxo primário; um elemento esférico (80) montado no alojamento (30) e adaptado para se mover entre uma posição fechada, desconectando fluidicamente a entrada (31) da saída (32), e uma posição aberta, conectando fluidicamente a entrada (31) e a saída (32); e uma montagem de vedação (50) disposta dentro do alojamento de válvula (30), a montagem de vedação (50) compreendendo um alojamento de vedação (52) e uma vedação principal orientada (64), em que a vedação principal orientada (64) inclui uma ranhura anular (79) disposta em um fundo (93) da vedação principal orientada (64) para receber um inserto (75) que engata o elemento esférico (80) em um ângulo de engate durante a abertura e o fechamento da válvula (20), em que uma porção do inserto (75) inclui pelo menos uma primeira saliência (95) sobre uma primeira parede e uma segunda saliência (97) sobre uma segunda parede que é substancialmente paralela à primeira parede, a porção sendo disposta na ranhura anular (79), e um vão (73) disposto entre a vedação principal orientada (64) e o alojamento de válvula (30), em que o vão (73) limita o ângulo de engate do elemento esférico (80) e o inserto (75).

2. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada uma das primeira e segunda paredes do inserto (75) engata uma parede que define pelo menos parcialmente a ranhura (79).

3. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o inserto (75) é construído a partir de um dentre um material de politetrafluoretileno reforçado ou virgem.

4. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o inserto (75) inclui uma porção planar voltando-se para o elemento esférico (80).

5. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o inserto (75) inclui uma porção planar orientada tangencial a uma superfície externa do elemento esférico (80).

6. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a ranhura (79) inclui pelo menos uma parede (99) angulada sobre pelo menos uma da primeira saliência (95) ou da segunda saliência (97).

7. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que uma segunda parede (99) da ranhura (79) oposta à primeira parede (99) inclui um recesso para receber a segunda saliência (97).

8. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um caminho de fluxo secundário é definido entre o alojamento de vedação e a vedação principal orientada.

9. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que inclui adicionalmente uma vedação bidirecional (62) disposta entre a vedação principal orientada (64) e o alojamento de vedação (52), em que a vedação bidirecional (62) substancialmente impede o fluxo através do caminho de fluxo secundário (72).

10. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: a montagem de vedação (50) inclui um caminho de fluxo secundário (72) através da mesma, e o elemento esférico (80) é montado próximo à montagem de vedação (50), onde o elemento esférico (80) se move em um movimento giratório em relação à montagem de vedação (50) para engatar de modo giratório o inserto (75) durante a abertura e o fechamento da válvula (20).

11. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que cada uma das primeira e segunda paredes do inserto (75) engata uma parede que define pelo menos parcialmente a ranhura (79).

12. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o inserto (75) inclui uma porção planar orientada tangencial a uma superfície externa do elemento esférico (80).

13. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a ranhura (79) inclui pelo menos uma parede (99) angulada sobre a pelo menos uma primeira saliência (95) ou a segunda saliência (97).

14. Válvula (20) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de incluir adicionalmente um primeiro e um segundo anéis de vedação elásticos (60a, 60b) impedindo o fluxo através do caminho de fluxo secundário (72).

15. Método de operar uma válvula (20), caracterizado pelo fato de que compreende: prover um alojamento de válvula (30) tendo uma entrada (31), uma saída (32) e uma montagem de vedação (50), onde a montagem de vedação (50) compreende uma vedação principal (64), uma vedação secundária (65), e um alojamento de vedação (52); inserir um inserto (75) em uma ranhura anular (79) disposta em uma extremidade da vedação principal (64); orientar a vedação principal (64) em direção a um elemento esférico (80); controlar um primeiro fluxo através da válvula (20) girando o elemento esférico (80) montado no alojamento de válvula (30) para dentro e para fora do engate com o inserto (75), em que o elemento esférico (80) contata o inserto (75) em um ângulo de engate e um vão (73) disposto entre o alojamento de válvula (30) e a vedação principal (64) limita o ângulo de engate; e impedir um segundo fluxo de fluido através de uma vedação secundária (62), o método adicionalmente incluindo prender o inserto (75) dentro da ranhura anular (79), em que prender o inserto (75) inclui forçar uma parede (99) da ranhura por cima de uma primeira saliência (95) sobre uma primeira parede do inserto (75), em que o inserto (75) inclui uma segunda saliência (97) sobre uma segunda parede do inserto (75) que é substancialmente paralela à primeira parede do inserto (75).

16. Método de operar uma válvula (20) de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente criar uma porção planar sobre o inserto (75) que é orientada tangencial a uma superfície externa do elemento esférico (80).