BRPI0615017A2 - atuador de válvula - Google Patents

Abstract

ATUADOR DE VáLVULA. A presente invenção refere-se a um atuador de válvula compreendendo um alojamento inferior (28) compreendendo um carretel de montagem (418) que é operável para acoplar a um corpo de válvula (12). Uma manga de rotação (406) está disposta dentro do alojamento inferior (28) e acoplado a um conector de haste (416). Uma manga fixa está disposta dentro do alojamento inferior (28) e inclui um primeiro rasgo disposto ao longo do mesmo. Um segundo rasgo está disposto na manga de rotação (406), em que pelo menos um dos rasgos é um rasgo helicoidal. Uma haste (416) é acoplada ao eixo (408) e se estende através de um flange de conexão (310) que está acoplado a uma extremidade superior do alojamento inferior (28). Um pistão (306) é acoplado ao eixo (408) e disposto de maneira móvel dentro de um alojamento superior que está acoplado ao flange de conexão (310). Movimento axial do pistão (306) dentro do alojamento superior resultará em movimento rotacional da manga de rotação (406).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ATUADORDE VÁLVULA".

Antecedentes da Invenção

A presente invenção refere-se a um sistema de um atuadorhidráulico para operar uma válvula entre posições aberta e fechada eao sistema de controle usado para regular o funcionamento do atuador.Este sistema é particularmente apropriado para a operação de válvulasesféricas usadas na indústria de óleo e gás. Estas válvulas esféricassão tipicamente usadas em gasodutos para controlar o fluxo de gás a-través do gasoduto. O atuador da presente invenção utiliza a pressãode gás do duto para acionar o atuador. Na eventualidade de pressão degás do duto estar indisponível ou inacessível, um par de bombas demão manuais é incorporado para permitir a operação do atuador e daválvula.

Os atuadores prévios utilizando a pressão de gás do dutocomo uma fonte motriz tipicamente possuem um êmbolo de duplo efeitosobre o qual o gás atua para acionar o atuador e assim a válvula a seraberta ou fechada. Estes atuadores ventilam a pressão de gás proveni-ente de um lado do êmbolo de duplo efeito quando pressão de gás éaplicada ao outro lado do êmbolo. Esta ventilação é necessária paraassegurar que pressão igual não esteja atuando sobre ambos os ladosdo êmbolo de forma simultânea. Neste caso, a força atuando sobreambos os lados do êmbolo se equilibraria e o atuador deixaria de ope-rar ou ficaria bloqueado sob pressão conforme comumente designadona indústria.

Como um resultado da necessidade de ventilar cada lado doêmbolo de atuador para assegurar correto funcionamento, a pressão de gásé usualmente ventilada para a atmosfera. Este gás não é um gás puro, po-rém, na realidade tem líquidos de hidrocarboneto arrastados no gás, conhe-cido como condensado na indústria. Quando esta ventilação para a atmosfe-ra ocorre, o condensado de hidrocarboneto líquido se condensa e torna-seum resíduo oleoso feio pegajoso sobre o solo e adjacente à válvula e ao a -tuador. Nos últimos anos, esta ventilação para a atmosfera do gás suscitoupreocupações ambientais devido à possível contaminação do solo e da águasubterrânea por este resíduo oleoso.

Outra preocupação com a precedente válvula, atuador e conjun-tos de sistema de controle tem sido a interface e operação das bomba demão manais que são requeridas para operar o atuador e válvula quando apressão de gás proveniente do gasoduto não é disponível. Isto pode ocorrerdurante instalações novas quando o oleoduto ainda não carregado de gás ea abertura ou fechamento da válvula é exigido. De outras vezes quando ma-nutenção tem de ser conduzida sobre a válvula ou atuador, o duto tem deser purgado de pressão de gás como uma precaução de segurança. Quandohá conveniência em operar a válvula anteriormente a subseqüente pressuri-zação do duto, a faculdade de operar a válvula e atuador manualmente éexigida. Os conjuntos precedentemente existentes de válvula, atuador e sis-tema de controle têm apresentado problemas na sua construção e operaçãoque permitiam possíveis cenários nos quais a pressurização do duto e assimdo atuador, poderia resultar em inadvertida operação do atuador enquanto aoperação manual do atuador estava ocorrendo e possíveis lesões para ooperador. Por conseguinte, há conveniência em dispor de uma válvula, atu-ador e conjuntos de sistema de controle que permitam minimizar a dimensãodo atuador e a operação do sistema de controle em uma modalidade manualque automaticamente previna a operação acidental por pressão do duto. Aválvula, atuador e sistema de controle da presente invenção oferece os ditosnovos aspectos característicos.

Sumário da Invenção

A presente invenção trata de um sistema de um atuador hidráuli-co para operar uma válvula entre posições aberta e fechada, a válvula pro-priamente dita e o sistema de controle usado para regular o funcionamentodo atuador. A válvula é instalada em um gasoduto, tipicamente usado naindústria de óleo e gás. O atuador da presente invenção utiliza pressão degás do duto para ativar o atuador.A válvula é uma válvula esférica que utiliza uma bola esféricapara controlar a passagem de fluido através da válvula. Flanges extremossão soldados ao casco do corpo externo para ligação com conexões de dutoentrosáveis. Um quarto de giro da esfera move a válvula da posição abertapara fechada. O atuador de válvula é montado sobre o topo da válvula e giraa esfera entre posições aberta e fechada quando operado.

Um atuador de válvula compreendendo um alojamento inferiorconsistindo de um carretei de montagem que é operável para se acoplarcom um corpo de válvula. Uma manga rotativa é disposta no interior do alo-jamento inferior e acoplada com um conector de haste. Uma manga fixa édisposta no interior do alojamento inferior e inclui uma primeira fenda dispos-ta através da mesma. Uma segunda fenda é disposta na manga rotativa, naqual pelo menos uma das fendas é uma fenda helicoidal. Um eixo se engatacom ambas a primeira fenda e a segunda fenda. Uma haste é acoplada como eixo se estende através de um flange conector que é acoplado com umaextremidade superior do alojamento inferior. Um êmbolo é acoplado com ahaste e disposto de maneira móvel no interior de um alojamento superiorque é acoplado com o flange conector. O deslocamento axial do êmbolo nointerior do alojamento superior resulta em movimento de rotação da mangarotativa.

O sistema de comando hidráulico para o atuador de válvula éconstituído de circuitos de abrir e fechar com cada circuito incluindo umaválvula de controle, um par de válvulas piloto operadas e um reservatório defluido para alimentar um fluido de controle sob pressão à função de atuadorapropriada. O orifício de saída da segunda válvula piloto operada em cadacircuito é conectado com uma válvula de orifício de escape. A válvula decontrole em cada circuito recebe gás pressurizado de uma saída no duto edirige este gás pressurizado para o tanque apropriado quando a válvula decontrole é operada. Este gás pressurizado é também usado para operar asválvulas piloto operadas para controlar a ventilação de pressão de um tan-que enquanto o outro está sendo pressurizado para prevenir bloqueio depressão e permitir a equalização de pressão entre os tanques após a válvulaser deslocada para sua posição plenamente aberta ou fechada.

Plena e completa compreensão da invenção pode ser obtida pe-la consulta aos desenhos apensos e descrição das modalidades de realiza-ção preferenciais.

Breve Descrição dos Desenhos

Estes e outros objetivos e vantagens da presente invenção sãoexpostos abaixo e adicionalmente esclarecidos pela consulta aos desenhos,de acordo com os quais:

A figura 1 compreende uma vista em perspectiva de um sistemapara controlar a passagem de fluido através de um conduto incluindo a vál-vula atuador e sistema de controle conjuntamente montados;

A figura 2 compreende uma vista em perspectiva tomada do ladooposto com vistas seccionais parciais da válvula e atuador para mostrar oscomponentes principais;

A figura 3 compreende uma vista seccional do atuador de válvu-la na posição fechada da válvula;

A figura 4 compreende uma vista seccional do atuador de válvu-la na posição aberta da válvula;

A figura 5 compreende uma vista em perspectiva do atuador eatuação da manga helicoidal no seu interior;

A figura 6 compreende uma vista esquemática do sistema decontrole;

A figura 7 compreende uma vista do fluxograma do sistema decontrole;

A figura 8 compreende uma vista seccional dos tanques alimen-tadores de fluido e válvulas manualmente operadas montadas sobre osmesmos do sistema de controle;

A figura 9 é uma vista em seção transversal de um atuador deválvula construído de acordo com modalidades da invenção;

A figura 10 é uma vista em seção transversal do atuador de vál-vula da figura 9 tomada perpendicular à seção transversal da figura 9;

A figura 11 é uma vista em seção transversal de um conjunto debatente limitador superior construído de acordo com modalidades da invenção;

A figura 12 é uma vista em seção transversal de um conjunto debatente limitador inferior construído de acordo com modalidades da invenção;

A figura 13 é uma parte inferior de um atuador dotado de umahélice interna e externa;

As figuras 14 e 15 são vistas em seção transversal da parte infe-rior da figura 13; e

A figura 16 é uma vista explodida de um eixo e conjunto de blococorrediço construído de acordo com modalidades da invenção.

Descrição de Modalidades Preferenciais

Com referência aos desenhos e mais especificamente à figura 1,uma vista em perspectiva de um sistema 10 para controlar o fluxo de fluidoatravés de um conduto incluindo a válvula 12, atuador 14 e sistema de con-trole 16 conjuntamente montado é ilustrada. A figura 2 é uma vista em pers-pectiva tomada do lado oposto com vistas seccionais parciais da válvula 12e atuador 14 para mostrar os componentes principais. A válvula 12 é umaválvula esférica do tipo comumente usado na indústria de óleo e gás, e umcorpo soldado 18 e flanges extremos 20 para instalar a válvula 12 em umduto (não mostrado) através do qual a válvula 12 controlará o fluxo de óleo egás. A válvula 12 inclui um membro controlador de fluxo ou esfera 22, dis-posta no corpo soldado 18, com um diâmetro interno 24 atravessante. Ele-mentos vedantes 26 no corpo soldado 18 selam contra a esfera 22. A rota-ção da esfera 22 em um quarto de volta pelo atuador 14 fecha a válvula 12.

O atuador 14 inclui um alojamento de atuador inferior 28 ao qualo alojamento cilíndrico de atuador 30 é fixado. A manga helicoidal 32 é dis-posta no interior do alojamento de atuador inferior 28 e a manga de êmbolode atuador 34 é posicionada no interior da manga helicoidal 32. Detalhes deconstrução do atuador 14 e da atuação da manga helicoidal 32 são mostra-dos em vistas seccionais nas figuras 3 e 4 e na vista em perspectiva da figu-ra 5. A figura 3 mostra o atuador 14 na posição da válvula 12 sendo fechadae a figura 4 mostra o atuador 14 na posição da válvula 12 sendo aberta. Oalojamento de atuador inferior 28 tem um diâmetro interno 36 se estendendoatravés do mesmo. O alojamento do cilindro de atuador 30 tem um alarga-mento 38 se estendendo no seu interior e é fixado ao alojamento de atuadorinferior 28 por dispositivos de fixação apropriados como pinos roscados 40 eporcas 42. O diâmetro interno 36 e o alargamento 38 são axialmente coinci-dentes. O alojamento de atuador inferior 28 é selado contra o alojamento decilindro de atuador 30 por dispositivos de vedação na forma de gaxeta 44.

A placa de atuador inferior 46 e a manga-guia 48 são fixados àextremidade oposta do alojamento de atuador inferior 28 por dispositivos defixação apropriados como pinos roscados 50 e porcas 52. A placa de atua-dor inferior 46 e a manga guia 48 possuem diâmetros internos atravessante54 e 56. A manga helicoidal 32 é fixada no interior do alojamento de atuadorinferior 28 pela placa de atuador inferior 46 e alojamento de cilindro de atua-dor 30. A gaxeta de vedação 58 sela a manga helicoidal 32 com o alojamen-to de atuador inferior 28 ao passo que primeiro e segundo dispositivos defixação na forma de pinos de anti-rotação ou de encaixe 60 e 62 entre amanga helicoidal 32 e alojamento de atuador inferior 28 previnem que amanga helicoidal 32 receba movimento de rotação com respeito ao aloja-mento de atuador inferior 28 e ao alojamento de cilindro de atuador 30.

A manga helicoidal 32 inclui um diâmetro interno reduzido 64 naextremidade adjacente à placa de atuador inferior 46. A haste de acionamen-to de atuador 66 é um membro cilíndrico que se estende entre o diâmetrointerno 68 no alojamento de cilindro de atuador 30 e o orifício de diâmetrointerno reduzido 64 da manga helicoidal 32. A haste de acionamento de atu-ador 66 é selada nos orifícios 64 e 68 por anéis de vedação 70 e 72, respec-tivamente. O orifício 68 é axialmente coincidente com o alargamento 38 as-sim como o orifício escalonado 74 no alojamento de cilindro de atuador 30.Adjacente ao orifício de diâmetro reduzido 64 encontra-se o orifício escalo-nado 76 na manga helicoidal 32. Os orifícios escalonados 74 e 76 atuampara limitar a haste de acionamento de atuador 66 quando o atuador 12 émontado.A manga de êmbolo de atuador 34 é hermeticamente dispostano espaço anular entre a haste de acionamento de atuador 66 e o alarga-mento 38 do alojamento do cilindro de atuador 30. Anéis de vedação 80 e 82selam a manga de êmbolo de atuador 34 com a haste de atuador 66 e alar-gamento 38 de alojamento de cilindro de atuador 30. A manga de êmbolo deatuador 34 tem uma parte de diâmetro reduzido 84 que se estende para ointerior do espaço anular entre a haste de acionamento de atuador 66 e amanga helicoidal 32 e sela a haste de acionamento de atuador 66 com oanel de vedação 86. A parte de diâmetro reduzido 84 da manga de embolode atuador 34 tem um par de fendas axialmente dispostas 88 formadas noseu interior. Um mecanismo de atuador na forma de um par de rolos 90 éfixado na haste de acionamento de atuador 66 aproximadamente no seucentro e rolos 90 se engatam com fendas axialmente dispostas 88 para fina-lidades a serem descritas. A manga helicoidal 32 inclui um par de fendashelicoidais 92 formadas na sua parede. Conforme mais bem mostrado nafigura 5, um segundo mecanismo de atuador na forma de um par de rolos 94é fixado na extremidade inferior de parte de diâmetro reduzido 94 da mangade êmbolo de atuador 34 em ângulo reto com as fendas axialmente dispos-tas 88 e se engatam com fendas helicoidais 92 na manga de hélice 32.

A primeira extremidade 96 da haste de acionamento de atuador66 se estende além do diâmetro interno escalonado 74 e inclui dispositivosindicadores ou fenda 98 formada sobre a mesma para indicar a posição derotação da haste de acionamento de atuador 66. A extremidade oposta ousegunda extremidade 100 da haste de acionamento de atuador 66 se esten-de além do diâmetro interno escalonado 76 e inclui dispositivos de engate naforma de chaveta macho 102 formados sobre a mesma. O adaptador de fe-chamento de válvula 104 se engata com a chaveta 102 e conecta a válvula12 com a chaveta 106 para transmitir o momento de torção gerado pelo atu-ador 14. Orifícios 108 e 110 no alojamento de cilindro de atuador 30 permi-tem que fluido hidráulico fornecido pelo sistema de controle 16 de uma ma-neira a ser descrita abaixo, operem o atuador 12 da seguinte maneira.

Como acima indicado, a figura 3 mostra o atuador 14 na posiçãocom a válvula 12 fechada. A manga de êmbolo de atuador 34 está na extre-midade inferior de seu curso. Quando é desejado abrir a válvula 12, fluidohidráulico pressurizado é fornecido ao orifício 108 ao passo que o orifício110 é ventilado. O fluido hidráulico atua sobre o lado inferior da manga deêmbolo de atuador 34 contra a área de êmbolo anular definida pelos vedado-res 80 e 82 enquanto os vedadores 44, 58 e 70 mantém pressão no aloja-mento de atuador inferior 28. Uma manga de êmbolo de atuador 34 é com-pelida para cima, as fendas 88 se deslocam axialmente através dos rolos 90sobre a haste de acionamento de atuador 66. Simultaneamente, os rolos 94sobre a parte de diâmetro reduzido 84 da manga de êmbolo de atuador 34se engatam com as fendas helicoidais 92 da manga helicoidal 32. Quando amanga helicoidal 32 é girada no sentido contrário com respeito ao alojamen-to de atuador inferior 28 pelos pinos 60 e 62, os rolos 94 são forçados a sedeslocar ao longo das fendas helicoidais 92 da manga helicoidal 32 quecausa a manga de êmbolo de atuador a girar com respeito ao alojamento deatuador inferior 28. Esta rotação do alojamento do atuador inferior 28 étransmitida através de rasgos axiais 88 e rolos 90 para a haste acionadorade atuador 66, assim girando o adaptador de fechamento da válvula 104 e aválvula 12 através de chavetas 106 para deslocar a válvula 12 para sua po-sição aberta mostrada na figura 4. Quando é desejado fechar a válvula 12,fluido hidráulico pressurizado é fornecido ao orifício 110 enquanto o orifício108 é ventilado para inverter a direção de rotação.

A operação da válvula 12 e atuador 14 é regulada pelo sistemade controle 16 que é mostrado em forma esquemática na figura 6 e em for-ma de fluxograma na figura 7. A figura 6 mostra o sistema de controle 16que inclui primeira e segunda válvulas de controle 200 e 202 controlando aoperação do atuador 14 através de primeira a quarta válvulas piloto opera-das 204, 206, 208 e 210. As válvulas 200 - 210 controlam o fluxo de fluidohidráulico proveniente de primeiro e segundo tanques alimentadores de flui-do atuador 212 e 214 para os orifícios aberto e fechado 108 e 110 do atua-dor 14. O sistema de controle 16 inclui uma fonte de fluido sob pressão 216que é alimentada por gás sob pressão pelo duto (não mostrado) através doqual a válvula 12 e o atuador 14 controlam o fluxo de gás. O sistema de con-trole 16 adicionalmente inclui uma válvula bidirecional 218 piloto operadanormalmente aberta 218 para equilibrar a pressão de gás entre os tanques212 e 214 que é ventilada para a atmosfera através da válvula de orifício deescape 220. Primeiro e segundo reservatórios de alimentação de fluido deatuador 212 e 214 têm fluido hidráulico 222 na sua parte inferior que é o flui-do pressurizado alimentado ao atuador 14. Fluido hidráulico 222 é pressuri-zado pela ação de pressão de gás do duto atuando sobre o mesmo.

O fluxograma da figura 7 mostra detalhes da construção doscomponentes do sistema de controle 16 e o fluxo de gás e fluido hidráulicoentre eles. O sistema de controle 16 é dividido em primeiro e segundo circui-tos de controle 224 e 226. O primeiro circuito de controle 224 atua para ali-mentar fluido hidráulico 222 ao orifício 10 e operar o atuador 14 para fechara válvula 12, ao passo que o segundo circuito de controle 226 atua em re-verso para alimentar fluido hidráulico 222 ao orifício 110 e operar o atuador14 para abrir a válvula 12. Adicionalmente, o sistema de controle 16 incluibombas de mão manualmente operadas 228 e 229 montadas sobre primeiroe segundo tanques alimentadores de fluido 212 e 214, respectivamente, pa-ra finalidades a serem descritas mais adiante.

Primeira e segunda válvulas de controle 200 e 202 são válvulasmanualmente operadas incluindo o orifício de admissão 223, o orifício dedescarga 224 e o orifício de ventilação 236. Na modalidade fechada, o fluxode fluido entre o orifício de admissão 232 e o orifício de descarga 234 é blo-queado ao passo que o orifício de descarga 234 é conectado com o orifíciode ventilação 376. Na posição aberta ou operacional, o fluido flui entre o ori-fício de admissão 232 e o orifício de descarga 234 ao passo que o orifício deventilação é bloqueado. A primeira a quarta válvulas piloto operadas 204,206, 208 e 210 são válvulas bidirecionais piloto operadas normalmente fe-chadas bidirecionais incluindo orifício de admissão 238, orifício de descarga240 e orifício piloto 242. Na posição fechada, isto é, sem pressão alimentadaao orifício piloto 242, o fluxo de fluido entre o orifício de admissão 238 e oorifício de descarga 240 é bloqueado. Na posição aberta, isto é, piloto ope-rada, a pressão piloto fornecida ao orifício piloto 242 permite o fluxo de fluidoentre o orifício de admissão 238 e o orifício de descarga 240. A primeira esegunda válvulas de controle 200 e 202 e primeira a quarta válvulas pilotooperadas 205, 206, 208 e 210 são montadas em um bloco de distribuição(não mostrado) de uma maneira bem conhecida daqueles versados no sis-tema de controle 16 da técnica 16 também inclui a válvula bidirecional pilotooperada dupla 218 com pressões piloto fornecidas por primeiro e segundocircuitos de controle 224 e 226.

Primeiro e segundo tanques alimentadores de fluido de atuador212 e 214 são idênticos em construção. Os tanques 212 e 214 são alimen-tados com fluido hidráulico 222 parcialmente preenchendo os tanques. Chi-canes 246 são posicionadas nos tanques 212 e 214 para auxiliar no manterseparação entre o gás pressurizado fornecido pelo duto e fluido hidráulico222. Bombas de mão manualmente operadas 228 e 230 e montadas nostanques 212 e 214, respectivamente, e cada bomba 228 e 230 inclui a válvu-la seletiva 252 montada sobre a mesma.

Detalhes de construção e operação de tanques 212 e 214, bom-bas 228 e 230 e válvulas seletivas 252 são mostrados na figura 8. Somentea descrição do tanque 212, da bomba 228 e da válvula seletiva 252 é forne-cida, pois, o tanque 214 e a bomba 230 são idênticas às mesmas. A bomba228 é montada no tanque 212 pelo flange duplo 254 com a bomba 248 seestendendo para o interior do tanque 212 e imersa em fluido hidráulico 222.

A bomba 228 é do tipo de "haste de bombeio" bem-conhecido daqueles ver-sados na técnica com fluido hidráulico 222 sendo aspirado para o interior dabomba 228 através da esfera governada por mola 256 quando o manipulo258 é recuado do tanque 212. Fluido hidráulico 222 é pressurizado na bom-ba 228 quando o manipulo 258 é acionado no sentido do tanque 212 e le-vanta de sua sede a esfera governada por mola 260 e é dirigido pelo orifício262 para a válvula seletiva 252. A válvula seletiva 252 se desloca entre umaposição na qual o fluido proveniente do orifício 262 passa através da válvula252 para o orifício de descarga 264 e quer para o orifício 108 quer 110, de-pendendo de qual tanque está sendo usado, e uma segunda posição na qualo fluido hidráulico pressurizado 222 é recebido no orifício 266 e passa para oorifício de descarga 264. Fluido hidráulico pressurizado 222 é alimentado aoorifício 266 através de uma passagem de desvio 268 no flange duplo 254.Fluido hidráulico pressurizado 222 é somente fornecido pela passagem dedesvio 268 quando o tanque 212 é pressurizado pelo gás fornecido atravésdos primeiro e segundo circuitos de controle 224 e 226.

Uma seqüência típica de operação para o sistema de controle 16seria como segue presumindo-se que a válvula 12 esteja na posição abertae seja desejado fechar a válvula 12. Reportando-se ao fluxograma da figura7, o primeiro circuito de controle 224, isto é, o circuito de 'fechar', é operadopelo calcar a primeira válvula de controle 200. Esta operação causa a ocor-rência das seguintes funções quando gás pressurizado é fornecido:

(i) dirige a pressão de gás pressurizado para a válvula piloto o-perada 218 normalmente aberta para igualar a pressão entre o tanque admi-nistrador de fluido 214 de abrir o atuador e o tanque administrador de fluido212 de fechar o atuador;

(ii) dirige a pressão de gás pressurizado do orifício de saída 234da válvula de controle 200 do primeiro circuito de controle para o orifício pilo-to 242 da primeira válvula piloto operada 204 do primeiro circuito de controlede fechamento de válvula 224 para operar a primeira válvula piloto operada204 e permitir que pressão de gás pressurizado pressurize o fluido hidráulico222 no tanque alimentador de fluido de fechamento de atuador 212 e forne-ça fluido hidráulico pressurizado 222 através da passagem de desvio 268,através do orifício 266 ao orifício de descarga 264 e assim ao orifício 108(orifício de fechamento) do atuador 14 para fechar a válvula 12; e

(iii) dirigir pressão de gás pressurizado do orifício de descarga240 da primeira válvula piloto operada 204 do primeiro circuito de controle224 para o orifício piloto 242 da quarta válvula piloto operada 210 do segun-do circuito de controle 226 de abertura de válvula 226 para operar a quartaválvula piloto operada 210 e ventilar pressão de gás pressurizado do tanquealimentador de fluido de abertura de atuador 214 através do orifício de des-carga 220. O acionamento da válvula de controle do primeiro circuito de con-trole 200 para uma posição fechada e o acionamento da válvula de controledo segundo circuito de controle 202 para uma posição aberta resulta nasmesmas operações descritas acima, porém, na ordem inversa para abrir aválvula 12.

Reportando-se a seguir às figuras 9 e 10, uma modalidade alter-nativa de um sistema de atuador é ilustrada. O sistema de atuador 300 com-preende uma parte superior hidraulicamente isolada 302 e parte inferior àpressão ambiente 400. A parte superior 302 compreende o alojamento cilín-drico 304, o êmbolo 306, a haste 308, o flange conector 310, o tampo decilindro 312, o alojamento de batente 313, o conjunto de batente limitadorsuperior 314, o conjunto de batente limitador inferior 316. Comunicação defluido à parte superior 300 é proporciona pelo orifício superior 320 e orifícioinferior 322. A parte inferior 400 compreende o alojamento externo 402, amanga externa fixa 404, a manga interna rotativa 406, o eixo 408, a fendahelicoidal 410, a fenda retilínea 412, a placa inferior 414, o conector de haste416, o carretei de montagem 418, e os blocos deslizantes 420. O sistema deatuador também compreende a haste indicadora 422, a unidade de vedaçãoflutuante 424, e o indicador de posição 426.

O tampo 312 é conectado com o alojamento cilíndrico 304. Oselementos de vedação 330 formam uma barreira fluídica entre o tampo 312e o alojamento 304. O êmbolo 306 se engata hermeticamente com o aloja-mento cilíndrico 304 através de elementos de vedação 328. O orifício supe-rior 320 proporciona comunicação fluídica através do tampo 312 com o inte-rior da área selada entre o tampo 312 e o êmbolo 306. O êmbolo 306 é elas-ticamente acoplado com a haste 308, que se estende através do alojamentode batente 313. Elementos vedantes 326 e 332 formam uma barreira fluidaentre o alojamento de batente 313 e o alojamento cilíndrico 304 e o eixo 308,respectivamente. O orifício inferior 322 presta comunicação fluídica atravésdo alojamento cilíndrico 304 com a área selada entre o êmbolo 306 e o alo-jamento de batente limitador 313.

Fluido pressurizado fornecido ao orifício superior 320 deslocaráo êmbolo 306 e a haste 308 para baixo até o êmbolo entrar em contato como conjunto de batente limitador superior 314. Fluido pressurizado fornecidoao orifício inferior 322 deslocará o êmbolo 306 e a haste 308 para cima até oanel limitador 324 entrar em contato com o conjunto de batente limitador in-ferior 316. O conjunto de batente limitador superior 314 e o conjunto de ba-tente limitador inferior 316 são descritos em maior detalhe com referência àsfiguras 11 e 12, respectivamente.

A haste 308 se estende para o interior da parte inferior 400 e éacoplada com o eixo 408 de tal modo que a posição axial do eixo é fixa emrelação ao êmbolo 306. Blocos deslizantes 420 são montados em uma ououtra extremidade do eixo 408 através da cavilhas roscadas 421 ou de ou-tros membros de fixação apropriados. O eixo 408 se engata na fenda retilí-nea 412 disposta na manga interna 406. Os blocos deslizantes 420 se enga-tam com a fenda helicoidal 410 disposta na manga externa 404. A fenda he-licoidal 410 pode ser disposta a qualquer ângulo conveniente de maneira aotimizar a operação do atuador.

A manga externa fixa 404 é acoplada com o carretei de monta-gem 418 que por sua vez é acoplado com um correspondente flange demontagem sobre a válvula (não mostrado). A manga externa 404 por conse-guinte é fixa em relação à válvula. O conector de haste 416 é conectado coma haste do atuador de válvula (não mostrada), tal como por um rasgo dechaveta ou outro membro fixador. O conector de haste 416 é também conec-tado com a manga interna 406 através da placa inferior 414. Por conseguin-te, a manga interna 406 é girantemente ligada com a haste de válvula e arotação da manga interna resultará na rotação da haste de válvula. Mancaisde rolamentos 428 prestam suporte rotativo e axial da manga interna 406 emrelação à manga externa 404.

O conector de haste 416 é girado pelo transladar axialmente oêmbolo 306, que se desloca axialmente em uníssono com a haste 308 e oeixo 408. Quando o eixo 408 se desloca axialmente, os blocos deslizantes420 se deslocam através da fenda helicoidal 410 e causam o eixo 408 a gi-rar em torno de seu eixo geométrico central. A rotação do eixo 408 se trans-ferirá através da fenda retilínea 412 e causa a rotação da manga interna406, placa inferior 414, e conector de haste 416

A haste indicadora 422 é acoplada com o conector de haste 416,tal como através de uma placa aparafusada, e girará com o conector de has-te. A haste indicadora 422 está disposta no interior de um diâmetro internoatravés da haste 308 e é hermeticamente engatada pela vedação flutuante424. A haste indicadora 422 é acoplada com o indicador de posição 426, quepresta um display visual dá posição da válvula através da conexão direta dahaste indicadora.

O curso do sistema de atuador 300 é limitado pelo conjunto debatente limitador superior 314 e conjunto de batente limitador inferior 316.Estes conjuntos de batente limitador limitam o curso axial do êmbolo 306 edo eixo 408 e assim limitando o alcance de rotação do conjunto de atuadorprevine que um momento de torção excessivo seja aplicado ao conjunto deatuador ou à válvula, que pode ocorrer se o atuador tentar girar o atuador oua válvula além dos limites de rotação projetados. Em determinadas modali-dades, os conjuntos de batente limitador 314 e 316 podem ser ajustáveispara que o alcance de rotação do conjunto de atuador possa ser ajustávelpara que o alcance de rotação do conjunto de atuador possa ser personali-zado para uma ampla variedade de válvulas e condições operacionais.

Reportando-se à figura 11, o conjunto de batente limitador supe-rior 314 compreende a porca motriz 340, o anel rotativo 342 e o anel detranslação 344. A porca motriz 340 é girantemente disposta no alojamentode batente limitador 313 e é acessível através da parede do alojamento 304para que possa ser girada por um operador. O anel rotativo 342 é axialmentereprimido no interior do alojamento de batente limitador 313 porém é livrepara girar. O anel de translação 344 se engata atarraxadamente com o anelrotativo 342 e é conectado para deter o alojamento 313 através de cavilhasroscadas 350, ou de outros membros de fixação. Quando a porca motriz 340é girada, a engrenagem 346 causa também a rotação do anel rotativo 342.Quando o anel rotativo 342 gira, filetes de rosca 348 causarão o anel detranslação 344 a se deslocar axialmente ao longo das cavilhas roscadas350. Reportando-se mais uma vez às figuras 9 e 10, quando o êmbolo 306se desloca para baixo ele entra em contato com o anel de translação 344.Por conseguinte, quando a posição axial do anel de translação é ajustada344 é ajustada, o limite de curso descendente do êmbolo 306 é também a-justado.

Reportando-se a seguir à figura 12,o conjunto de batente limita-dor inferior 316 compreende a porca motriz 360, o anel rotativo 362, e o anelde translação 364. A porca motriz 360 é girantemente disposta no alojamen-to de batente limitador 313 e é acessível através da parede do alojamento304 para que possa ser girada pelo operador. O anel rotativo 362 é axial-mente limitado no interior do alojamento de batente limitador 313 porém élivre para girar. O anel de translação 364 se engata atarraxadamente com oanel rotativo 362 e é conectado com o alojamento de batente limitador 313através de cavilhas roscadas 370, ou de outros membros de afixação.

Quando a porca motriz 360 é girada, a engrenagem 366 causa o anel rotati-vo 362 também a girar. Quando o anel rotativo 362 gira, filetes de rosca 368causarão o anel de translação 364 a se deslocar axialmente ao longo dascavilhas roscadas 370. Reportando-se mais uma vez às figuras 9 e 10,quando o eixo 408 se desloca para cima, o anel de batente limitador 324entra em contato com o anel de translação 364. Por conseguinte, quando aposição axial do anel de translação 364 é ajustada, o limite de curso ascen-dente do eixo 408 é também ajustado.

As figuras 13-15 ilustram uma parte inferior 500 alternativa com-preendendo a manga externa fixa 502, a manga interna girante 504, o carre-tei de montagem 506, e o conector de haste 508. A manga externa fixa 502é acoplada com o carretei de montagem 506, que é afixado à válvula (nãomostrada). A manga interna girante 504 é girantemente disposta no interiorda manga externa 502 e é acoplada com o conector de haste 508, que seengata com a haste de válvula (não mostrada). A manga externa 502 adicio-nalmente compreende a fenda helicoidal 510 e a manga interna 504 com-preende a fenda helicoidal interna 512.

O eixo 514 é disposto no interior da manga interna 504. Os blo-cos deslizantes 516 são afixados a uma ou outra extremidade de eixo 514 e-são engatados com as tendas helicoidais 510 e 512. Quando o eixo 514 sedesloca verticalmente, o engate de blocos deslizantes 516 e tendas 512 levaa manga interna 504 a girar em relação à manga externa 502. O contar coma tenda externa 510 assim como a tenda interna 512 na forma de tendashelicoidais aumenta a velocidade de rotação da manga interna 504 por cursounitário do eixo 514. Por conseguinte, quando comparado com o atuador300 das figuras 9 e 10, menor distância de curso linear é requerida para giraruma haste de válvula por um numero conhecido de graus. Devido à menorcurso linear ser requerido a parte inferior 500 é genericamente mais curtaque a parte inferior 400 e pode ser acoplada com uma parte de atuador su-perior que é mais curta que a parte superior 302. A redução do comprimentodos membros também aumenta sua resistência intrínseca e rigidez. Em de-terminadas modalidades, as mangas também podem compreender cobertu-ras montadas sobre as fendas e soldadas, ou de outra maneira fixadas, àsmangas.

O momento de torção gerado pelo atuador, que é usado paragirar o membro de fechamento de válvula é transferido inteiramente atravésda interface entre os blocos deslizantes e as fendas em ambas as mangastanto estacionária como rotativas. Os blocos deslizantes podem ser substan-cialmente cilindriformes para que os blocos rolem no interior das fendas. Emdeterminadas modalidades, os blocos deslizantes podem de preferência teruma forma alongada para que o contato entre o bloco e sua fenda seja dis-tribuído através de uma área maior. Em determinadas modalidades, os blo-cos deslizantes podem ser embutidos com um material redutor de fricção ouresistente a desgaste de modo a prolongar a vida útil e desempenho do sis-tema.

Reportando-se a seguir à figura 16, uma modalidade de um con-junto de eixo e bloco deslizante 520 é mostrada compreendendo o eixo 522,o elemento postiço de fenda retilínea 524, e o elemento postiço de fendahelicoidal 528. O bloco deslizante helicoidal 526 é afixado a um eixo 522 porpinos 530, ou algum outro membro de afixação. O elemento postiço de fendaretilínea 524 é substancialmente uma peça plana de material que é afixadana cavidade 532. O elemento postiço 524 sobressai acima da superfície deeixo 522 de forma que o elemento postiço faça contato com os lados da fen-da. Ainda que uma extremidade de eixo 522 seja mostrada, é entendido quecada extremidade do eixo inclui dois elementos postiços 524 e cavidades532 dispostas sobre lados opostos do eixo.

Os blocos deslizantes helicoidais 526 podem ser construídosseparados do eixo 522 e afixados a cada extremidade do eixo por pinos 530.Os blocos corrediços helicoidais 526 são afixados a um ângulo a superfíciesuperior do eixo 522. O ângulo de afixação é substancialmente equivalenteao ângulo da fenda helicoidal na manga estacionária. Os elementos postiçosde fenda helicoidal 528 são dispostos no interior de cavidades 534 de um ede outro lado dos blocos 526. Devido à fenda helicoidal ser curvada em duasdireção, os elementos de fenda helicoidal 528 têm uma superfície externaque é curvada de modo a substancialmente acompanhar o contorno dos Ia-dos da fenda helicoidal.

A construção de nosso sistema para controlar o fluxo de fluidoatravés de um duto incluindo a válvula, atuador e sistema de controle seráfacilmente entendido a partir da descrição precedente e será visto que apre-sentamos um sistema que permite minimizar a dimensão do atuador e ope-ração do sistema e controle em uma modalidade manual que automatica-mente previne a operação acidehtal pela pressão do duto enquanto minimi-zando o condensado ventilado para a atmosfera durante a operação. Ou-trossim, embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita com respeito adeterminadas modalidades preferenciais, é evidente que alterações e modi-ficações se apresentarão aqueles versados na técnica pela leitura e com-preensão do relatório descritivo. A presente invenção abrange toas ditas al-terações e modificações equivalentes, e é limitada somente pelo escopo dasreivindicações apensas.

Claims (24)

1. Atuador de válvula caracterizado por compreender:um alojamento inferior (28) compreendendo um carretei de mon-tagem (418) que é operável para acoplar a um corpo de válvula (12);uma manga de rotação (406) disposta dentro do dito alojamentoinferior (28) e acoplado a um conector de haste (416);uma manga fixa (404) disposta dentro do dito alojamento inferior(28);um primeiro rasgo disposto na manga fixa (404);um segundo rasgo disposto na manga de rotação (406), em queambos dito primeiro rasgo e dito segundo rasgo são rasgos helicoidais (92);um eixo (408) engatado com ambos os ditos primeiro e segundorasgos;uma haste (308) acoplada ao dito eixo (408) e se estendendoatravés de um flange de conexão (310) que está acoplado a uma extremida-de superior do dito alojamento inferior (28); eum pistão (306) acoplado a dita haste (308) e disposto de manei-ra móvel dentro de um alojamento superior que é acoplado ao flange de co-nexão (310), em que movimento axial do dito pistão (306) dentro do aloja-mento superior resultará em movimentação rotacional da dita manga de ro-tação (406).

2. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracte-rizado pelo fato de que o alojamento superior é hidraulicamente isolado dodito alojamento inferior (28).

3. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracte-rizado por compreender ainda um primeiro par de blocos deslizantes que seengatam no dito primeiro rasgo.

4. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 3, caracte-rizado por compreender ainda um segundo par de blocos deslizantes que seengatam no dito segundo rasgo.

5. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 4, caracte-rizado pelo fato de que o par de blocos deslizantes que estão engatadoscom o rasgo helicoidal (410) tem uma superfície externa curvada em duasdireções.

6. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracte-rizado por compreender ainda:um conjunto de batente superior (314) que limita movimento axi-al do dito pistão (306) ao longo do dito alojamento inferior (28); eum conjunto de batente inferior (316) que limita o movimentoaxial do dito pistão (306) para longe do dito alojamento inferior (28).

7. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 6, caracte-rizado pelo fato de que o dito conjunto de batente superior (314) limita mo-vimento axial pelo contato do dito pistão (306).

8. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 6, caracte-rizado pelo fato de que o dito conjunto de batente inferior (316) limita movi-mento axial pelo contato do dito eixo (408).

9. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 6, caracte-rizado pelo fato de que os ditos conjuntos de batente superior e inferior sãoajustáveis.

10. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado por compreender ainda:um indicador de posição (426) acoplado a uma extremidade su-perior do dito alojamento superior; euma haste de indicação (422) conectando diretamente o conec-tor de haste (416) ao indicador de posição (426).

11. Atuador de válvula caracterizado por compreender:uma manga de rotação (406) disposta em um alojamento inferior(28) e acoplada a um conector de haste (416) que é operável para acoplar auma haste de válvula de rotação;uma manga fixa (404) acoplada a uma bucha de adaptador queé operável para acoplar a um corpo de válvula (12);um eixo (408) engatado com um primeiro rasgo disposto à ditamanga de rotação (406) e um segundo rasgo disposto na dita manga fixa(404), em que pelo menos um do primeiro rasgo ou do segundo rasgo está aum ângulo com a vertical;um pistão (306) acoplado ao dito eixo (408) por meio de umahaste (416), em que o dito pistão (306) é disposto de maneira móvel dentrodo alojamento superior, em que movimento axial do dito pistão (306) dentrodo alojamento superior resultará em movimento rotacional do dito conectorde haste (416);um conjunto de batente superior (314) acoplado ao alojamentoinferior (28) e possuindo um primeiro membro de translação que se estendede forma ajustável do dito conjunto de batente superior (314) para entrar emcontato com o dito pistão (306) e limitar o movimento do dito pistão (306) emuma primeira direção axial; eum conjunto de batente inferior (316) acoplado ao alojamentoinferior (28) e possuindo um segundo membro de translação que se estendede forma ajustável do conjunto de batente inferior (316) para entrar em con-tato com o dito eixo (408) e limitar o movimento do dito pistão (306) em umasegunda direção axial.

12. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 11, carac-terizado pelo fato de que o alojamento inferior (28) é hidraulicamente isoladodo alojamento superior.

13. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 11, carac-terizado por compreender ainda um primeiro par de blocos deslizantes aco-plados ao dito eixo (408) e engatados com o primeiro rasgo.

14. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 13, carac-terizado por compreender ainda um segundo par de blocos deslizantes aco-piados ao dito eixo (408) e engatados com o segundo rasgo.

15. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 14, carac-terizado pelo fato de que o par de blocos deslizantes (420) que está engata-do com o rasgo helicoidal tem superfícies externas curvadas em duas dire-ções.

16. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 11, carac-terizado por compreender ainda:um indicador de posição (426) acoplado a uma extremidade su-perior do alojamento superior; euma haste de indicação (422) conectando diretamente o conec-tor de haste (416) ao indicador de posição (426).

17. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 11, carac-terizado pelo fato de que ambos os primeiro e segundo rasgos são rasgoshelicoidais (92).

18. Atuador de válvula caracterizado por compreender:um pistão (306) disposto de maneira móvel dentro de um aloja-mento superior;uma haste (308) acoplada ao dito pistão (306) e se estendendopara dentro do alojamento inferior;um eixo (408) acoplado à dita haste (308) e disposto de maneiramóvel dentro do alojamento inferior (28);uma manga de rotação (406) disposta dentro do alojamento infe-rior e compreendendo um primeiro rasgo que se encaixa no dito eixo (408);uma manga fixa (404) disposta dentro do alojamento inferior ecompreendendo um segundo rasgo que engata o dito eixo (408), em que osprimeiro e segundo rasgos são dispostos de tal maneira que deslocamentoaxial do dito eixo (408) resulta na rotação da dita manga de rotação (406)em relação à dita manga fixa (404);uma bucha de adaptador acoplada à dita manga fixa (404) e o-perável para acoplar ao corpo de válvula (12);um conector de haste (416) acoplado à dita manga de rotação(406) e operável para acoplar a uma haste de válvula do corpo de válvula (12);um indicador de posição (426) acoplado a uma extremidade su-perior do dito alojamento superior; euma haste de indicação (422) conectando diretamente o dito co-nector ao dito indicador de posição (426).

19. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 18, carac-terizado pelo fato de que o alojamento superior é hidraulicamente isolado doalojamento inferior (28).

20. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 18, carac-terizado por compreender ainda:um primeiro par de blocos deslizantes que se engatam ao ditoprimeiro rasgo; eum segundo par de blocos deslizantes que se engatam ao ditosegundo rasgo.

21. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 20, carac-terizado pelo fato de que o par de blocos deslizantes (420) que está engata-do com o rasgo helicoidal possui superfícies externas curvadas em duas di-reções.

22. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 18, carac-terizado por compreender ainda:um conjunto de batente superior (314) que limita o movimentoaxial do dito pistão (306) ao longo do dito alojamento inferior (28); eum conjunto de batente inferior (316) que limita o movimentoaxial do dito pistão (306) para longe do dito alojamento inferior (28).

23. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 22, carac-terizado pelo fato de que os ditos conjuntos superior e inferior são ajustáveis.

24. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 18, carac-terizado pelo fato de que ambos ditos primeiro e segundo rasgos são rasgoshelicoidais (92).