BRPI0706516A2 - válvula de liberação de ar - Google Patents

Abstract

VáLVULA DE LIBERAçãO DE AR é descrita uma montagem de válvula que é adequada para uso como uma válvula de liberação de ar. O mecanismo da válvula é acionado por liquido forçado através de um orifício por um diafragma sob pressão da descarga principal e é menos suscetível à vibração de válvula sob condições variáveis de pressão. O uso de um orifício ajustável externamente e/ou regulador permite que a montagem de válvula opere satisfatoriamente em uma ampla faixa de pressões. O modo de operação do mecanismo da válvula é externamente visível.

Description

"VÁLVULA DE LIBERAÇÃO DE AR"

Campo Técnico

A presente invenção refere-se, em geral, a bombasauto-aspirantes e, mais particularmente, a um sistema debombeamento auto-aspirante que incluem uma válvula de libe-ração de ar automática conectada ao lado de descarga de umabomba para ventilar ar do sistema.

Antecedentes0 arranjo de bombeamento comum empregado em esta-ções elevatórias de esgoto, e similares, é compreendido depelo menos uma bomba centrifuga auto-aspirante, uma tubula-ção de entrada de sucção conectada ao lado de entrada debomba, um tubo de descarga conectado ao lado de descarga dabomba, e uma válvula de segurança de uma via no tubo princi-pai de descarga que impede que o liquido retorne para a bom-ba quando ela é desligada.

Quando a bomba é iniciada, o ar na câmara de bom-beamento e qualquer ar na tubulação de entrada de sucção de-vem ser evacuados de modo a obter aspiração total. O ar queé evacuado não pode ser forçado além da válvula de segurançano tubo de descarga porque as bombas auto-aspirantes têm li-mitada capacidade de compressão de ar. Por exemplo, uma bom-ba centrifuga auto-aspirante de 10,16 cm (quatro polegadas),quando em modo de aspiração, pode desenvolver um máximo depressão de 213,36 cm (sete pés) de cabeça em sua velocidadenominal. Se tal bomba é instalada em um sistema com uma vál-vula de segurança de descarga que requer uma pressão em ex-cesso de 213,36 cm (sete pés) para abrir, a bomba não desen-volverá pressão suficiente para abrir a válvula de segurançae iniciar o fluxo. Portanto, é necessário proporcionar umaválvula de liberação de ar entre a válvula de segurança e abomba para ventilar ar do sistema. De modo a ter um sistemaoperacional eficaz, a válvula de liberação de ar deve serautomaticamente fechada quando a bomba está operando em ca-pacidade nominal.

Muitos tipos de válvulas de liberação de ar forampropostas. Muitas dessas válvulas podem se tornar instáveissob certas condições operacionais, por exemplo, condições debaixa pressão, e são suscetíveis à vibração hidráulica quan-do as condições de pressão estão variando. Uma outra desvan-tagem das válvulas de liberação de ar conhecidas é que elaspodem ser facilmente obstruídas por pedras, gravetos, mate-rial fibroso, e por outros sólidos comumente encontrados emesgoto bruto, e similar.

Sumário

Uma montagem de válvula adequada para uso como umaválvula de liberação de ar que é acionada por liqüido força-do através de um orifício por um diafragma sob pressão dadescarga principal é menos suscetível à vibração da válvulasob condições de cabeça variáveis. O uso do orifício permiteque a montagem de válvula opere satisfatoriamente em uma va-riedade ampla de cabeça de descarga.

A montagem de válvula inclui uma entrada de válvu-la em comunicação fluida com uma descarga de uma bomba e umapassagem da entrada da válvula para uma saída da válvula.Uma primeira cavidade é definida por uma ou mais paredes daprimeira cavidade e está em comunicação fluida com a passa-gem. Um diafragma está disposto dentro da primeira cavidadeque se engata vedavelmente a uma ou mais paredes da primeiracavidade para formar dentro da cavidade um par de câmaras depressão adjacentes: uma primeira câmara de pressão que estáem comunicação fluida com a passagem e uma segunda câmara depressão. Um fluido acionador é disposto dentro da segundacâmara de pressão e um mecanismo de válvula é colocado emcomunicação fluida com a segunda câmara de pressão. 0 meca-nismo de válvula é capaz de ser acionado entre uma posiçãode válvula fechada na qual o fluxo através da passagem é im-pedido pela válvula e uma posição de válvula aberta na qualo fluxo através da passagem é substancialmente não impedidopelo mecanismo da válvula. Um orifício de fluxo é dispostoentre a segunda câmara de pressão e o mecanismo de válvulaque regula um fluxo de fluido entre a segunda câmara depressão e o mecanismo de válvula. Esse orifício de fluxo po-de ser ajustável por dispositivos internos. Durante a opera-ção, o fluido na segunda câmara de pressão que é deslocadopor um aumento de pressão na primeira câmara de pressão fluiatravés do orifício de fluxo e age sobre o mecanismo de vál-vula para mover o mecanismo de válvula para a posição fecha-da .

O mecanismo de válvula pode incluir um pistão quetem uma cabeça e um plugue conectado à cabeça do pistão.Nessa modalidade, em resposta a um fluxo de fluido da segun-da câmara de pressão o pistão é movido entre a posição deválvula ar onde o plugue é levantado ou se projeta levementepara a passagem do material para impedir o fluxo através dapassagem e a posição de válvula fechada na qual o plugue éinteiramente projetado para a passagem. 0 pistão pode estarcontido em uma segunda cavidade em cujo caso o mecanismo deválvula pode incluir um diafragma disposto no topo da cabeçado pistão que se engata vedavelmente na segunda cavidade pa-ra formar uma terceira câmara de pressão de modo que um flu-xo de fluido na terceira câmara de pressão da segunda câmarade pressão faz com que o segundo diafragma aja sobre a cabe-ça do pistão para mover o pistão para a posição de válvulafechada. O plugue pode ter uma chanfradura em uma extremida-de distai que define um percurso de fluxo para a matéria a-través da passagem quando a válvula está na posição de vál-vula fechada. Um mecanismo polarizador, tal como mola, gáscompressivel, ou material compressivel tal como borracha,pode ser incluído o qual força o pistão para a posição deválvula aberta. Um mecanismo restritor ajustável pode serdisposto na passagem para regular a vazão da matéria atravésda passagem. Um mecanismo de prevenção de retorno de fluxoopcional, tal como uma válvula de segurança, pode ser colo-cada em comunicação fluida com a passagem para impedir ofluxo de matéria em direção à bomba.

Esses e outros objetivos, vantagens, e caracterís-ticas da modalidade exemplar da invenção são descritos emdetalhes em conjunto com os desenhos acompanhantes.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1 é uma ilustração esquemática de uma es-tação de bombeamento típico que emprega uma válvula de Iibe-ração de ar construída de acordo com uma modalidade da pre-sente invenção;

A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma vál-vula de liberação de ar de acordo com uma modalidade da pre-sente invenção;

A Figura 3 é uma vista explodida da válvula de li-beração de ar da Figura 2;

A Figura 4 é uma vista lateral da válvula de libe-ração de ar da Figura 2;

As Figuras 5 e 6 são vistas em seção transversalda válvula de liberação de ar da Figura 2 em dois modos deoperação; e

A Figura 7 é uma vista em seção transversal de umaválvula de liberação de ar construída de acordo com uma mo-dalidade alternativa da presente invenção.

Descrição Detalhada

A Figura 1 mostra um sistema de bombeamento 1 queinclui uma bomba centrífuga auto-aspirante convencional 2.No arranjo ilustrado, a bomba 2 é disposta acima de um poçoúmido 6 que coleta o líquido a ser bombeado. Uma linha deentrada de sucção 4 é conectada ao lado de entrada da bomba2 e se estende para baixo no poço úmido 6. Um tubo de des-carga 8 é conectado à bomba 2 e se estende para cima. 0 tubode descarga 8 é provido com uma válvula de segurança de umavia 9 que impede que o líquido a jusante da válvula retornepara a bomba 2 quando ela está fechada ou não está em opera-ção. A bomba 2 é acionada por um motor elétrico 3 operadoatravés de controles eletrônicos adequados 7.A válvula de liberação de ar 10 construída de a-cordo com a presente invenção é instalada no sistema de bom-beamento ilustrado entre a bomba 2 e a válvula de segurança9 de modo que a entrada da válvula 10 se comunica com a saí-da de descarga da bomba através do tubo 8. A linha de escapeestá conectada ao orifício de saída da válvula 10 e se es-tende para o poço úmido 6. A finalidade da válvula 10 é ven-tilar o ar que é evacuado da tubulação de entrada de sucção4 e da câmara de bombeamento da bomba. A válvula 10 se fechaautomaticamente quando a bomba está inteiramente aspiradapara evitar a ventilação do líquido através da válvula du-rante o ciclo de bombeamento.

Agora, com referência às Figuras 2 a 6, a válvulade liberação de ar 10 é mostrada em maiores detalhes. A vál-vula 10 é composta de uma gabinete 15 e uma cobertura 21 quesão aparafusadas juntas. O gabinete 15 inclui uma entrada 20que é conectada ao tubo de descarga 8 a partir da bomba 2(vide Figura 1) e uma saída 30 que se conecta à linha deventilação 5 (vide Figura 1) . Uma passagem de fluxo 16 éformada entre a entrada e a saída. O gabinete inclui tambémuma primeira cavidade 17 e uma segunda cavidade 18 ao passoque a cobertura 21 inclui um furo interior que forma um per-curso de fluido entre as primeira e segunda cavidades indi-cadas geralmente como 22 na Figura 3. o gabinete e a cober-tura são moldadas a partir de uma material resistente à cor-rosão que pode ser moldado na cor final desejada para elimi-nar a necessidade de pintura. O uso desse tipo de materialproporciona resistência suficiente à corrosão para uso namaioria dos ambientes corrosivos.

Com referência à Figura 3, é mostrada uma vistaexplodida da válvula 10. Um diafragma 33 é montado na pri-meira cavidade 17 de modo que sua borda externa é capturadaentre uma ranhura sobre a superfície superior do gabinete euma ranhura na superfície de fundo da cobertura. O diafragmaé flexível e divide a primeira cavidade 17 em duas câmarasde pressão, uma das quais é preenchida com um material fluí-vel como será descrito abaixo. A segunda cavidade 18 abrigaum mecanismo de válvula que inclui um pistão 37, uma vedaçãoem taça 30, uma mola 41, e um segundo diafragma do gabinetee uma ranhura sobre a superfície de fundo da cobertura. Amola pode ser substituída por outros mecanismos polarizado-res tal como gás compressível ou material como borracha (nãomostrado). O furo interior 22 é acessível para preenchimentopor remoção do plugue de enchimento 57 de um reservatório53. Um orifício 55 é inserido no reservatório 53. 0 orifícioestá então localizado no furo interior 22 que conecta asprimeira e segunda cavidades 17, 18. Um restritor ajustável83 com anel em "o" de vedação 84 é rosqueado em um furo ros-queado no gabinete 15 que intercepta a passagem 16. O res-tritor é mantido no lugar com um pino de chaveta 85.

A Figura 5 mostra uma seção transversal da válvulade liberação de ar 10 com a válvula na posição aberta naqual a válvula conecta a descarga da bomba com o poço úmidopara fins de ventilação. A válvula de liberação de ar 10 es-tará tipicamente nessa posição em qualquer momento que abomba não esteja em operação. A primeira cavidade 17 é divi-dida em duas câmaras de pressão, uma primeira câmara depressão 36 e uma segunda câmara de pressão 43 pelo diafragma33. 0 diafragma está retido entre o gabinete 15 e a cobertu-ra 21 e serve como uma barreira vedada entre as primeira esegunda câmaras de pressão 36, 43. Igualmente, o diafragma35 divide a segunda cavidade em duas câmaras de pressão, umaterceira câmara de pressão (mais bem vista na Figura 6) euma quarta câmara de pressão que abriga o pistão. Um fluido34 é colocado em as segunda e terceira câmaras de pressão43, 45, bem como no furo interno 22 e descansa lá duranteesta condição de estado estável. A mola polarizadora 41 nasegunda cavidade 18 mantém o pistão "para cima" de modo quea passagem 16 fica inteira ou substancialmente aberta e ofluxo de ar da saida 30 fica desimpedido. Um canal de fluidoconformado em cruz 58 é chanfrado na cobertura 21 acima dodiafragma 33 e do diafragma 35 para impedir que os diafrag-mas vedem a câmara de pressão quando a válvula está na posi-ção para cima. Quando a bomba fica em linha e os meios come-çam a serem bombeados através da descarga da bomba e atravésda passagem, é produzida uma resistência ao fluxo que provo-ca um aumento da pressão na primeira câmara de pressão 36. Onivel de resistência ao fluxo dentro da passagem, e conse-qüentemente, a taxa na qual a pressão é gerada na primeiracâmara de pressão que dispara a atuação da válvula pode serajustada por rosqueamento ou desenroscamento do restritor83.

Conforme a pressão é gerada na primeira câmara depressão 36 e age contra o diafragma 33, o fluido 34 sobre ooutro lado do diafragma em a segunda câmara de pressão 43, ofuro interno 22, e a terceira câmara 45 é também pressuriza-do. O fluido é forçado a passar através do orifício 56 nofuro interno 22 em uma vazão controlada determinada pelascaracterísticas do orifício. Mais fluido flui na terceiracâmara de pressão 45. Devido ao diferencial nas áreas do to-po do pistão e da extremidade do pistão 38, é produzida umaforça que comprime a mola. Quando a força aplicada supera aforça polarizadora da mola, o pistão se move "para baixo" ebloqueia substancialmente a passagem conforme mostrado naFigura 6. A válvula de liberação de ar 10 permanece nessaposição enquanto a bomba está operando e a pressão de cabeçaé mantida. Uma chanfradura sobre a extremidade do pistão 38auxilia a manter as passagens de fluxo sem obstrução porpermitir um fluxo contínuo pequeno. Uma outra característicada válvula de liberação de ar é uma janela indicadora 75(mostrada na Figura 4) que mostra a posição do pistão e logoo presente modo de operação da válvula de liberação de ar.Na Figura 4, pode ser visto que a válvula está na posiçãofechada porque a borda de fundo da cabeça do pistão, que émoldada em branco ou em outra cor contrastante, se alinhacom as setas rotuladas "fechado".

Uma vedação em taça 39 esta contida no gabinete eé disposta em torno da extremidade do pistão para desentupiro pistão antes da retração na segunda cavidade 18. A vedaçãoem taça é bem ajustada para essa aplicação porque ela provo-ca pouco atrito quando o pistão é movido para baixo, facili-tando a operação em condições de cabeça baixa. Contudo, umoutro tipo de vedação tal como um anel em "o" pode ser tam-bém usado no lugar de ou em combinação com a vedação em ta-ça .

O orifício 55 controla a vazão do fluido entre asegunda câmara de pressão 43 e a terceira câmara de pressão45. Desse modo, o orifício também amortece os efeitos de mu-danças bruscas de pressão na primeira câmara de pressão 36 ereduz a vibração da válvula que pode, de outro modo, ocorrersob condições de pressão variáveis. Devido ao fluido sermantido em uma região vedada definida pela segunda câmara depressão 43, o orifício interno 22, e a terceira câmara depressão 45, ele não é suscetível de entupimento e não sãousados quaisquer componentes mecânicos que precisem de Iu-brificação.

Quando a bomba é desligada e o fluxo dos meios a-través da passagem 16 cai, a pressão na primeira câmara depressão 36 é reduzida para o ponto em que a mola polarizado-ra eleva o pistão e abre a válvula para sua posição aberta.As características operacionais da bomba podem ser facilmen-te compensadas por ajuste do restritor 83, reduzindo assim anecessidade de alterações no maquinário interno, tal como amola 41, que pode ser mais difícil de acessar.

Para prover ajustabilidade adicional, o orifíciopode ser também externamente ajustável como é mostrado naFigura 7. No lugar do orifício 55, uma válvula de agulha 95é rosqueada no gabinete 21 de modo que ela se projeta no o-rifício interno 22 perto da passagem da segunda câmara depressão para o orifício. Um anel em "o" veda o orifício ros-queado 96 da passagem de fluido. A extremidade da válvula 99co-age com a passagem para formar um orifício ajustável.

Pode ser visto da descrição acima que a válvula deliberação de ar que é acionada por líquido forçado atravésde um orifício por um diafragma sob pressão da descargaprincipal é menos suscetível à vibração de válvula sob con-dições de pressão variáveis. Embora a invenção tenha sidodescrita com certo grau de particularidade, deve ser enten-dido que várias alterações podem ser feitas por aqueles ver-sadas na técnica sem se desviar do espírito ou do escopo dainvenção conforme reivindicada a seguir.

Claims (20)

1. Montagem de válvula, CARACTERIZADA pelo fato deque compreende:uma entrada de válvula em comunicação fluida comuma descarga de uma bomba;uma passagem de uma entrada para uma saida de vál-vula;uma primeira cavidade definida por uma ou mais pa-redes da primeira cavidade, em que a primeira cavidade estáem comunicação fluida com a passagem;um diafragma disposto dentro da primeira cavidadeque se engata vedavelmente a uma ou mais paredes da primeiracavidade para formar dentro da cavidade um par de câmaras depressão, uma primeira câmara de pressão que está em comuni-cação fluida com a passagem e uma segunda câmara de pressão;um fluido acionador disposto dentro da segunda câ-mara de pressão;um mecanismo de válvula em comunicação fluida coma segunda câmara de pressão e capaz de ser acionado entreuma posição de válvula fechada no qual o fluxo através dapassagem é impedido pela válvula e uma posição de válvulaaberta na qual o fluxo através da passagem está substancial-mente desimpedido pelo mecanismo de válvula;um orifício de fluxo disposto entre a segunda câ-mara de pressão e o mecanismo de válvula que regula o fluxode fluido entre a segunda câmara de pressão e o mecanismo deválvula; eem que o fluido na segunda câmara de pressão que édeslocado por uma aumento de pressão na primeira câmara depressão flui através do orifício de fluxo e age sobre o me-canismo de válvula para mover o mecanismo de válvula para aposição fechada.

2. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o mecanismo de vál-vula compreende um pistão que tem uma cabeça e um plugue co-nectado à cabeça do pistão, e em que em resposta a um fluxode fluido da segunda câmara de pressão, o pistão é movidoentre a posição de válvula aberta na qual o plugue se proje-ta inteiramente para a passagem.

3. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o pistão está conti-do em uma segunda cavidade e o mecanismo de válvula compre-ende ainda um segundo diafragma disposto no topo da cabeçado pistão que se engata à segunda cavidade para formar umaterceira câmara de pressão de modo que uma alteração de vo-lume fluido na terceira câmara de pressão devido ao fluxoproveniente da segunda câmara de pressão faz com que o se-gundo diafragma aja na cabeça do pistão para mover o pistãopara a posição de válvula fechada.

4. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o plugue tem umachanfradura em uma extremidade distai que define uma passa-gem de fluxo limitada para a matéria através da passagemquando a válvula está na posição de válvula fechada.

5. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um meca-nismo polarizador que força o pistão para a posição de vál-vula aberta.

6. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que o mecanismo polari-zador inclui uma mola.

7. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que o mecanismo polari-zador inclui um gás compressivel.

8. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que o mecanismo polari-zador inclui um material compressivel.

9. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um meca-nismo restritor externamente ajustável disposto na passagemque regula o fluxo de matéria através da passagem.

10. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um meca-nismo de contra-fluxo em comunicação fluida com a passagemque impede o fluxo de matéria em direção à bomba.

11. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um indi-cador externamente visível da posição de mecanismo de válvu-la.

12. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um indi-cador externamente visível da posição de mecanismo de válvu-la e em que o indicador externamente visível é uma janela emuma parede da segunda cavidade através da qual uma posiçãodo pistão é visível.

13. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o orifício de fluxoé externamente ajustável.

14. Montagem de válvula, de acordo com a reivindi-cação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que o orifício é umaválvula de agulha que se projeta ajustavelmente em uma pas-sagem entre a segunda câmara de pressão e o mecanismo deválvula.

15. Método para acionar um mecanismo de válvula emresposta a um fluxo de fluido através de uma passagem deválvula, em que o mecanismo de válvula fecha a passagemquando o fluido flui para a passagem, CARACTERIZADO pelo fa-to de que compreende: definir uma primeira câmara de pressão que está emcomunicação fluida com a passagem;colocar um fluido fluível em um sistema de pressãofechado que inclui segunda e terceira câmaras de pressão, emque a segunda câmara de pressão está em comunicação mecânicavedada com a primeira câmara de pressão;controlar o fluxo de fluido entre as segunda eterceira câmaras de pressão com um orifício de fluxo que es-tá disposto entre elas;colocar o mecanismo de válvula em uma quarta câma-ra que está em comunicação mecânica vedada com a terceiracâmara de pressão; eem que o fluxo na passagem pressuriza a primeiracâmara de pressão de modo que a pressão é transferida para asegunda câmara de pressão induzindo um fluxo de materialfluivel através do orifício e para a terceira câmara depressão, assim acionando mecanicamente o mecanismo de válvu-la.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15,CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira e a segunda câma-ras de pressão são formadas colocando-se um primeiro dia-fragma em uma primeira cavidade de modo que ele divida veda-velmente a cavidade em duas câmaras de pressão.

17. Método, de acordo com a reivindicação 15,CARACTERIZADO pelo fato de que a terceira câmara de pressãoe a quarta câmara de pressão são formadas colocando-se o se-gundo diafragma em uma segunda cavidade de modo que ele di-vida vedavelmente a cavidade.

18. Método, de acordo com a reivindicação 15,CARACTERIZADO pelo fato de que o fluxo de fluido é controla-do por ajuste do orifício por um mecanismo de ajuste exter-no .

19. Método, de acordo com a reivindicação 15,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um regulador napassagem para controlar uma taxa na qual a pressão é geradana primeira câmara de pressão em resposta ao fluxo de mate-rial na passagem.

20. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o mecanismo de válvula é umpistão que tem uma cabeça que contata o segundo diafragma eum plugue anexado à cabeça que pode ser movida para dentro epara fora da passagem e, em que, em resposta à pressão au-mentada na terceira câmara o pistão é forçado em uma direçãoque faz com que o plugue se mova para a passagem.