BRPI0707015B1

BRPI0707015B1 - válvula borboleta para o controle do fluxo, conjunto de válvula borboleta e método para reparar um conjunto de válvula borboleta

Info

Publication number: BRPI0707015B1
Application number: BRPI0707015A
Authority: BR
Inventors: R Shenk David
Original assignee: Ge Aviation System Llc
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2020-01-21
Also published as: BRPI0707015A8; US7984892B2; US20070194265A1; CA2647182C; US8381754B2; EP1989471A1; BRPI0707015A2; EP1989471B1; CA2647182A1; WO2007098083A1; US20110308086A1

Abstract

anel de borboleta de baixa fricção. uma válvula borboleta para o controle do fluxo de um fluido dentro de um furo, compreendendo uma borboleta e ao menos um anel se estendendo ao menos ou substancialmente ou completamente ao redor do perímetro da borboleta e adaptado para desenvolver uma força de expansão na direção radial quando o ao menos um anel se encontra em um estado contraido com relação a direção radial, sendo que o ao menos um anel é mantido na borboleta em estado contraido e a expansão radial devida ao desenvolvimento da força de expansão do ao menos um anel é efetivamente restringida, sendo que a válvula borboleta é adaptada para operar, quando disposta em um furo, sem fricção, ou substancialmente sem fricção, entre o ao menos um anel e o furo quando a válvula borboleta é disposta na posição fechada dentro do furo.

Description

“VÁLVULA BORBOLETA PARA O CONTROLE DO FLUXO, CONJUNTO DE VÁLVULA BORBOLETA E MÉTODO PARA REPARAR UM CONJUNTO DE VÁLVULA BORBOLETA”

Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a uma válvula borboleta para o controle do fluxo, um conjunto de válvula borboleta e um método para reparar um conjunto de válvula borboleta.

Antecedentes da invenção [002] As válvulas borboleta são um dentre os diversos tipos conhecidos de válvulas que são usadas para controlar o fluxo de fluidos. Uma válvula borboleta convencional inclui um disco (também chamado de borboleta), o qual e rotacionado ou defletido dentro de um furo de alojamento de modo a bloquear o fluxo do fluido dentro de quantidades variáveis. Tipicamente, o disco é montado de modo a girar sobre um eixo o qual atravessa o furo de alojamento ou a passagem, de modo a que o disco possa rotacionar entre uma posição aberta e uma aposição fechada. Quando o disco se encontra na posição aberta, o plano do disco é geralmente coincidente ou paralelo com a direção do fluxo e o fluxo do fluido é maximizado. Quando o disco se encontra na posição fechada, o plano do disco é transversal/ortogonal em relação a direção do fluxo e o fluxo do fluido é minimizado ou completamente estancado.

[003] As válvulas borboleta convencionais ainda incluem uma vedação para fluido a qual é prevista, por exemplo, no bordo externo do disco ou através de um membro de vedação, tal como, por exemplo, um ou mais anéis da borboleta, os quais são/é fixados no bordo externo do disco. A vedação para fluido pode engatar com o interior do alojamento da válvula ou com a superfície de assento no interior de um alojamento ou passagem de modo a realizar a vedação do fluido quando a borboleta é girada para a posição de fechamento.

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 10/64

2/18 [004] Os anéis de borboleta são tipicamente contidos em um sulco ao redor da periferia externa do disco borboleta. Os anéis tipicamente são planos e apresentam um formato circular. Os anéis podem incluir uma divisão para acomodar a compressão e/ou a expansão no diâmetro do anel.

[005] Os anéis são tipicamente empregados para acomodar as irregularidades superficiais e as tolerâncias de manufatura da borboleta, minimizando as folgas que podem ocorrer entre a borboleta e o alojamento ou passagem no qual a borboleta é colocada. Em geral é desejável que os anéis estejam o mais próximo possível da centralização no alojamento ou passagem no qual a borboleta está posicionada. Contudo, o uso de usinagens de alta precisão e técnicas de manufatura para colocar os anéis no centro exato do furo não é algo prático. Portanto, tipicamente permite-se que os anéis convencionais flutuem na borboleta, de modo a que os anéis possam “encontrar” o centro do furo quando a borboleta é fechada, mesmo que a borboleta possa estar fora de centro em relação ao furo. Desta maneira, os anéis são centralizados através do contato entre o bordo externo dos anéis e o furo do alojamento ou passagem.

[006] Nas válvulas borboleta convencionais, os anéis se expandem até o diâmetro do alojamento ou furo de passagem durante atuação da borboleta. Desta forma, os anéis funcionam como componentes resilientes os quais acomodam as irregularidades superficiais e as tolerâncias de manufatura para a borboleta. Nas válvulas borboleta convencionais, os anéis vedam a válvula borboleta através do contato entre os bordos externos dos anéis e o furo do alojamento ou passagem, é veda por contato entre a face dos anéis e a borboleta (p. ex., um sulco na borboleta pode estar presente para aceitar os anéis, permitir que os anéis saltem para fora enquanto ainda estão retidos no sulco).

[007] Os anéis nas válvulas borboleta convencionais podem funcionar como molas para manter os anéis em contato íntimo com o furo

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 11/64

3/18 quando a borboleta não está na posição fechada (o efeito de mola é resultante das características de resiliência dos anéis). Em alguns projetos, estes anéis podem ser forçados radialmente para fora pela pressão do fluido que age dentro do sulco da borboleta entre o disco borboleta e o bordo interno do anel ou anéis. Quando a pressão do fluido é alta, a pressão dos anéis para fora e alta. Desta forma, os anéis das válvulas borboleta convencionais podem ser forçados para fora por meio de uma combinação entre a força mecânica da mola e a pressão do fluido.

Descrição da Invenção [008] O atual inventor determinou que, devida à expansão dos anéis, que a válvula borboleta se encontra na posição aberta, um anel convencional de válvula borboleta irá se expandir até um diâmetro que é maior que o furo do alojamento ou passagem. Em seguida, quando a válvula borboleta é fechada, os anéis serão forçados contra o furo interno alojamento ou passagem, fazendo com que haja um contato e fricção entre os anéis e o furo durante a atuação da válvula. Este contato e fricção irão aumentar conforme a pressão do fluido entre os anéis e o disco borboleta aumenta. O contato e a fricção entre os anéis e o furo causam o desgaste do bordo externo dos anéis e/ou do bordo interno do furo toda a vez que a válvula é atuada. Os anéis das válvulas borboleta convencionais irão se expandir ou serem forçados para fora de modo a acomodar estes desgastes do bordo externo dos anéis e/ou do furo, acarretando um novo contato e fricção entre os anéis e o furo. Portanto, conforme os anéis e/ou furos das válvulas borboleta convencionais se desgastam, os anéis irão continuar a expandir ou serem forçados para fora de modo a acomodar este desgaste de modo a que os anéis continuem a engatar e a comprimir contra o furo do alojamento ou passagem, minimizando os vazamentos da válvula borboleta. Porém, esta compensação continua para o desgaste faz com que continuo o desgaste nos anéis e/ou nos furos, fazendo

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 12/64

4/18 com que os anéis e/ou furos eventualmente se desgastem e a válvula borboleta perca a sua eficiência.

[009] Caso sejam empregados materiais resistentes ao desgaste, o custo da válvula será incrementado, uma vez que tais materiais são mais caros que os materiais convencionais e é mais difícil manufaturar as peças a partir destes materiais. As pegas de uma válvula borboleta convencional também podem ser revestidas com um material, tal como o crômio, de modo a minimizar a fricção e fornecer uma superfície resistente ao desgaste. Contudo, a etapa extra de galvanização das pegas da válvula borboleta apresenta uma etapa adicional de manufatura, junto com a adição dos custos de materiais e apresenta problemas em relação ao uso de materiais perigosos.

[010] As formas de realização da presente invenção fornecem uma válvula borboleta e um conjunto de válvula borboleta na qual uma válvula borboleta é adaptada para operar sem fricção, ou substancialmente sem fricção, quando a válvula borboleta é atuada entre as posições fechadas e as posições abertas. O presente inventor ainda apresenta um método para a fabricação de uma válvula borboleta e um método para o posicionamento de ao menos um anel em uma válvula borboleta, de forma a que a válvula borboleta seja adaptada para operar sem fricção, ou substancialmente sem fricção, quando a válvula borboleta é atuada entre as posições fechadas e as posições abertas.

[011] Em uma forma de realização de exemplo da presente invenção, e descrito um método para configurar uma válvula borboleta dentro de uma passagem ou furo, tal que o desgaste e a fricção resultantes da atuação repetida da válvula é reduzida e/ou eliminada, ao menos após um número inicial relativamente limitado de atuações da válvula após a instalação (relativa ao número total esperado de atuações durante a vida útil da válvula). De acordo com este método, inicialmente, um ou mais anéis são posicionados dentro de um sulco de anel o qual é formado por (entre) um retentor do anel que é

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 13/64

5/18 conectado na borboleta. O anel(is) inicialmente podem flutuar dentro do sulco do anel, o anel(is) estando na posição mais expandida, ou próxima da posição mais expandida, neste ponto do processo de instalação. Isto é, o retentor do anel ainda não está totalmente fixado na borboleta, isto gerando um vão no qual não há aplicada nenhuma força ou é aplicada uma força mínima de aperto ou de sujeição no anel(is), permitindo que os anéis efetivamente se expandam livremente e entrem em contato com, na direção radial (isto é, o diâmetro externo dos anéis pode ficar maior ou menor, caso sejam aplicadas forças de contração ou de expansão, respectivamente). A válvula borboleta é então disposta na passagem ou furo e movida para a posição fechada, assim retraindo o diâmetro externo do anel(is) até o diâmetro do furo. Então, o retentor do anel é totalmente fixado na borboleta de forma que o anel(is) e retido e a expansão radial efetiva para fora do anel(is) é prevenida ou substancialmente prevenida. Em seguida, quando a válvula borboleta é atuada para a posição aberta, o anel(is) é retido de forma que e evitada a efetiva expansão do anel(is), fazendo com que a expansão radial para fora do anel(is) seja evitada, ou substancialmente evitada. Desta forma, a válvula borboleta pode ser adaptada para travar o anel(is) em posição de modo a que o anel(is) substancialmente não pode se mover, nem tão pouco substancialmente de expandir quando a válvula borboleta se encontra na posição aberta. Desta maneira, é através de uma substancial limitação da expansão dos anéis causada pela redução na força de compressão aplicada pelo diâmetro do furo quando a válvula é movida para a posição aberta, o desgaste e a fricção dos anéis podem ser substancialmente reduzidos e/ou completamente eliminados. Além do mais, é através da configuração da válvula borboleta utilizando este método, o anel(is) pode ser configurado de modo a ser posicionado no centro do furo e a válvula borboleta pode ser ajustar adequadamente no furo sem fricção, ou substancialmente sem fricção.

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 14/64

6/18 [012] Deve ser notado que, em uma outra forma de realização da presente invenção, ao invés de instalar a válvula borboleta no furo com os anéis na posição expandida, os anéis podem ser inicialmente contraídos, para apresentarem um diâmetro menor que o do furo e serem forçados dentro do sulco com o retentor (isto é, o retentor é totalmente fixado na borboleta) para manter o menor diâmetro. Então, a válvula borboleta é disposta no furo na posição fechada, pelo que o retentor é liberado da borboleta (p. ex., o retentor não está mais totalmente fixado na borboleta), permitindo que o anel(is) se expandam até o diâmetro do furo. O retentor é então novamente totalmente fixado na borboleta de modo a prender os anéis no lugar, assim efetivamente travando no diâmetro do anel(is).

[013] Deve ser entendido que tanto a descrição geral supra quanto a descrição detalhada que segue são exemplificativas e apenas exemplificativas, e não são restritivas da invenção tal como reivindicada.

Breve Descrição Dos Desenhos [014] Estas e outras características e vantagens da presente invenção se tornarão mais claras a partir da descrição seguinte, das reivindicações em anexo, e das formas de realização de exemplo que acompanham, mostradas nos desenhos, as quais são descritas de forma breve abaixo.

[015] A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma válvula borboleta de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

[016] A figura 2 é uma vista em secção de uma montagem de uma válvula borboleta, na qual a válvula borboleta se encontra na posição aberta.

[017] A figura 3 é uma vista em secção de uma montagem de uma válvula borboleta, na qual a válvula borboleta se encontra na posição fechada.

[018] A figura 4 é uma vista explodida de uma válvula borboleta.

[019] A figura 5 é uma vista lateral da válvula borboleta.

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 15/64

7/18 [020] A figura 6 é uma vista em secção da válvula borboleta mostrada na figura 5, feita ao longo da linha A-A.

[021] A figura 7 é uma vista em detalhes da região B da válvula borboleta da figura 6.

[022] A figura 8a é uma vista lateral de um retentor do anel.

[023] A figura 8b é uma vista em secção do retentor do anel da figura 8a ao longo da linha B-B.

[024] A figura 8c é uma vista em ângulo de um retentor de anel.

[025] A figura 9a é uma vista lateral da válvula borboleta.

[026] A figura 9b é uma vista em ângulo da válvula borboleta.

[027] A figura 9c é uma vista lateral da válvula borboleta.

[028] A figura 9d é uma vista em ângulo da válvula borboleta da figura 9b ao longo da linha A-A.

[029] A figura 9e é uma vista em ângulo da válvula borboleta da figura 9d ao longo da linha B-B.

[030] A figura 9f é uma vista em secção da válvula borboleta da figura 9a ao longo da linha C-C.

[031] A figura 9g é uma vista em detalhes da área D da figura 9b.

[032] A figura 9h é uma vista em perspectiva da válvula borboleta.

[033] A figura 10a é uma vista lateral de um anel.

[034] A figura 10b é uma vista em detalhes da área D da figura 10a.

[035] A figura 10c é uma vista em ângulo de um anel.

[036] A figura 10d é uma vista lateral de um anel.

[037] A figura 10e é uma vista em secção do anel da figura 10d ao longo da linha B-B.

[038] A figura 10f é uma vista em detalhes da área C da figura 10d.

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 16/64

8/18 [039] A figura 10g é uma vista em ângulo de um anel.

[040] A figura 10h é uma vista lateral de uma montagem de anel.

[041] A figura 10i é uma vista em secção da montagem de anel da figura 10h, ao longo da linha A-A.

[042] A figura 11 mostra um padrão esperado de desgaste de uma válvula da presente invenção.

[043] A figura 12 apresenta o padrão de desgaste de uma válvula da técnica anterior.

Descrição de Realizações da Invenção [044] As formas de realização da presente invenção serão descritas abaixo com referenda aos desenhos.

[045] De acordo com uma forma de realização da invenção, são fornecidos uma válvula borboleta e uma montagem ou conjunto de válvula borboleta, nos quais a válvula borboleta está adaptada para operar sem fricção, ou substancialmente sem fricção, quando a válvula borboleta é disposta em uma posição fechada.

[046] A figura 1 mostra uma vista em perspectiva de uma válvula borboleta 10, de acordo com uma forma de realização. No exemplo mostrado na figura 1, a válvula borboleta 10 inclui ao menos um anel 30, e uma passagem 60 para um eixo (não mostrado) para suportar e para girar a válvula borboleta 10 em um conjunto de válvula borboleta (isto é, a válvula borboleta 10 gira ao redor do eixo 61). No exemplo mostrado na figura 1, a válvula borboleta 10 inclui um receptáculo 70 para um dispositivo destinado a posicionar a válvula borboleta 10 no eixo. A válvula borboleta 10 pode ser posicionada no eixo, por exemplo, através de um parafuso de ajuste, um pino, ou qualquer outro dispositivo de fixação conhecido na arte. Os anéis 30 usados com a válvula borboleta podem ser feitos de metal ou de plástico.

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 17/64

9/18 [047] Com referenda a figura 2, um conjunto de válvula borboleta, de acordo com uma forma de realização da presente invenção, pode incluir um alojamento ou um corpo de válvula com um furo, uma válvula borboleta, tal como descrita em qualquer uma das formas de realização indicadas acima, um eixo para girar a válvula borboleta, mancais para suportar o eixo, em vedações do eixo. Desta forma, a figura 2 ilustra uma vista em secção de um conjunto de válvula borboleta 100 o qual inclui uma válvula borboleta 10 posicionada dentro do furo 110 do conjunto de válvula borboleta 100. No exemplo mostrado na figura 2, a válvula borboleta 10 se encontra na posição aberta maximizando o fluxo do fluido através do furo 110. O fluxo do fluido dentro do furo 110 é indicado exemplificativamente pela flecha A. A figura 3 mostra uma vista em secção de um conjunto de válvula borboleta 100, no qual a válvula borboleta 10 se encontra na posição fechada, minimizando o fluxo do fluido através do furo

110.

[048] A figura 4 é uma vista explodida de uma válvula borboleta 10, de acordo com a forma de realização ilustrada na figura 1. A válvula borboleta 10 aqui ilustrada inclui uma borboleta 20, um ou mais anéis 30, é um retentor do anel 40. Como será descrito com maiores detalhes, o retentor do anel 40 pode ser usado para fixar um ou mais anéis 30 na borboleta 20.

[049] Em uma outra forma de realização, o retentor do anel 40 pode ser fixado na borboleta 20 por fixadores 50. Os fixadores 50 podem ser parafusos, cavilhas, tirantes, rebites ou outros dispositivos de fixação conhecidos na arte. Na forma de realização de exemplo mostrada na figura 4, os fixadores 50 são parafusos. O retentor do anel 40 também pode ser unido na borboleta 20 através de soldagem, brasagem, ou outros métodos apropriados de união conhecidos na arte.

[050] O retentor do anel 40 pode ser adaptado para reter um ou mais anéis 30. De acordo com uma forma de realização, o retentor do anel 40

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 18/64

10/18 atua no sentido de reter o anel(is) 30 de forma a ser efetivamente evitada uma expansão radial para fora do anel(is) 30. Por exemplo, o retentor do anel 40 pode ser adaptado para reter ou prender o anel(is) 30 entre o retentor do anel 40 e a borboleta 20 de modo a efetivamente evitar uma expansão radial do anel(is) 30 devida a restrição criada pela ação de presilha do retentor do anel 40 e a borboleta 20.

[051] Através da efetiva prevenção/restrição da expansão radial, consegue-se que a expansão radial dos anéis seja ao menos um entre completamente evitada ou substancialmente evitada após a fixação do retentor e da borboleta. Assim considerando, a força de travamento realizada pelo retentor do anel é suficiente para evitar, ou substancialmente prevenir, qualquer força de expulsão radial remanescente nos anéis (p. ex., força de expulsão que ainda pode estar presente após a força de travamento fornecida pelo retentor do anel) de expandir o diâmetro externo dos anéis para além do diâmetro externo obtido após o travamento. (Tal como detalhado na secção Síntese da Invenção supra e também detalhado abaixo, o furo/passagem pode ser usado para ajustar” o diâmetro externo para o travamento - quando a válvula e atuada para a posição aberta, as forças de expulsão no anel(is) irão exercer uma força de expansão no anel(is), uma força que poderia, de outra forma, incrementar o diâmetro externo do anel(is) para além do diâmetro ajustado.) [052] Em um cenário de exemplo, caso os anéis apresentem um diâmetro totalmente expandido de 2,5 polegadas [cerca de 6,3 cm] (isto é, sem qualquer força de expulsão restante nos anéis), e os anéis são contraídos até apresentarem um diâmetro de 2,2 polegadas [cerca de 5,6 cm] e então fixados, os anéis irão apresentar uma força de expulsão que exerce uma força de expansão no anel(is). Na forma de realização de exemplo da invenção, o retentor do anel exerce uma força de travamento no anel(is) de tal forma que poderá ocorrer com o anel(is) de duas uma, ou não expandir além do diâmetro

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 19/64

11/18 de 2,2 polegadas [cerca de 5,6 cm], ou expandir apenas até um diâmetro ligeiramente maior que o diâmetro de travamento de 2,2 polegadas [cerca de

5,6 cm], através da expansão ligeira, maior que o diâmetro de travamento, isto significa que o anel se expande apenas de um valor de tal forma que qualquer desgaste ou fricção entre a passagem/furo que se verifica devido à expansão ligeira é diminuída após um número relativamente limitado de ciclos da válvula, com relação ao número total de ciclos da vida útil esperada para a válvula. Isto é, os ciclos iniciais da válvula irão causar um desgaste inicial no anel(is) devido ao contato em atrito do anel(is) contra a passagem/furo). Após o desgaste inicial, o anel irá apresentar um diâmetro externo o qual é essencialmente constante, substancialmente por toda a via útil restante da válvula. Posto de outra forma, o desgaste inicial ira transformar a passagem/furo do anel(is) “ajustada” de uma interferência inicial de ajuste durante o ciclo inicial da válvula até um ajuste de escorregamento para a vida útil substancialmente restante da válvula.

[053] Durante o período inicial de desgaste, não existira fricção, ou substancialmente nenhuma fricção, entre os anéis e o furo, especialmente quando comparado com algumas das válvulas de tipo convencional supra descritas na secção Fundamentos.

[054] Em uma forma de realização de exemplo da invenção, a válvula apresenta uma expectativa para a vida útil de pelos menos 1.000, e/ou de pelo menos 20.000 ciclos de abertura e fechamento, e mesmo mais, nos quais os primeiros 10-50 ciclos poderiam desgastar a ligeira expansão do anel(is) o que ocorre após a válvula borboleta ser atuada desde a posição de fechamento até a posição de abertura de forma que, para os 950-990 ciclos (e/ou 19.950 a 19.990 ciclos), os anéis poderiam deslizar ajustados na passagem/furo. Isto é, apenas durante os primeiros de 0 a 1-5% dos ciclos esperados, poderia existir um atrito. Em uma outra forma de realização, são previstas válvulas nas quais durante apenas os primeiros de 0 a 0,1-1% dos

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 20/64

12/18 ciclos poderia existir um atrito, enquanto que, em outras formas de realização, são previstas válvulas nas quais durante apenas os primeiros de 0 a 0,5-10% dos ciclos poderia existir um atrito. Em uma outra forma de realização, são previstas válvulas nas quais durante apenas os primeiros de 0 a 5-20% dos ciclos poderia existir um atrito. Em outra forma de realização, a válvula borboleta é adaptada de modo a operar, quando disposta em um furo, em ao menos uma dentre as seguintes formas durante, pelo menos, os 1.000 ciclos iniciais: (i) o pelo menos um anel experimenta um desgaste devido a substancialmente não fricção entre o ao menos um anel e o furo, apenas durante no máximo os primeiros 150 ciclos, e (ii) o ao menos um anel experimenta nenhum desgaste devida a nenhuma fricção entre o ao menos um anel e o furo durante qualquer um dos 1000 (e/ou 20.000) ciclos. Em algumas formas de realização da presente invenção, todo, ou substancialmente todo, o desgaste ocorre no início da vida útil da válvula e então cai para zero, ou um valor próximo a zero, durante a vida útil da válvula. Este fenômeno é similar ao da “interrupção de controle” (break in). A título de comparação, as válvulas do estado da arte tipicamente sofrem um desgaste continuo, relativamente linear e/ou de forma uniforme por toda a vida útil da válvula. A figura 11 mostra um padrão esperado para o desgaste da válvula da presente invenção, o eixo Y sendo o desgaste e o eixo X sendo a vida útil da válvula. Com o propósito de comparação, a figura 12 representa o padrão de desgaste de uma válvula do estado da arte, e novamente eixo Y sendo o desgaste e o eixo X sendo a vida útil da válvula. Como pode ser visto através da comparação entre estas duas figuras, o desgaste na válvula da presente invenção ocorre no início da vida útil da válvula, enquanto que o desgaste na válvula do de estado da arte de comparação ocorre de forma continua, até alcançar um ponto no qual a válvula não mais funciona de forma adequada, devido ao desgaste.

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 21/64

13/18 [055] A intensidade total do desgaste, na forma de realização de exemplo da presente invenção, pode ficar dentro de uma faixa de algumas dezenas de milésimos de polegada, de zero polegada a 0,0001-0,0005 polegadas [de 0 a cerca de 0,000254-0,001270 cm], o desgaste pode ser no fura da válvula ou no anel(is), ou em ambos. Como uma outra comparação, espera-se que algumas dentre as válvulas do estado da arte sofram um desgaste dentro da faixa de cerca de 0,005 polegadas [cerca de 0,0127 cm] durante a vida útil da válvula. Isto é, a título de exemplo, espera-se que algumas das válvulas do estado da arte se desgastem com uma ordem de grandeza maior que a da válvula da presente invenção. Em algumas das válvulas do estado da arte, o fator de limitação da vida útil para toda a válvula do estado da arte e o desgaste. Em contraste, o fator limitativo da vida útil para algumas das formas de realização da presente invenção e a vida útil do mancal, ou o desgaste do mancal.

[056] Através da disposição do retentor do anel para restringir a expansão radial do anel(is) 30, a válvula borboleta 10 pode ser adaptada para se ajustar dentro do furo 110 de forma a que não haja fricção, ou substancialmente não haja fricção, entre o anel(is) 30 e o furo 110 durante a atuação repetida da borboleta. Desta forma, o anel(is) 30 e/ou o furo 110 não se desgastam devido a fricção entre o anel(is) 30 e o furo 110 durante o uso da válvula borboleta 10, ou pelo menos o desgaste e substancialmente minimizado e/ou limitado ao desgaste durante a fase inicial da vida útil da válvula (p. ex., os primeiros 0,1-5% dos ciclos).

[057] De acordo com uma forma de realização da invenção, o retentor do anel 40 pode ser adaptado para reter o anel(is) 30 de forma a que, quando a válvula borboleta 10 está na posição aberta, a expansão radial para fora do anel(is) 30 é restringida. Desta forma, quando a válvula borboleta 10 é movida para a posição fechada, a válvula borboleta 10 (em particular, o anel(is)

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 22/64

14/18

30), se ajustam apropriadamente dentro do furo 110 de forma que não corra fricção, ou substancialmente não ocorra a fricção, entre o anel(is) 30 e o furo 110 durante a ativação repetida da borboleta.

[058] A figura 5 é uma vista lateral de uma válvula borboleta 10, de acordo com uma forma de realização, A figura 6 é uma vista em secção da válvula borboleta 10 da figura 5 feita ao longo da linha A-A. A figura 7 é uma vista em detalhes da região B da válvula borboleta 10 da figura 6. Tal como mostrado no exemplo da figura 6, a válvula borboleta 10 pode ser adaptada de forma a que o retentor do anel 40 prenda pelo menos um anel 30 na borboleta 20. O retentor do anel 40 pode prender um, dois ou mais anéis 30 na borboleta 20.

[059] No exemplo mostrado na figura 7, o retentor do anel 40 prende dois anéis 30 na borboleta 20, de modo que é restringida a expansão radial dos anéis 30. Na forma de realização de exemplo mostrada na figura 7, as pontas dos anéis 30 são dispostas apenas para contatar o furo 110. De acordo com uma forma de realização, os anéis 30 da válvula borboleta 10 podem ser adaptados para contatar o furo 110 com uma força mínima, de modo a que não ocorra fricção ou desgaste, ou substancialmente não ocorra fricção ou desgaste, entre os anéis 30 e o furo 110 durante a ativação da válvula. De acordo com uma forma de realização, os anéis 30 podem ser adaptados de modo a que exista um pequeno vão ou abertura entre os anéis 30 e o furo 110, permitindo apenas um pequeno escape ao redor da válvula borboleta 10, ao mesmo tempo em que não gera fricção ou atrito entre os anéis 30 e o furo 110.

[060] De acordo com uma forma de realização, a válvula borboleta 10 pode ser configurada de modo que o ao menos um anel(is) 30 é adaptado para inicialmente entrar em contato com o furo 110, causando uma fricção inicial com relação a vida útil da válvula, entre o anel(is) 30 e o furo 110, assim fazendo com que o anel(is) 30 se desgaste no início. Contudo, devido ao

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 23/64

15/18 fato de que o anel(is) 30 ser retido e ser evitada a expansão radial para fora do anel(is) 30, ou substancialmente evitada, uma vez que ocorra uma intensidade inicial de desgaste entre o anel(is) 30 e o furo 110, o anel(is) 30 irá deslizar de forma justa dentro do furo 110 sem mais fricção, ou substancialmente sem fricção, e sem mais desgastes, ou substancialmente sem maiores desgastes.

[061] As figuras 8a-8c mostram vistas de uma forma de realização de exemplo para o retentor do anel. As figuras 9a-9h mostram vistas de formas de realização de exemplo para a válvula borboleta. As figuras 10a-10i mostram vistas de formas de realização de exemplo de um anel e de um conjunto ou montagem de anel.

[062] Através do uso de uma válvula borboleta, ou de um conjunto de válvula borboleta com uma válvula borboleta de acordo com qualquer das formas de realização supracitadas, pode ser fornecida uma válvula borboleta a qual produza nenhuma fricção, ou substancialmente nenhuma fricção, com um pequeno escape e sem desgaste, ou substancialmente sem desgaste. A válvula borboleta de algumas das formas de realização pode ser usada sem uso reduzido e/ou sem o uso de materiais ou revestimentos caros resistentes ao desgaste, tais como o crômio, Além do mais, devido ao fato de que a válvula borboleta retém a expansão radial para fora do anel(is), podem ser empregadas maiores tolerâncias na manufatura do furo para a válvula borboleta, minimizando a necessidade das manufaturas de precisão muito caras. A válvula borboleta descrita em algumas ou em todas as formas de realização acima indicadas podem ser usadas para suportar tolerâncias de manufatura de posicionamento, tais como a centralização dos anéis dentro do furo devido a um posicionamento impreciso dos componentes da válvula. Além do mais, a válvula borboleta descrita em algumas ou em todas as formas de realização supra indicadas podem permitir um escape limitado ao redor da válvula borboleta, mas o farão de uma forma consistente em relação ao tempo, ao contrário das

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 24/64

16/18 válvulas borboletas convencionais que se desgastam continuamente com o passar do tempo devido a fricção entre os anéis e o furo.

[063] A borboleta descrita em algumas ou em todas as formas de realização supra indicadas pode ser usada em conjuntos de válvula borboleta recém manufaturados e/ou usada no reaproveitamento de conjuntos válvulas borboleta existentes. Os materiais para os componentes da válvula borboleta, incluindo o furo, podem ser, mas não precisam necessariamente ser, selecionados de modo a serem compatíveis uns com os outros.

[064] Será ora descrito um método, de acordo com uma forma de realização da invenção, para a configuração de uma válvula borboleta 10 dentro de uma passagem ou furo 110. Inicialmente, uma passagem ou furo 110 está presente sem a borboleta (a passagem ou furo 110 pode ser a passagem ou furo de um conjunto de válvula 100, por exemplo, a passagem ou o furo pode ser a passagem ou o furo de um alojamento de um conjunto de válvula borboleta). A borboleta 20 é posicionada dentro do furo 110 e ao menos um anel 30 é posicionado dentro de um sulco ou sede 45 (veja a figura 9), o qual é formado entre o retentor do anel 40 e a borboleta 20 de forma que o anel(is) 30 possa inicialmente flutuar dentro do sulco 45. O anel é constrito e então o retentor do anel 40 é usado para manter o anel no estado restringido ou preso. A válvula borboleta 10 é então movida para a posição fechada e o anel(is) 30 pode expandir até o diâmetro do furo através do ajuste do retentor do anel 40. Então, o retentor do anel 40 é totalmente fixado na borboleta 20 de modo a que o anel(is) 30 é preso e uma outra expansão radial para fora do anel(is) 30 é evitada, ou substancialmente evitada. Após isto, quando a válvula borboleta 10 é movida para a posição aberta, o anel(is) 30 é restringido de modo a que uma expansão efetiva do anel(is) 30 é prevenida, fazendo com que a expansão radial para fora do anel(is) 30 seja prevenida, ou substancialmente prevenida. Desta forma, a válvula borboleta 10 pode ser adaptada para travar o anel(is) 30 em

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 25/64

17/18 posição, de forma a que o anel(is) 30 não possa se mover com relação a borboleta 20, nem possas o anel(is) 30 se expandir quando a válvula borboleta se encontre na posição aberta. Além do mais, através da configuração da válvula borboleta 10 usando este método, o anel(is) 30 pode ser configurado para ser posicionado no centro do furo 110 e a válvula borboleta 10 pode se ajustar apropriadamente dentro do furo 110 sem fricção, ou substancialmente sem fricção. Tal como supra indicado, um outro método de instalação da válvula borboleta dentro de uma passagem inclui utilizar o furo para restringir o anel(is), e então prender o anel(is) no lugar. Diversas das formas de realização supra detalham como pode ser efetivamente evitada a expansão do anel(is). Em algumas destas formas de realização, a prevenção da expansão efetiva não inclui a prevenção da expansão devido a mudanças de temperatura do anel(is). Isto é, em algumas formas de realização da presente invenção, as mudanças de temperatura podem expandir o anel(is) de forma que tem lugar uma interferência entre as duas após o período de desgaste inicial resultando em um deslizamento justo do anel(is) dentro do furo/passagem, e no caso de uma tal expansão, as formas de realização da presente invenção ainda poderiam evitar uma expansão efetiva do anel(is).

[065] Em uma forma de realização de exemplo da invenção, após a ocorrência do desgaste inicial dos anéis, a válvula borboleta, disposta em um furo com um diâmetro interno de 2,5 polegadas [cerca de 6,3 cm], pode ser posta na posição fechada é submetida a pressão de um gás, tal como por exemplo o ar, com aproximadamente 25 libras por polegada quadrada [cerca de 1,70 atm] e experimentar um escape ou vazamento de cerca de 0,1 a 0,4 libras por minuto [cerca de 0,0068 a 0,027 atm/min].

[066] Dada a descrição da presente invenção, alguém versado na arte poderia perceber que podem existir outras formas de realização e modificações dentro do escopo da invenção. Desta forma, todas as

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 26/64

18/18 modificações obteníveis por alguém versado na arte a partir da presente descrição, e dentro do escopo da presente invenção, devem ser incluídas como outras formas de realização da presente invenção.

Claims

Reivindicações

1. VÁLVULA BORBOLETA (10) PARA O CONTROLE DO FLUXO de um fluido dentro de um furo (110), compreendendo:

- uma borboleta (20); e

- ao menos um anel (30) se estendendo completamente ao redor do perímetro da borboleta (20) é adaptado para desenvolver uma força de expansão na direção radial quando o ao menos um anel (30) se encontra em um estado contraído com relação a direção radial;

- caracterizado pelo fato de que o ao menos um anel (20) é mantido na borboleta (20) em estado contraído e a expansão radial devida ao desenvolvimento da força de expansão do ao menos um anel (30) é efetivamente restringida pela borboleta (20), sendo que a válvula borboleta (10) é adaptada para operar, quando disposta em um furo (110), sem fricção, ou quase sem fricção, entre o ao menos um anel (30) e o furo (110) quando a válvula borboleta (10) é disposta na posição fechada dentro do furo (110).
2. VÁLVULA BORBOLETA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um retentor do anel (40), sendo que o retentor (40) de anel é adaptado para prender o ao menos um anel (30) na borboleta (20) de forma que a expansão radial do ao menos um anel (30) seja restringida.
3. VÁLVULA BORBOLETA (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o retentor do anel (40) é adaptado para prender o ao menos um anel (30) entre o retentor do anel (40) e a borboleta (20), de forma que a expansão radial do ao menos um anel (30) seja restringida.
4. VÁLVULA BORBOLETA (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o retentor do anel (40) é fixado na borboleta (20) através de um dispositivo de fixação.

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 28/64

2/7
5. VÁLVULA BORBOLETA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a expansão radial do ao menos um anel (30) é restringida de forma a que a expansão radial do ao menos um anel (30) seja efetivamente evitada quando a válvula borboleta (10) é movida da posição fechada para a posição aberta.
6. VÁLVULA BORBOLETA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a válvula borboleta (10) é adaptada para operar, quando colocada dentro de um furo (110), em ao menos uma das seguintes formas durante o tempo de vida útil da válvula borboleta (10):

(i) o ao menos um anel (30) experimenta uma interferência de ajuste com o alojamento do furo (110) no fechamento da válvula borboleta (10) durante um número limitado de ciclos iniciais de atuação, quando comparado com a vida útil esperada para a válvula borboleta (10), e experimenta um ajuste deslizante com o furo do alojamento a partir deste momento; e (ii) o ao menos um anel (30) experimenta um ajuste deslizante com o furo (110) de alojamento durante o tempo da vida útil da válvula borboleta (10).
7. VÁLVULA BORBOLETA (10) PARA O CONTROLE DO FLUXO de um fluido dentro de um furo (110), compreendendo:

- uma borboleta (20); e

- ao menos um anel (30) se estendendo ao menos ou completamente ao redor do perímetro da borboleta (20) é adaptado para desenvolver uma força de expansão na direção radial quando o ao menos um anel (30) se encontra em um estado contraído com relação a direção radial,

- caracterizado pelo fato de que o ao menos um anel (30) é mantido na borboleta (20) em estado contraído e a expansão radial devida ao desenvolvimento da força de expansão do ao menos um anel (30) é efetivamente restringida, sendo que a válvula borboleta (10) é adaptada para

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 29/64

3/7 operar, quando disposta em um furo (110), de forma que, durante a operação da válvula (10), o diâmetro externo do ao menos um anel (30) se expande em apenas um valor que é igual ou menor que o valor da compressão causada pelo furo (110) quando a válvula borboleta (10) é disposta na posição fechada dentro do furo (110).
8. VÁLVULA BORBOLETA (10) PARA O CONTROLE DO FLUXO de um fluido dentro de um furo (110), caracterizado pelo fato de que compreende:

- um alojamento com um furo (110); e

- uma válvula borboleta (10) conforme definida na reivindicação 7.
9. CONJUNTO DE VÁLVULA BORBOLETA (100) para o controle do fluxo de um fluido dentro de um furo (110), caracterizado pelo fato de que compreende:

- um alojamento com um furo (110); e

- uma válvula borboleta (10) conforme defina na reivindicação

1.
10. CONJUNTO DE VÁLVULA BORBOLETA (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um retentor do anel (40), sendo que o retentor de anel (40) é adaptado para prender o ao menos um anel (30) na borboleta (30) de forma que a expansão radial do ao menos um anel (30) seja restringida.
11. CONJUNTO DE VÁLVULA BORBOLETA (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o retentor do anel (40) é adaptado para prender o ao menos um anel (30) entre o retentor do anel (40) e a borboleta (20).
12. CONJUNTO DE VÁLVULA BORBOLETA (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o retentor do anel (40) é

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 30/64

4/7 fixado na borboleta (20) através de um dispositivo de fixação.
13. CONJUNTO DE VÁLVULA BORBOLETA (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a expansão radial do ao menos um anel (30) é restringida de forma a que a expansão radial do ao menos um anel (30) seja efetivamente evitada quando a válvula borboleta (10) é movida da posição fechada para a posição aberta.
14. CONJUNTO DE VÁLVULA BORBOLETA (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a válvula borboleta (10) é adaptada para operar, quando colocada dentro de um furo (110), em ao menos uma das seguintes formas durante o tempo de vida útil da válvula borboleta (10):

(i) o ao menos um anel (30) experimenta uma interferência de ajuste com o alojamento do furo (110) no fechamento da válvula borboleta (10) durante um número limitado de ciclos iniciais de atuação, quando comparado com a vida útil esperada para a válvula borboleta (10), e experimenta um ajuste deslizante com o furo (110) do alojamento a partir deste momento; e (ii) o ao menos um anel (30) experimenta um ajuste deslizante com o furo (110) de alojamento durante o tempo da vida útil da válvula borboleta (10).
15. MÉTODO PARA CONFIGURAR UMA VÁLVULA BORBOLETA (10) dentro de um furo (110), compreendendo:

- obter uma válvula borboleta (10) incluindo uma borboleta (20) e ao menos um anel (30), fixado na borboleta (20), se estendendo completamente ao redor do perímetro da borboleta (20), caracterizado pelo fato de que a válvula borboleta (10) inclui um vão ou abertura para o ao menos um anel (30) se expandir ou contrair, sendo que o ao menos um anel (30) é adaptado para desenvolver uma força de expansão na direção radial quando o ao menos um anel (30) se encontra no estado contraído com relação a direção radial;

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 31/64

5/7

- contrair o ao menos um anel (30) para desenvolver uma força de expansão na direção radial;

- fixar o ao menos um anel (30) na borboleta (20) no estado contraído de modo a que a expansão radial devida ao desenvolvimento da força de expansão do ao menos um anel (30) seja efetivamente restringido;

- colocar a válvula borboleta (10) dentro do furo (110) apresentando um diâmetro interno de forma a que a válvula borboleta (10) esteja na posição fechada;

- liberar o ao menos um anel (30) da borboleta (20) e permitir que o ao menos um anel (30) se expanda até o diâmetro interno do furo (110); e

- fixar novamente o ao menos um anel (30) na borboleta (20) de forma que uma outra expansão radial para fora do ao menos um anel (30) seja efetivamente restringida.
16. MÉTODO PARA CONFIGURAR UMA VÁLVULA BORBOLETA (10) dentro de um furo (110), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a válvula borboleta (10) é adaptada para operar sem fricção, quando a válvula borboleta (10) é disposta na posição fechada a partir de uma posição aberta dentro do furo (110).
17. MÉTODO PARA CONFIGURAR UMA VÁLVULA BORBOLETA (10) dentro de um furo (110), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que ainda compreende atuar repetidamente a válvula borboleta (10) a partir da posição fechada para a posição aberta, e de volta para a posição fechada, para desgastar uma parte do ao menos um anel (30) para levar em conta a ao menos uma parte da expansão residual que ocorre após o anel (30) ser novamente fixado na borboleta (20), de forma que uma outra expansão radial para fora do ao menos um anel (30) seja efetivamente restringida.

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 32/64

6/7
18. MÉTODO PARA CONFIGURAR UMA VÁLVULA BORBOLETA (10) dentro de um furo (110), compreendendo:

- obter uma válvula borboleta (10) incluindo uma borboleta (20) e ao menos um anel (30), fixado na borboleta (20), se estendendo completamente ao redor do perímetro da borboleta (20), caracterizado pelo fato de que a válvula borboleta (10) inclui um vão ou abertura para o ao menos um anel (30) se expandir ou contrair, sendo que o ao menos um anel (30) é adaptado para desenvolver uma força de expansão na direção radial quando o ao menos um anel (30) se encontra no estado contraído com relação a direção radial;

- colocar a válvula borboleta (10), na posição fechada, dentro do furo (110), sendo que o furo (110) apresenta um diâmetro interno o qual gera uma interferência de ajuste com o ao menos um anel (30), contraído o anel (30); e

- fixar o ao menos um anel (30) na borboleta (20) de forma que uma expansão radial para fora do ao menos um anel (30) seja efetivamente restringida.
19. MÉTODO PARA CONFIGURAR UMA VÁLVULA BORBOLETA (10) dentro de um furo (110), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a válvula borboleta (10) é adaptada para operar sem fricção, ou quase sem fricção, quando a válvula borboleta (10) é disposta na posição fechada a partir de uma posição aberta dentro do furo.
20. MÉTODO PARA CONFIGURAR UMA VÁLVULA BORBOLETA (10) dentro de um furo (110), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que ainda compreende atuar repetidamente a válvula borboleta (10) a partir da posição fechada para a posição aberta, e de volta para a posição fechada, para desgastar uma parte do ao menos um anel (30) para levar em conta ao menos uma parte da expansão residual que ocorre após o

Petição 870180145896, de 29/10/2018, pág. 33/64

7/7 anel (30) ser novamente fixado na borboleta (20), de forma que uma outra expansão radial para fora do ao menos um anel (30) seja efetivamente restringida.
21. MÉTODO PARA REPARAR UM CONJUNTO DE VÁLVULA

BORBOLETA (100), caracterizado pelo fato de que compreende:

- remover uma válvula borboleta (10) velha do furo (110); e

- instalar uma válvula borboleta (10) conforme definida na reivindicação 15.
22. MÉTODO PARA REPARAR UM CONJUNTO DE VÁLVULA

BORBOLETA (100), caracterizado pelo fato de que compreende:

- remover uma válvula borboleta (10) velha do furo (110); e

- instalar uma válvula borboleta (10) conforme definida na reivindicação 18.