BRPI0906376B1

BRPI0906376B1 - Válvula de controle de fluxo de fluido

Info

Publication number: BRPI0906376B1
Application number: BRPI0906376-5A
Authority: BR
Inventors: Trygve Husveg
Original assignee: Typhonix As
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2020-05-12
Also published as: CA2712867C; GB0815242D0; WO2009093035A3; AU2009207501A1; EP2252814B1; BRPI0906376A8; EG26663A; CA2712867A1; DK2252814T3; US20140216584A1; AU2009207501B2; US20110017306A1; EA024622B1; WO2009093035A2; EP2252814A2; BRPI0906376A2; CN101981361B; CN101981361A; EA201001187A1; MX2010008089A

Abstract

válvula de controle de fluxo de fluido a presente invenção refere-se a uma válvula de controle de fluxo de fluido (1), compreendendo uma câmara de entrada cilíndrica (2), tendo uma abertura de entrada de fluido (3) e uma câmara de saída cilíndrica co-axial acinturada (4) tendo uma abertura de saída de fluido (5), a referida câmara de entrada contendo uma gaiola cilíndrica co-axial (6) que se abre na referida câmara de saída e a referida gaiola tendo em sua parede cilíndrica pelo menos uma abertura de válvula (7) para permitir que fluido passe da referida abertura de entrada de fluido para a referida câmara de saída, a referida válvula de controle ainda compreendendo um bujão cilíndrico co-axial (10) móvel axialmente em relação à referida gaiola para fechar e abrir a referida abertura de válvula e um atuador de válvula (9, 11, 12, 13) operável para mover o referido bujão ou gaiola em relação um ao outro para fechar ou abrir a referida abertura de válvula, em que a referida abertura de válvula é disposta para proporcionar fluido que sai da referida gaiola da referida câmara de entrada com um componente de velocidade tangencial ao eixo geométrico cilíndrico (31) da referida gaiola.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para VÁLVULA DE CONTROLE DE FLUXO DE FLUIDO.

[001] A presente invenção refere-se a uma válvula de controle de fluxo de fluido ou de estrangulamento, mais particularmente, uma válvula para controlar a pressão e o fluxo de uns dois ou mais fluido de fase compreendendo, por exemplo, uma fase contínua (por exemplo, óleo ou gás) e uma fase descontínua (por exemplo, gotícula de óleo ou água) e a um método de controle de pressão e taxa de fluxo de um fluido usando essa válvula.

[002] Na produção e na manipulação de hidrocarbonetos, por exemplo, de um poço de petróleo, frequentemente, água está presente com os hidrocarbonetos e, portanto, precisa ser separada. Antes que a separação esteja completa, pode ser necessário controlar o fluxo de água contendo líquido arrastado e gotículas ou bolhas de hidrocarbonetos gasosos ou hidrocarboneto líquido contendo gotículas de água arrastadas e bolhas de gás ou hidrocarboneto gasoso contendo gotículas de óleo ou água arrastadas, etc. Uma vez que a separação das gotículas arrastadas é mais difícil com gotículas menores, é importante que o procedimento de manipulação não cause fragmentação de gotícula. Igualmente, na manipulação de água produzida de poços de hidrocarbonetos é importante não causar mais fragmentação de gotículas de óleo arrastadas, visto que a água produzida tem que estar substancialmente livre de gotículas de óleo arrastadas, antes que seja retornada para o ambiente. Válvulas convencionais de controle de fluxo de fluido ou de estrangulamento, durante a regulação de fluxo de fluido (por exemplo, fechamento e abertura de válvula), podem expor o fluido circulante às altas forças de cisalhamento, que causam fragmentação de gotículas. Typhonix AS, em WO2007/024138 (cujos conteúdos são aqui incorporados através de referência), propôs o uso de uma válvula de controle em que um padrão de fluxo rotacional é transmitido para o

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2/18 fluido que entra, na posição em que a taxa de fluxo é alterada pela operação da válvula. Isso é obtido tendo-se o fluido entrando em uma câmara de entrada cilíndrica através de uma abertura de entrada tangencial que pode ser fechada pelo movimento axial de um pistão dentro daquela câmara. O fluido giratório passa de uma extremidade aberta da câmara de entrada através de uma câmara de saída cilíndrica co-axial acinturada e fora da válvula através de uma abertura de saída na câmara de saída.

[003] Os termos válvula de controle e válvula de estrangulamento, em geral, referem-se à localização dentro do sistema de manipulação de fluido em que as válvulas estão situadas e às funções que elas desempenham. Por conveniência, o termo válvula de controle será usado daqui em diante para se referir a ambos.

[004] Foi verificado que o desempenho da válvula de controle é acentuado pelo uso de uma válvula compreendendo um elemento com abertura móvel em relação a uma superfície entre uma posição aberta em que o fluxo de fluido através da(s) abertura(s) é permitido e uma posição fechada em que esse fluxo é reduzido ou eliminado e em que a abertura fica em ângulo para transmitir um componente rotacional para a velocidade do fluido que circula através dele. Em um formato preferido, isso é obtido pelo posicionamento de uma válvula de bujão e gaiola tendo aberturas tangenciais na gaiola entre as câmaras de entrada e de saída com um pistão servindo como um bujão para interromper o fluxo pelo fechamento das aberturas na gaiola.

[005] Com essa modificação da gaiola, a perda de energia pelo fluido transitando na válvula é dissipada, principalmente, em virtude do fluxo de turbilhonamento na câmara de saída e não resulta em fragmentação significativa das gotículas.

[006] Desse modo, vista de um aspecto, a invenção proporciona uma válvula de controle de fluxo de fluido compreendendo uma câma

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3/18 ra de entrada cilíndrica tendo uma abertura de entrada de fluido e uma câmara de saída cilíndrica co-axial acinturada, tendo uma abertura de saída de fluido, a referida câmara de entrada contendo uma abertura de gaiola cilíndrica co-axial na referida câmara de saída e a referida gaiola tendo em sua parede cilíndrica pelo menos uma abertura de válvula para permitir que fluido passe da referida abertura de entrada de fluido na referida câmara de saída, a referida válvula de controle ainda compreendendo um bujão cilíndrico co-axial móvel axialmente em relação à referida gaiola para fechar e abrir a referida abertura de válvula e um atuador de válvula operável para mover o referido bujão ou gaiola em relação um ao outro para fechar ou abrir a referida abertura de válvula, em que a referida abertura de válvula é disposta para proporcionar fluido saindo da referida gaiola da referida câmara de entrada com um componente de velocidade tangencial ao eixo geométrico cilíndrico da referida gaiola.

[007] Na válvula de controle da invenção, a câmara de saída, no curso de fluxo da gaiola para a cintura (isto é, a porção acinturada onde a área seccional transversal da câmara de saída está em seu mínimo), é, de preferência, substancialmente livre de elementos estruturais intrusivos. Colocado de modo alternativo, é preferido que, nesse curso de fluxo, o volume enchido pelo fluido se estende completamente da parede interna da câmara de saída para o eixo geométrico da câmara de saída. Dessa maneira, esse volume pode ser usado para dissipação de energia, enquanto turbulência extra, que pode causar ruído, vibração e fragmentação de gotículas, é evitada.

[008] O termo cilíndrico conforme aqui usado não está restrito às formas tendo seções transversais puramente circulares e, na medida em que as câmaras de entrada e de saída, as paredes laterais podem convergir para o eixo geométrico ou divergir para longe do mesmo. Seções transversais circulares ou substancialmente circulares

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4/18 são, porém, preferidas. Igualmente, o termo co-axial conforme aqui usado para dois ou mais itens não requer que os eixos geométricos dos itens sejam idênticos: eles estarão substancialmente na mesma direção e substancialmente adjacentes. A co-axialidade verdadeira, porém, é preferida.

[009] Em uma modalidade da válvula de controle, a abertura de entrada de fluido pode ser disposta para fazer o fluido entrar na câmara de entrada para girar em torno do eixo geométrico cilíndrico antes da passagem através da(s) abertura(s) de válvula e na gaiola. Desse modo, a abertura de entrada de fluido e a abertura de válvula podem ser dispostas para proporcionar um componente de velocidade tangencial e que esses componentes estão no mesmo sentido (isto é, na mesma direção rotacional).

[0010] Em uma modalidade alternativa da válvula de controle, a entrada para a câmara de entrada pode ser axial e as paredes internas da câmara de entrada podem ser dotadas de estruturas servindo para transmitir movimento rotacional para o fluido a montante da gaiola. Essas estruturas podem ser, por exemplo, palhetas, ou, mais preferivelmente, ranhuras espirais e/ou cristas na superfície externa do alojamento para o mecanismo de acionamento do bujão. Igualmente, essas estruturas podem ser palhetas ou semelhantes, conectando ou dispostas entre a superfície externa do alojamento e a superfície interna da parede externa da câmara de entrada. Nesses casos, a gaiola pode ter aberturas que são orientadas radialmente do que tangencialmente, em geral, em relação às grandes, de modo a não romper o movimento rotacional transmitido ao fluido circulante ou, na verdade, a gaiola pode ser omitida com aumento/ redução do fluxo sendo efetuada simplesmente pelo movimento axial do bujão. O uso de aberturas tangenciais na gaiola, alinhado com o movimento rotacional já transmitido para o fluido circulante, porém é muito preferido. Assim, vista de um outro as

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5/18 pecto, a invenção também proporciona uma válvula de controle compreendendo: uma câmara de entrada cilíndrica tendo uma abertura de entrada de fluido disposta axialmente; e uma câmara de saída cilíndrica co-axial, tendo uma abertura de saída de fluido; a referida câmara de entrada contendo um alojamento para o próprio tampão, móvel axialmente para impedir o fluxo de fluido da referida câmara de entrada para a referida câmara de saída; caracterizado pelo fato de uma superfície contatada pelo fluido que circula através do referido alojamento, por exemplo, a superfície externa do referido alojamento é moldada para transmitir movimento rotacional para o fluido que circula da referida câmara de entrada para a referida câmara de saída.

[0011] Em geral, as válvulas de controle da invenção podem ser válvulas em-linha, em que a direção de influxo de fluido é co-axial com a gaiola, ou em ângulo, em que a direção de influxo está em um ângulo, tipicamente, cerca de 90°, ao eixo da gaiola. Para válvulas em ângulo, em geral, é preferido que a gaiola se estenda no comprimento do interior da câmara de entrada, em cujo caso a abertura de entrada de fluido servirá para introduzir o fluido que entra diretamente no espaço anular entre a parede interna da câmara de entrada e a parede externa da gaiola. Nessa configuração, é preferido que a abertura de entrada seja disposta para introduzir fluido nesse espaço anular em uma direção tangencial. Contudo, para válvulas em-linha é preferido que a gaiola não se estenda por todo esse comprimento e que a abertura de entrada de fluido seja posicionada para introduzir fluido na câmara de entrada, na ou perto da extremidade remota da gaiola e da câmara de saída, de preferência, ao longo do eixo cilíndrico das câmaras de entrada e de saída.

[0012] A gaiola, de preferência, é dotada de uma pluralidade de aberturas de válvulas, por exemplo, até 100 ou mais e essas são distribuídas, de preferência, em uma maneira rotacionalmente simétrica.

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As áreas seccionais transversais das aberturas podem ser uniformes; alternativamente, elas podem aumentar (ou diminuir) ao longo do eixo geométrico cilíndrico. Igualmente, o número de aberturas por comprimento unitário do eixo geométrico pode ser uniforme ou pode variar. Dessa maneira, a taxa de início ou interrupção de fluxo de fluido pelo movimento do bujão pode ser constante a grosso modo ou pode ser acelerada ou desacelerada. Onde o número de válvulas é particularmente alto, a parede da gaiola pode ter uma aparência semelhante à malha.

[0013] As aberturas na parede da gaiola podem ser formadas prontamente por perfuração ou corte através da parede da gaiola, de preferência, em uma direção tangencial. Outros métodos convencionais de produção de abertura, naturalmente, podem ser usados.

[0014] Conforme aqui usado, direção tangencial significa uma direção que nem intersecta o eixo geométrico cilíndrico, nem é paralela ao mesmo. De preferência, é perpendicular ao eixo geométrico e, de preferência, é substancialmente perpendicular a um raio. Embora as aberturas possam ser alinhadas para fazer com que a direção de fluxo através delas esteja no plano da câmara ou gaiola, respectivamente, se desejado, elas podem estar em ângulo de modo que a direção de fluxo tenha um componente na direção axial, de preferência, rumo à câmara de saída.

[0015] As aberturas na gaiola podem ser de qualquer forma seccional transversal desejada, por exemplo, circular, poligonal regular ou alongada, por exemplo, elíptica ou semelhante à fenda. A seção transversal, de preferência, é lisa e as aberturas, de preferência, são semelhantes à fenda ou circulares em seção transversal - forma que pode ser prontamente obtida por corte ou perfuração. Onde as aberturas são alongadas em seção transversal, por exemplo, semelhantes à fenda, o alongamento, de preferência, é pelo menos parcial e, mais

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7/18 preferivelmente, pelo menos principalmente, na direção axial da gaiola. [0016] As bordas das aberturas, especialmente na superfície externa da gaiola, desejavelmente, serão alisadas. Além disso, a área seccional transversal das aberturas pode aumentar, ou,de preferência, diminuir na passagem do lado de fora da gaiola para o interior, por exemplo, elas podem ser, substancialmente, em forma de tronco de cone. A borda da abertura na parte mais distante do eixo geométrico da gaiola, de preferência, é substancialmente tangencial em sua entrada no interior da gaiola.

[0017] Onde as aberturas forem tangencialmente orientada, o ângulo entre o eixo geométrico de fluxo através da abertura no plano perpendicular ao eixo geométrico da gaiola e o raio para o centro da abertura na parede da gaiola do eixo geométrico, de preferência, está tão perto de 90° quanto possível, embora permitindo que a borda da abertura na parte mais distante do eixo geométrico da gaiola seja, substancialmente, tangencial em sua entrada no interior da gaiola. Tipicamente, esse ângulo será de até 80°, por exemplo, até 86° ou até 85°. De preferência, é pelo menos 10°, mais preferivelmente, pelo menos 20°, especialmente, pelo menos 30°, mais especialmente, pelo menos 35°, particularmente, pelo menos 70°. Assim, por exemplo, pode ser 5 a 85°, especialmente 10 a 80°, por exemplo, 35 a 70°. Também é preferido que as aberturas sejam orientadas axialmente, isto é, que o ângulo entre o eixo geométrico de fluxo através da abertura e um plano perpendicular ao eixo geométrico da gaiola, no centro da abertura da parede de gaiola seja maior do que 0°, de preferência, 5 a 70°, particularmente, 10 a 60°, por exemplo, 10 a 50°. Qualquer orientação axial, de preferência, é na direção de fluxo da gaiola. Dessa maneira, a turbulência na região da gaiola e qualquer fragmentação de gotículas resultante podem ser minimizadas. O uso de uma gaiola com aberturas que são tangencial e axialmente orientadas é novo e válvu

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8/18 las de bujão e gaiola com essas aberturas formam um outro aspecto a invenção, Nessas válvulas, a câmara de saída é, de preferência, mas não essencialmente, acinturada.

[0018] Na válvula de controle, a gaiola pode ser um cilindro de extremidade aberta ou pode ser fechado na extremidade remota da câmara de saída. A última forma é preferida, quando o bujão é disposto do lado de fora da gaiola e a primeira, quando o bujão é disposto dentro da gaiola.

[0019] A circunferência interna na extremidade da câmara de saída da gaiola ou do bujão, onde o bujão é disposto fora da gaiola, é, de preferência, substancialmente em nível com a circunferência interna da extremidade de entrada da câmara de saída. A gaiola e a câmara de saída ou o bujão e a câmara de saída, respectivamente, podem ser mantidas juntas ou, alternativamente, a gaiola ou o bujão, respectivamente, podem ser uma porção integral da extremidade de entrada da câmara de saída.

[0020] Conforme mencionado acima, em uma modalidade de fluxo em ângulo da invenção, a abertura de entrada também é, de preferência, em uma direção tangencial, por exemplo, conforme mostrado em WO2007/024138 e, na válvula de controle é, de preferência, na extremidade da câmara de entrada remota da câmara de saída. Duas ou mais dessas abertura de entrada podem ser proporcionadas de modo que o fluido entre em dois ou mais pontos, de preferência, espaçados circunferencial e uniformemente.

[0021] Em uma modalidade em-linha alternativa e preferida da válvula de controle da invenção, a abertura de entrada fica, de preferência, na extremidade da câmara de entrada, alinhada para produzir uma direção de fluxo de entrada paralela ao eixo geométrico. Nessa modalidade, a abertura de entrada fica, de preferência, no eixo geométrico cilíndrico.

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9/18 [0022] Onde ele é disposto dentro da gaiola, o bujão pode ser acionado ao longo do interior da gaiola pelo atuador de válvula por qualquer meio conveniente, por exemplo, por uma haste que penetra na extremidade da câmara de entrada, através de uma abertura vedada. Onde é disposto fora da gaiola na válvula de controle, o bujão, de preferência, é um cilindro de extremidade aberta e a gaiola pode, igualmente, ser acionada ao longo do interior do bujão pelo atuador de válvula. A operação do atuador de válvula pode ser manual ou, mais preferivelmente, por meio de um motor de acionamento. Desse modo, por exemplo, a haste e a abertura na câmara de entrada através da qual ela passa podem ser rosqueadas, de maneira que a rotação da haste do lado de fora faz o bujão avançar ou se retrair. Alternativamente, o bujão pode ser avançado ou retraído sem rotação.

[0023] É preferido, para todas as válvulas da invenção, que o movimento axial do bujão e/ou gaiola seja essencialmente suficiente para cortar o fluxo de fluido através da válvula. Também é preferido que em todas as válvulas da invenção as aberturas de válvulas na gaiola sejam tangenciais. Em geral, é preferido que a gaiola seja estática e que o bujão seja móvel par abrir ou fechar as válvulas da invenção.

[0024] A gaiola, o bujão e as câmaras podem ter uma seção transversal circular, ou, menos preferivelmente, uma seção transversal não circular, por exemplo, uma seção transversal elíptica ou poligonal alisada. Onde o bujão e a gaiola têm seções transversais não circulares, o avança/ retração do bujão ou da gaiola não envolverá a rotação do bujão ou da gaiola.

[0025] Conforme mencionado acima, a câmara de saída é de forma cilíndrica acinturada. Com isso se quer dizer que a área seccional transversal interna diminua e, então, aumente na direção de fluxo. O diâmetro interno na cintura é, de preferência, de 10 a 90% do diâmetro interno na entrada da câmara de saída, especialmente, 20 a 50%. O

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10/18 diâmetro interno máximo da câmara de saída a jusante da cintura em de preferência, 10 a 200% do diâmetro interno na entrada da câmara de saída, especialmente 20 a 150%, mais especialmente, 50 a 150%. A relação de comprimento axial de entrada para cintura a cintura para abertura de saída é, de preferência, 0,1:1 a 10:1, mais preferivelmente, 0,2:1 a 10:1, particularmente, 0,2:1 a 5:1, por exemplo, 0,5:1 a 5:1. A superfície interna na direção de fluxo pode ser uma forma linear escalonada, mas, de preferência, é suavemente curvada.

[0026] Para impedir forças de cisalhamento indesejadas no fluido que passou através das aberturas de válvulas, é particularmente preferido que a região interna da entrada para dentro da gaiola até a cintura da câmara de saída esteja livre de componentes de válvula, invadindo ou restringindo o fluxo de fluido. Igualmente, é preferido que a parede lateral dessa região na direção de fluxo seja substancialmente lisa, isto é, que não haja redução escalonada abrupta alguma na área seccional transversal. A aspereza da superfície interna, de preferência, será mantida em um mínimo.

[0027] A relação do diâmetro interno na entrada da câmara de saída para o comprimento interno da câmara de saída é, de preferência, 1:1 a 1:20, especialmente, 1:2 a 1:10.

[0028] A superfície interna da válvula, em geral, será lisa na direção axial, entre a extremidade a jusante da gaiola e a saída da câmara de saída. Na direção axial, a cintura ocorre entre esses dois pontos extremos e a superfície lisa pode mudar na direção de fluxo de parabólica para hiperbólica. Se, ao longo dessa superfície, o ponto de diâmetro mínimo (a cintura) for designado B, a extremidade da gaiola, a saída da câmara de saída C e um ponto fora da válvula, em um radio do eixo geométrico cilíndrico através de B é designado D, então, o ângulo ABD é, de preferência, 10-85o, especialmente 20-80o, particularmente 30-70o, e o ângulo CBD é, de preferência, 40-87o, especial

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11/18 mente 50-85o, particularmente 60-80o. Portanto, o ângulo ABC é, de preferência, 50-172o, especialmente 70-165o, particularmente 90150o.

[0029] A abertura de saída de fluido na câmara de saída é, de preferência, na extremidade remota da extremidade de entrada. A abertura pode ser na extremidade da câmara, de preferência, no eixo geométrico ou, alternativamente, pode ser na parede lateral. Se a abertura de saída estiver fora do eixo geométrico, ela é orientada, de preferência, para remover fluido da câmara de saída em uma direção tangencial. É preferido, particularmente, que a extremidade da câmara de saída remota da câmara de entrada seja a abertura de saída.

[0030] Um interruptor de vórtice é posicionado, de preferência, na câmara de saída ou após a mesma de modo a remover o movimento rotacional do fluido de saída. Esse interruptor pode tomar a forma de um conjunto de placas ou tubos paralelos ao eixo geométrico de cilindro ou à direção mediana de fluxo. Onde um interruptor de vórtice é posicionado dentro da câmara de saída, ele é posicionado, de preferência, a jusante da cintura, de modo a evitar a geração de turbulência no volume a montante da cintura.

[0031] É especialmente preferido que o interruptor de vórtice compreenda superfícies (por exemplo, palhetas que se estendem axial e radialmente), tendo um ângulo ao eixo geométrico da câmara de saída, que diminui na direção de fluxo e que onde o fluxo deve ser revertido, transmitirá um movimento rotacional para um fluido que circula linearmente. Essas palhetas são significativamente mais efetivas do que as superfícies planas simples alinhadas paralelas ao eixo geométrico. Desse modo, por exemplo, testes têm mostrado que o nível de ruído durante a operação pode ser reduzido em um quarto ou mais. Desejavelmente, as superfícies são alinhadas de modo que em sua extremidade a montante elas são quase paralelas (por exemplo, den

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12/18 tro de 10°) à direção de fluxo helicoidal do fluido que as alcança a partir da cintura e que, em sua extremidade a jusante, são quase paralelas ao eixo geométrico. Dessa maneira, a transferência de fluxo giratório para linear pode ser obtida mais suavemente e com o mínimo de ruído e vibração;

[0032] As válvulas de controle são dotadas, de preferência, de flanges externos em torno das aberturas de entrada e de saída, de modo que fluido pode ser alimentado na válvula e removido da válvula através de condutos presos a esses flanges.

[0033] Se desejado, as válvulas podem incluir uma outra válvula a montante da abertura de entrada de fluido ou a jusante da abertura de saída de fluido.

[0034] A gaiola, o bujão e as câmaras, tipicamente, serão de plástico ou, mais preferivelmente, de metal, por exemplo, carbono ou aço inoxidável, aço fundido ou forjado ou ferro fundido, opcionalmente, junto com uma superfície resistente à erosão ou um revestimento de superfície, tal como carboneto de tungstênio, carboneto de titânio, diamante policristalino ou uma cerâmica.

[0035] Conforme mencionado acima, as válvulas da invenção são particularmente adequadas para uso no controle do fluxo de dois ou três fluidos de fase, por exemplo, emulsões e dispersões, por conveniência aqui referidas como emulsões. As válvulas são especialmente adequadas para uso com gases com gotículas de líquido arrastadas ou dos quais gotículas de líquido são liberadas na passagem através da gaiola e para uso com líquidos com gotículas de líquido arrastadas.

[0036] Assim, vista de um outro aspecto, a invenção proporciona um método de alteração de taxa de fluxo ou pressão de uma emulsão através de um conduto, compreendendo uma válvula pela operação da referida válvula, caracterizado pelo fato de a referida válvula ser uma válvula de acordo com a presente invenção.

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13/18 [0037] No método da invenção, a emulsão é, de preferência, uma emulsão de hidrocarboneto em água (por exemplo, produzida água), uma emulsão de água em hidrocarboneto ou um líquido em dispersão de gás (por exemplo, um aerossol). No método, o conduto, de preferência, conecta a válvula a um separador de fase a montante e/ou a jusante, por exemplo, um separador por gravidade ou de ciclone.

[0038] Na válvula de controle da invenção, o fluxo ciclônico em direção à cintura na câmara de saída contribui substancialmente para a queda de pressão global, assim, permitindo uma queda de pressão menor no trânsito da gaiola e, assim, causando menos fragmentação de gotículas para a mesma queda global de pressão. Desse modo, a combinação da cintura e de um interruptor de vórtice resulta em uma redução global na turbulência na região da gaiola, durante a operação de válvula. O fato de se evitar elementos estruturais no fluxo da gaiola para a cintura ainda contribui para que se evite essa turbulência e se aperfeiçoe a função da válvula. Igualmente, o uso de aberturas que são tangencial e axialmente orientadas resulta em queda de pressão menor no trânsito da gaiola e menos turbulência na região da gaiola para a cintura. Como um resultado da combinação de duas ou mais dessas características, a válvula de controle é assim adequada para uso com fluidos com gotículas arrastadas de maior ou menor densidade.

[0039] Embora a invenção tenha sido descrita em termos de uma válvula de controle tendo uma câmara de entrada em que o fluido entre antes de passar através de uma gaiola, os princípios atrás também são aplicáveis a outras válvulas tendo um elemento aberto, conforme discutido acima e essas válvulas fazem parte da invenção.

[0040] Desse modo, vista de um outro aspecto, a invenção proporciona uma válvula de controle compreendendo uma câmara de entrada cilíndrica, tendo uma abertura de saída em uma extremidade e uma

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14/18 abertura de entrada na parede lateral e contendo um bujão cilíndrico, co-axial e uma gaiola cilíndrica co-axial, que tem uma abertura de válvula em sua parede lateral e é aberta na extremidade adjacente à referida abertura de saída, em que o referido bujão é móvel axialmente, para permitir ou impedir o fluxo de fluido da referida abertura de entrada, através da referida abertura de válvula e para fora, através da referida abertura de saída, caracterizado pelo fato de a referida abertura de válvula ser orientada em uma direção tangencial.

[0041] Nesse formato da válvula de controle, o bujão e a gaiola podem ser duas estruturas co-axiais separadas, com o movimento axial do bujão servindo para abrir ou fechar as aberturas de válvulas na gaiola. De preferência, porém, o bujão e a gaiola são formados integralmente, com movimento axial servindo para mover a gaiola para dentro e para fora de uma posição em que o fluido pode passar através da abertura de entrada, da abertura de válvula e da abertura de saída.

[0042] Os aspectos preferidos que foram descritos acima para as válvulas de controle da invenção, por exemplo, aspectos da construção da gaiola e da câmara de saída e que são compatíveis com esse formato de válvula também são preferidos com esse formato de válvula.

[0043] Em geral, a invenção se estende a todas as válvulas tendo uma câmara de entrada, uma câmara de saída acinturada, um elemento de válvula móvel através da superfície de um elemento com aberturas, para impedir o fluxo de fluido através do elemento com aberturas, para impedir o fluxo de fluido através do referido elemento com aberturas e na câmara de saída e meios para fazer o fluido que circula através do elemento com aberturas tenha um movimento rotacional.

[0044] Uma vez que as válvulas da invenção reduzem a fragmen

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15/18 tação de gotículas, um resultado é que a viscosidade efetiva do fluido a jusante da válvula é menor do que com uma válvula convencional, tornando as válvulas da invenção particularmente adequadas para uso com líquidos mais viscosos, por exemplo, óleos brutos pesados, uma vez que a energia necessária para fazer com que os líquidos circulem é reduzida e a necessidade de aditivos químicos redutores de arrasto é reduzida ou evitada. Desse modo, as válvulas são particularmente adequadas para uso como válvulas submarinas de estrangulamento, por exemplo, a montante de elevadores e tubulações de transporte.

[0045] A invenção será descrita agora com referência aos desenhos anexos, em que:

[0046] A figura 1 é um corte transversal longitudinal esquemático através de uma primeira válvula de acordo com a invenção.

[0047] A figura 2 é um corte transversal longitudinal através de uma segunda válvula de acordo com a invenção, omitindo a câmara de saída.

[0048] A figura 3 é uma vista longitudinal da válvula da figura 2;

[0049] A figura 4 é um corte transversal longitudinal través da câmara de entrada da válvula da figura 2;

[0050] A figura 5 é um corte transversal longitudinal através de uma válvula de controle de acordo com a invenção;

[0051] A figura 6 é um desenho em perspectiva recortada de uma válvula de controle em ângulo.

[0052] A figura 7 é um desenho em perspectiva recortada de parte de uma válvula de controle em linha de estrutura similar àquela da figura 1; e [0053] A figura 8 é uma vista esquemática de uma válvula de controle em que ao fluido que entra axialmente é dado um movimento rotacional a montante do bujão e da gaiola.

[0054] As figuras 6 e 7 mostram válvulas convencionais de bujão e

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16/18 gaiola produzidas por Mokveld Valves BV e são aqui reproduzidas com a permissão daquela companhia. Essas duas figuras, assim, não mostram, de fato, aberturas orientadas tangencialmente na gaiola e, na verdade, essa orientação não será discernível das figuras. Contudo, essas duas figuras estão incluídas visto que elas mostram, convenientemente, outros aspectos estruturais que, de preferência, estão presentes nas válvulas da invenção. A descrição das figuras a seguir, assim, será lida como se essas duas figuras mostrassem gaiolas com aberturas tendo a orientação tangencial e/ou axial desejada.

[0055] Fazendo referência às figuras 1 e 7, há mostrada uma válvula de controle 1 tendo uma câmara de entrada cilíndrica 2 com uma abertura de entrada de fluido posicionada axialmente 3 e tendo uma câmara de saída cilíndrica co-axial acinturada 4 (não mostrada na figura 7) com uma abertura de saída de fluido posicionada axialmente 5.

[0056] Dentro da câmara de entrada 2 está localizada uma gaiola cilíndrica co-axial 6 que se abre em uma extremidade na câmara de saída 4. A gaiola 6 tem uma pluralidade de aberturas de válvula tangenciais 7 em sua parede lateral. A extremidade de gaiola 6, remota da câmara de saída, é fechada pela camisa 8, que contém uma unidade de transmissão 9, disposta para mover o bujão 10 ao longo do interior da gaiola para vedar ou não vedar as aberturas de válvula pela movimentação da haste de pistão 11, axialmente. A unidade de transmissão 9 opera para transformar movimento rotacional ou axial da haste 12, produzido pelo motor de acionamento externo 13 em movimento axial da haste de pistão. Onde um alojamento, tal como o alojamento 8, está presente na câmara de entrada, a extremidade a montante, de preferência, é cônica, para facilitar o fluxo de fluido através dela.

[0057] A abertura de entrada 3 é presa ao tubo de entrada 14 no flange 15. A abertura de saída 5 é presa ao tubo de saída 16 no flange

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17. Os tubos de entrada e de saída 14 e 16, conforme mostrado, têm o mesmo diâmetro interno.

[0058] A superfície interna da câmara de saída 4 a montante da cintura 18 está em 30° ao eixo geométrico da câmara na direção axial, isto é, o ângulo de cone é 60°. A jusante da cintura, o ângulo varia ligeiramente.

[0059] Dentro da extremidade a jusante da câmara de saída está disposto um interruptor de vórtice 19.

[0060] Fazendo referência às figuras de 2 a 4, é mostrada uma válvula de controle 20 tendo uma câmara de entrada cilíndrica 21 com uma abertura de entrada 22 na parede lateral e contendo uma gaiola cilíndrica co-axial de extremidade aberta 23, cuja extremidade a jusante é presa a uma câmara de saída (não mostrada) via o flange 30. O eixo geométrico cilíndrico (31) da gaiola e da câmara de entrada é mostrado. A gaiola e a câmara de entrada também são presas via os flanges 30. Aberturas orientadas tangencialmente 24 na parede lateral da gaiola 23 permitem que o fluido passe da câmara de entrada para a câmara de saída. Dentro da gaiola 23 está disposto o bujão cilíndrico 25, montado no pistão 26, que passa através de uma abertura de pistão 27 na parede de extremidade da câmara de entrada. O pistão e a abertura de pistão são rosqueados de modo que o cabo de giro 28 no pistão 26 faz com que o bujão 25 cubra ou descubra as aberturas orientadas tangencialmente 24 na parede de gaiola. Um tubo de entrada (não mostrado) pode ser preso ao flange 29 no exterior da câmara de entrada para introduzir fluido na válvula através da abertura de entrada 22.

[0061] Fazendo referência à figura 5, é mostrada uma válvula de controle 32 tendo uma câmara de entrada cilíndrica 33 dotada de uma abertura de entrada 34 em sua parede lateral e uma abertura de saída 35 em uma extremidade. Dentro da câmara 33 está disposto um cilin

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18/18 dro de bujão e gaiola de extremidade aberta 36 preso via o pistão 37 a um motor de acionamento 38. Na parede lateral do cilindro de bujão e gaiola, na sua extremidade a jusante, estão aberturas de válvula tangencialmente orientadas 39. O movimento do cilindro de bujão e gaiola, na direção a jusante, faz com que as aberturas de válvula 39 e a abertura de entrada 34 se movem para fora de alinhamento, assim, impedindo o fluxo de fluido através da válvula.

[0062] Fazendo referência à figura 6, é mostrada uma válvula de controle 40 tendo uma câmara de entrada cilíndrica 41, dotada de uma abertura de entrada não tangencial 42 em sua parede lateral e uma abertura de saída 43 em uma extremidade. Dentro da câmara 41 está disposto um cilindro de gaiola fixa 44 e um cilindro de bujão móvel 49, anexado, via o pistão 45, a um motor de acionamento (não mostrado). Na parede lateral da seção de gaiola do cilindro de gaiola 44 estão aberturas de válvula orientadas tangencialmente 46. O movimento do cilindro de bujão 49 na direção a montante sob a operação do pistão 45 permite que fluido passe da abertura de entrada, através das aberturas de válvula e para fora através da abertura de saída.

[0063] Fazendo referência à figura 8, é mostrada uma vista recortada parcial de uma válvula de controle de bujão e gaiola tendo uma câmara de entrada 50 contendo um alojamento 51, contendo uma unidade de transmissão para acionamento do bujão 52. A câmara de entrada 50 se comunica com a câmara de saída 53 via uma gaiola fixa com aberturas radiais ou tangenciais. O movimento rotacional da haste 55 é transformado em movimento axial do bujão 52 como na válvula das figuras 1 e 7. A câmara de entrada para introdução de fluido 50 é dotada de movimento rotacional pela superfície espiralmente moldada do alojamento 51, antes da passagem através da gaiola 54.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Válvula de controle de fluxo de fluido (1), caracterizada pelo fato de que compreende uma câmara de entrada cilíndrica (2), tendo uma abertura de entrada de fluido (3) e uma câmara de saída cilíndrica co-axial acinturada (4) tendo uma abertura de saída de fluido (5), a referida câmara de entrada contendo uma gaiola cilíndrica coaxial (6) que se abre na referida câmara de saída e a referida gaiola tendo em sua parede cilíndrica pelo menos uma abertura de válvula (7) para permitir que fluido passe da referida abertura de entrada de fluido para a referida câmara de saída, a referida válvula de controle ainda compreendendo um bujão cilíndrico co-axial (10) móvel axialmente em relação à referida gaiola para fechar e abrir a referida abertura de válvula e um atuador de válvula (9, 11, 12, 13) operável para mover o referido bujão ou gaiola em relação um ao outro para fechar ou abrir a referida abertura de válvula, em que a referida abertura de válvula é disposta para proporcionar fluido que sai da referida gaiola da referida câmara de entrada com um componente de velocidade tangencial ao eixo geométrico cilíndrico (31) da referida gaiola, em que um interruptor de vórtice é posicionado na referida câmara de saída, a jusante da sua porção acinturada.
2. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a referida abertura de entrada de fluido e a referida abertura de saída de fluido são substancialmente co-axiais com as referidas câmaras de entrada e de saída.
3. Válvula de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a referida câmara de saída está substancialmente livre de elementos estruturais intrusivos no curso de fluxo de fluido da referida gaiola até a porção acinturada da referida câmara de saída.
4. Válvula de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 3, caracterizada pelo fato de que a abertura de entrada e/ou a câ

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2/2 mara de entrada são formadas de modo que ao fluido que circula da referida abertura de entrada para a referida abertura de válvula é dado um componente de velocidade tangencial ao eixo geométrico cilíndrico da referida gaiola.
5. Válvula de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a referida abertura de válvula é axial e tangencialmente orientada em relação ao eixo geométrico cilíndrico da referida gaiola.
6. Válvula de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o referido interruptor de vórtice compreende pás que se estendem radial e axialmente cujas superfícies de impacto de fluido estão em um ângulo progressivamente decrescente em relação ao eixo geométrico da referida câmara de saída da extremidade próximo à referida gaiola até a extremidade distal até a referida gaiola.
7. Válvula de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o ângulo entre o eixo geométrico de fluxo através das referidas aberturas no plano perpendicular ao eixo geométrico da referida gaiola e o raio do eixo geométrico da referida gaiola ao centro das referidas aberturas na parede da referida gaiola é 35 a 88°.
8. Válvula de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o ângulo entre o eixo geométrico de fluxo através das referidas aberturas e um plano perpendicular ao eixo geométrico da referida gaiola nos centros das referidas aberturas na parede da referida gaiola é 5 a 70°.