ES2693504T3 - Dispositivo de cierre de presión diferencial para válvulas de bola - Google Patents

Abstract

Dispositivo de cierre de presión diferencial (10) para su uso con una válvula de bola (12) situada en una red de tuberías que contiene un flujo de líquido con una primera presión y presentando una bola móvil (16) con al menos una superficie de asiento (22), caracterizado el dispositivo de cierre por comprender: un mecanismo de asiento (26) incluyendo un anillo de estanqueidad móvil (84) situado entre un anillo interior fijo (82) y un anillo exterior fijo (86), presentando el anillo de estanqueidad móvil una superficie de estanqueidad (88) que interactúa con la superficie de asiento de la bola; y un sistema de presurización (42) presentando un depósito incluyendo un fluido presurizado y un puerto de salida, donde el puerto de salida está configurado para comunicar el fluido presurizado a través del anillo exterior fijo para ejercer una fuerza de cierre sobre el anillo de estanqueidad móvil para poner en contacto la superficie de estanqueidad (88) del mecanismo de asiento con la superficie de asiento de la bola móvil, donde el dispositivo de cierre comprende además un miembro de regulación situado entre el anillo interior fijo y el anillo de estanqueidad móvil para ejercer una fuerza oblicua sobre una superficie posterior (104) del anillo de estanqueidad opuesta a la superficie de estanqueidad (88), donde el miembro de regulación es un resorte (93) comprimido entre la superficie posterior y un soporte fijo (91) formado sobre el anillo interior fijo, donde la fuerza oblicua se combina con la fuerza de cierre generada por el fluido presurizado.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de cierre de presion diferencial para valvulas de bola REFERENCIA CRUZADA A LA APLICACION RELACIONADA

[0001] La presente aplicacion esta basada y reivindica prioridad en la solicitud de patente provisional estadounidense con n.° de serie 611441,796, presentada el 11 de febrero de 2011.

ANTECEDENTES

[0002] La presente descripcion se refiere, por lo general, a un dispositivo de cierre para su uso con valvulas de bola. Mas en concreto, la presente descripcion se refiere a un dispositivo de cierre de presion diferencial que utiliza la presion generada por el fluido que atraviesa una red de tubenas que incluye una valvula de bola para presurizar un mecanismo de asiento con el fin de facilitar el funcionamiento de la valvula de bola. A traves del documento EP0161056 A2, se conoce un dispositivo de cierre convencional de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.

[0003] Los fluidos sucios incrustantes obstruyen valvulas de todo tipo en muchas aplicaciones industriales, incluyendo la industria qmmica, minera, de refinado, de produccion de petroleo y gas, de energfa geotermica y de produccion de tubenas. El principal inconveniente de la mayona de valvulas, y en concreto de las valvulas de bola, radica en que sus disenos de asiento no mantienen las partfculas y depositos calcareos fuera de las grietas, ranuras y cavidades del anillo de asiento de la valvula. Este es sobre todo el caso de las valvulas de bola de tipo Trunnion, puesto que sus anillos de asiento deben poder moverse axialmente para permitir que la presion de lmea empuje el asiento contra la bola. Si el anillo de asiento no se puede desplazar hacia delante y hacia atras en el compartimento del anillo de asiento del reborde final del cuerpo, el asiento no se puede acoplar de forma adecuada a la superficie de asiento de la bola y la valvula no se puede cerrar; y/o

el par de actuacion se torna excesivo, hasta el punto de impedir el funcionamiento de la valvula, ocasionando danos en los asientos de la valvula y en la superficie de la bola.

[0004] Las valvulas de bola de tipo Trunnion, en concreto, no se pueden utilizar de forma segura en muchas operaciones, como con lfquidos y vapores que provoquen acumulaciones calcareas, y fluidos que contengan minerales arrastrados y materiales solidos, como arena, puesto que dichos materiales se acumulan en los espacios del compartimento del anillo de asiento situados detras de los anillos de asiento de la valvula y los bloquean.

SUMARIO

[0005] La presente descripcion se refiere, por lo general, a un dispositivo de cierre para su uso con valvulas de bola que emplean la presion generada por el fluido que atraviesa la valvula de bola para presurizar un anillo de estanqueidad de un mecanismo de asiento para facilitar el funcionamiento de la valvula de bola.

[0006] El sistema de cierre de la presente descripcion es especialmente deseable para su uso con valvulas de bola de tipo Trunnion, y proporciona un excelente cierre y facilidad de funcionamiento al mismo tiempo que elimina los problemas operativos provocados por la arena, las acumulaciones calcareas y los desechos. El sistema de cierre de la presente descripcion incluye un cartucho con anillo de asiento metalico de dos partes que incluye una camara para accionar un anillo de asiento de movimiento axial fabricado con diversos materiales, como RTFE, PEEK, metales y ceramica, con un fluido presurizado limpio que se mantiene con una presion mas alta que la presion frente a la que se debe sellar la valvula en la tubena principal. Debido a que la presion detras del anillo de asiento dinamico es mas alta que en la tubena, el mecanismo de asiento impide el acceso de fluido desde la tubena principal hacia la camara activadora del anillo de asiento, asegurando asf el movimiento axial libre del anillo de asiento contra la bola de cierre de la valvula de bola.

[0007] En una forma de realizacion de la descripcion, la camara de carga del miembro de asiento se puede presurizar utilizando un dispositivo de piston diferencial cargado con resorte que comunica la presion de la tubena principal con un fluido limpio, como un sellador de valvulas no comprimible. La fuerza diferencial adicional para presurizar el sellador limpio asegura que el sistema de cierre ejerza siempre una presion mas elevada en el interior del anillo de asiento que la presion del fluido de la tubena que se ejerza contra la superficie del anillo de asiento. La presion diferencial a traves del anillo de asiento proporciona una ventaja de fuerza que sella la valvula. La presion diferencial funciona tambien para mantener dentro de la camara de carga cualquier fluido que la valvula evite que transporte arena, cal o desechos.

[0008] En una configuracion alternativa, se inyecta sellador directamente dentro de la camara de carga del miembro de asiento desde un pequeno deposito de sellador. El sistema mantiene el sellador con una presion constante seleccionada que sea lo suficientemente mas alta que la presion de la tubena para proporcionar la fuerza para sellar la valvula y para impedir el acceso de cualquier fluido de proceso que controle la valvula.

[0009] En todavfa otra configuracion alternativa, el fluido procedente de la tubena se filtra y se utiliza como fluido para presurizar la camara de carga del miembro de asiento. La camara de carga incluye un resorte adicional para generar la presion diferencial a traves del anillo de asiento que se precisa para proporcionar estanqueidad y para

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impedir el acceso de cualquier fluido o contaminante en el interior de la camara a traves del fluido procesado que controla la valvula.

[0010] En todavfa otra forma de realizacion alternativa, el sistema utiliza un fluido compatible distinto de un sellador o de los medios que la valvula controla para presurizar el anillo de asiento. A modo de ejemplo, se puede utilizar aire, nitrogeno, agua o vapor para cargar la camara de carga del miembro de asiento y para accionar el anillo de asiento. En el caso del vapor, sera posible calentar de forma mas eficaz el anillo de asiento de una valvula para su uso en aplicaciones viscosas.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

[0011] Los dibujos representan el mejor modo contemplado en el presente documento para llevar a cabo la descripcion. En los dibujos:

La figura 1 es una vista isometrica que representa la instalacion del sistema de cierre de la presente descripcion en una valvula de bola convencional;

La figura 2 es una representacion esquematica de una primera forma de realizacion de un sistema de presurizacion utilizado para accionar el conjunto de asiento;

La figura 3 es una segunda forma de realizacion del sistema de presurizacion utilizado para cargar el sistema de cierre de la presente descripcion; y

La figura 4 es todavfa otra configuracion alternativa del sistema de presion utilizado para accionar el conjunto de asiento;

La figura 5 es una vista en seccion ampliada de una primera forma de realizacion del mecanismo de asiento;

La figura 6 es una vista en seccion ampliada de una segunda forma de realizacion del mecanismo de asiento; y

La figura 7 es una tercera forma de realizacion del mecanismo de asiento deslizante.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

[0012] En primer lugar, en referencia a la figura 1, esta muestra un dispositivo de cierre de presion diferencial 10 montado en una posicion operativa con un conjunto de valvula de bola 12. El conjunto de valvula de bola 12 incluye una carcasa exterior 14 que encierra una bola giratoria 16 que esta conectada a un vastago giratorio 18. La bola 16 incluye un paso de flujo abierto 20 que permite que un fluido, que puede ser un lfquido o gas, atraviese de manera selectiva la valvula de bola conforme la bola 16 gira en la carcasa 14. La bola 16 incluye multiples superficies de asiento 22. La bola 16 puede girar en la carcasa exterior 14 para restringir de manera selectiva el flujo de fluido a traves de una red de tubenas 24.

[0013] El dispositivo de cierre de presion diferencial 10 incluye un mecanismo de asiento deslizante 26 que esta montado dentro de una cavidad o ranura interna 28 formada en un cuerpo principal metalico 30. El cuerpo principal 30 incluye un reborde final 32 y un reborde interior 34. El reborde exterior 32 incluye multiples orificios de fijacion 33 que permiten que el dispositivo de cierre se conecte a una tubena de una red de tubenas. El reborde interior 34 permite que el dispositivo de cierre de presion 10 este sujeto de forma segura a la carcasa exterior 14 de la valvula de bola 12 por medio de una serie de conectores 36 y tuercas de fijacion 38. Por consiguiente, como se puede observar en la figura 1, se puede acoplar el dispositivo de cierre de presion completo 10 a una valvula de bola 12 para mejorar la capacidad de estanqueidad de la red de tubenas.

[0014] La figura 2 representa la instalacion del dispositivo de cierre de presion 10 en una red de tubenas 24. Conforme a lo descrito anteriormente, el dispositivo de cierre de presion 10 incluye el mecanismo de asiento deslizante 26 que crea un sellado con una superficie de asiento 22 formada sobre la bola 16 de una valvula de bola convencional. El dispositivo de cierre de presion 10 forma parte de una primera forma de realizacion de un sistema de cierre 40 representado en la figura 1. El sistema de cierre 40 incluye un sistema de presurizacion 42 que suministra un fluido presurizado, como un sellador de valvulas no comprimible, para accionar el mecanismo de asiento deslizante 26. En la forma de realizacion que se muestra en la figura 2, el sistema de presurizacion 42 incluye un puerto de entrada 44 y un puerto de salida 46. El puerto de entrada 44 se encuentra en comunicacion a presion con un puerto de deteccion de presion 48 que se extiende a traves de una pared exterior 49 de la red de tubenas 24. El puerto de deteccion de presion 48 permite que el puerto de entrada 44 atraiga una parte del fluido que fluye a traves del espacio interior abierto 50 de la red de tubenas 24 hacia el puerto de entrada 44 a traves de la lmea de entrada 64. El fluido que fluye en la red de tubenas 24 fluye con una primera presion. El fluido atrafdo desde la red de tubenas 24 y contenido en el puerto de entrada 44 entra en contacto con una pared de presion movil 52 que se encuentra en contacto directo con un resorte de carga comprimido 54. El resorte de carga 54 se comprime previamente mediante clavijas fijas 51. El extremo opuesto del resorte de carga 54 esta en contacto con un piston movil 56 que presenta un extremo opuesto en comunicacion fluida con un suministro de fluido presurizado, tal como un sellador no comprimible, que se muestra en el deposito 58. El resorte de carga 54 ejerce una fuerza oblicua sobre el piston 56 para cargar y presurizar previamente el volumen del fluido presurizado contenido en el interior del deposito 58. En la forma de realizacion representada, el fluido

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presurizado contenido dentro del deposito 58 es un sellador de valvula a base de lubricante, aunque podna ser cualquier otro tipo de fluido, ya sea gas o lfquido, que pueda comunicar una presion desde una zona hacia otra. Una lmea de salida de presion 60 se extiende desde el puerto de salida 46 hacia un puerto de entrada 62 formado en el reborde interior 34 del dispositivo de cierre de presion 10.

[0015] Segun se representa en la figura 2, la presion del fluido dentro de la lmea de salida 60 se crea mediante una combinacion de la presion del fluido en la lmea de entrada 64, que corresponde a la presion del fluido dentro del espacio interior abierto 50, y la fuerza oblicua generada por el resorte de carga 54. De esta forma, el sistema de presurizacion 42 de la presente descripcion asegura que la presion del fluido contenido en la lmea de salida presurizada 60 es mayor que la presion del fluido en el espacio interior abierto 50 de la red de tubenas 24 y, por lo tanto, en la lmea de entrada 64. En la forma de realizacion representada en la figura 2, se coloca una valvula 66 para permitir la descarga de aire desde el deposito 58. Ademas, la valvula 66 funciona tambien como una valvula de llenado que permite rellenar y reponer el fluido contenido en el deposito 58 cuando sea necesario.

[0016] La figura 3 representa una segunda forma de realizacion del sistema de presurizacion 42 que se utiliza para generar la presion de fluido necesaria en la lmea de entrada presurizada 60. En la forma de realizacion que se muestra en la figura 3, el dispositivo de presurizacion incluye una bomba de balancm 68 que incluye una manivela 70. La manivela 70 se puede mover manualmente para generar presion sobre el fluido hidraulico o sellador contenido en el deposito abierto 72. La bomba de balancm 68 incluye un manometro 74 que permite que un operario determine la cantidad de presion generada en el interior del deposito abierto 72. La forma de realizacion alternativa del sistema de presurizacion representado en la figura 3 genera la cantidad deseada de presion de fluido en la lmea de salida presurizada 60, lo cual deriva, a su vez, en que se forme el puerto de entrada 62 como parte del dispositivo de cierre de presion 10.

[0017] El sistema de presurizacion 42 que se muestra en la figura 3 se puede modificar para incluir un amortiguador de pulsaciones en la lmea de salida 60 entre la bomba de balancm y el puerto de entrada 62. Los amortiguadores de pulsaciones son componentes conocidos que incluyen una camara cargada previamente con un suministro de gas, como el nitrogeno. El amortiguador de pulsaciones puede estar instalado en el lado de descarga de la bomba de balancm para reducir el ruido y las vibraciones y para generar una presion mas constante sobre el anillo de estanqueidad.

[0018] La figura 4 representa todavfa otra forma de realizacion alternativa del sistema de presurizacion 42. En la forma de realizacion que se muestra en la figura 4, el sistema de presurizacion 42 incluye una lmea de entrada 64 que recibe el fluido que fluye en el espacio interior abierto 50 de la red de tubenas 24. El fluido fluye a traves del puerto de deteccion de presion 48 hacia una combinacion de filtro y secador 76. El filtro y secador limpia y seca el fluido que fluye a traves de la red de tubenas 24 de tal forma que, tras ser filtrado, el fluido fluye desde la red de tubenas hacia una lmea de salida presurizada 60. Debido a que el sistema de presurizacion 42 atrae una parte del fluido desde el espacio interior abierto 50 y utiliza la presion del fluido para accionar el mecanismo de asiento deslizante 26, el mecanismo de asiento deslizante 26 esta disenado para incluir un resorte ondulado o un resorte helicoidal con el fin de aumentar la presion que actua sobre el mecanismo de asiento deslizante 26 por encima de la presion del fluido contenido en la red de tubenas 24. El uso de un resorte ondulado o de un resorte helicoidal para incrementar la presion sobre el anillo de asiento se describira mas detalladamente a continuacion en referencia a la figura 6.

[0019] La figura 5 representa la configuracion detallada de una forma de realizacion del mecanismo de asiento deslizante 26 construido de acuerdo con la presente descripcion. El mecanismo de asiento deslizante 26 forma parte del dispositivo de cierre de presion 10 y genera un cierre contra la superficie de asiento 22 de la bola 16. Conforme a lo descrito anteriormente, el reborde interior 34 incluye un puerto de entrada 62 que conduce hacia un paso de fluido 78. El paso de fluido 78 se extiende a traves del cuerpo solido 30 del reborde interior 34 y se extiende en comunicacion fluida con una camara de carga del miembro de asiento anular 80. De esta forma, la camara de carga anular 80 recibe el suministro de fluido presurizado desde el sistema de presurizacion representado en una de las formas de realizacion de las figuras 2-4.

[0020] El mecanismo de asiento deslizante 26 incluye un anillo interior fijo 82, un anillo de estanqueidad central dinamico 84 y un anillo exterior fijo 86. En la forma de realizacion representada, el anillo de estanqueidad central 84 es movil en relacion con el anillo interior fijo 82 y al anillo exterior fijo 86. El anillo de estanqueidad central 84 incluye una superficie de estanqueidad exterior 88 que se pone en contacto con la superficie de asiento 22 de la bola 16. En la forma de realizacion representada en la figura 5, se comprime una junta torica resistente 90 entre un soporte 91 formado en el anillo interior 82 y una superficie posterior 104 del anillo de estanqueidad central 84, de tal forma que las propiedades de resistencia de la junta torica 90 generan una fuerza oblicua que pone en contacto la superficie de sellado 88 del anillo de estanqueidad central con la superficie de asiento 22 de la bola 16.

[0021] Cuando la camara de carga anular 80 recibe un suministro de fluido presurizado, el suministro de fluido presurizado se comunica con una cavidad abierta 92 que incluye la junta torica 90 a traves de un puerto de presion 94 formado en el anillo exterior 86. La presion del fluido que fluye hacia el interior de la cavidad abierta 92 genera una fuerza de cierre que se combina con la fuerza oblicua para desplazar el anillo de estanqueidad central 84 hacia fuera y hacia la superficie de asiento 22 de la bola 16.

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[0022] Se coloca un miembro de estanqueidad 96, tal como una junta torica, en el interior de una cavidad abierta 98 para crear un cierre hermetico que impida que el sellador salga de la camara de carga anular 80. Un segundo miembro de estanqueidad 106 impide que el flujo del fluido en la camara de carga 80 fluya mas alla del anillo interior 82. Se coloca una junta de estanqueidad 100 entre una superficie posterior 102 del anillo interior 82 para impedir que el flujo del fluido contenido en el espacio interior abierto 50 de la red de tubenas alcance la camara de carga anular 80. Como se podra comprender a traves de la figura 5, el fluido presurizado que recibe el puerto de entrada 62 ejerce una fuerza sobre la superficie posterior 104 del anillo central 84 para aumentar la presion entre la superficie de sellado 88 y la superficie de asiento 22 de la bola 16. La presion del sellador genera una fuerza adicional sobre el anillo de estanqueidad central 84 ademas de la fuerza oblicua generada por la junta torica 90.

[0023] En una forma de realizacion alternativa contemplada que se representa en la figura 6, la junta torica 90 se puede sustituir por un resorte ondulado o un resorte helicoidal 93. El empleo de un resorte ondulado o un resorte helicoidal 93 proporciona otro mecanismo para generar una fuerza oblicua contra la superficie posterior 104. Como se podra comprender a rafz de las figuras 5 y 6, la fuerza que pone en contacto el anillo de estanqueidad central 84 con la bola 16 se genera mediante una combinacion de la fuerza de cierre generada por el fluido presurizado que se introduce a traves del puerto de entrada 62 y la fuerza oblicua generada por el miembro de regulacion, tal como la junta torica 90 o el resorte regulador 93. La combinacion de ambas fuerzas se ejerce contra la superficie posterior 104.

[0024] En las formas de realizacion que se muestran en las figuras 5 y 6, la junta 100 y el miembro de estanqueidad 106 se utilizan para impedir que el flujo tanto del fluido presurizado recibido en el puerto de entrada 62 como del lfquido presurizado en la red de tubenas fluya mas alla del anillo interior 82. En una forma de realizacion contemplada, el anillo interior completo 82 puede estar soldado al cuerpo principal 30, eliminando asf la necesidad de presentar el miembro de estanqueidad 106 y la junta 100.

[0025] La figura 7 representa una forma de realizacion alternativa del mecanismo de asiento deslizante 26. En la forma de realizacion que se muestra en la figura 7, el mecanismo de asiento deslizante 26 incluye el anillo de estanqueidad central movil 108 que presenta la superficie de sellado 88. No obstante, en la forma de realizacion que se muestra en la figura 7, se suprime el anillo interior y, en su lugar, se coloca un reborde inferior 110 que forma parte del cuerpo principal 30 por debajo del anillo central movil 108. El reborde inferior 110 incluye un miembro de estanqueidad 112. El anillo exterior 114 incluye una junta torica de estanqueidad 116 y un puerto de presion trasero 118 que permite que el fluido fluya desde el paso de fluido 78 hasta entrar en contacto con la superficie posterior 120 del anillo central 108. A pesar de que no se representa, se podna colocar una junta torica o un resorte en contacto con la superficie posterior 120 para aumentar la fuerza oblicua generada entre la superficie de sellado 88 del anillo central 108 y la superficie de sellado 22 de la bola.

[0026] Esta descripcion por escrito hace uso de ejemplos para dar a conocer la invencion, incluyendo el mejor modo, y para permitir ademas que cualquier experto en la materia pueda realizar y utilizar la invencion. El alcance patentable de la invencion se determina mediante las reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que se les ocurra a los expertos en la materia. Se pretende que tales otros ejemplos se encuadren en el alcance de las reivindicaciones en caso de que presenten elementos estructurales que no difieran del lenguaje literal de las reivindicaciones.

Claims (5)

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   REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo de cierre de presion diferencial (10) para su uso con una valvula de bola (12) situada en una red de tubenas que contiene un flujo de lfquido con una primera presion y presentando una bola movil (16) con al menos una superficie de asiento (22), caracterizado el dispositivo de cierre por comprender:

   un mecanismo de asiento (26) incluyendo un anillo de estanqueidad movil (84) situado entre un anillo interior fijo (82) y un anillo exterior fijo (86), presentando el anillo de estanqueidad movil una superficie de estanqueidad (88) que interactua con la superficie de asiento de la bola; y

   un sistema de presurizacion (42) presentando un deposito incluyendo un fluido presurizado y un puerto de salida, donde el puerto de salida esta configurado para comunicar el fluido presurizado a traves del anillo exterior fijo para ejercer una fuerza de cierre sobre el anillo de estanqueidad movil para poner en contacto la superficie de estanqueidad (88) del mecanismo de asiento con la superficie de asiento de la bola movil, donde el dispositivo de cierre comprende ademas un miembro de regulacion situado entre el anillo interior fijo y el anillo de estanqueidad movil para ejercer una fuerza oblicua sobre una superficie posterior (104) del anillo de estanqueidad opuesta a la superficie de estanqueidad (88), donde el miembro de regulacion es un resorte (93) comprimido entre la superficie posterior y un soporte fijo (91) formado sobre el anillo interior fijo, donde la fuerza oblicua se combina con la fuerza de cierre generada por el fluido presurizado.
2. 2. Dispositivo de cierre segun la reivindicacion 1, donde el fluido presurizado es un sellador de valvulas no comprimible.
3. 3. Dispositivo de cierre segun la reivindicacion 1, donde el sistema de presurizacion comprende:

   un deposito incluyendo un suministro de fluido;

   un puerto de salida en comunicacion fluida entre el deposito y el mecanismo de asiento; y un dispositivo para comprimir el fluido en el deposito.
4. 4. Dispositivo de cierre segun la reivindicacion 3, donde el dispositivo para comprimir el fluido es una bomba.
5. 5. Dispositivo de cierre segun la reivindicacion 3, donde el dispositivo para comprimir el fluido incluye un piston movil y un resorte de carga.