ES2839873T3

ES2839873T3 - Conjunto de fuelle de vástago flexible

Info

Publication number: ES2839873T3
Application number: ES16275116T
Authority: ES
Inventors: Augusto Arcelaschi; Edy Gaburri
Original assignee: Cameron Technologies Ltd
Current assignee: Cameron Technologies Ltd
Priority date: 2016-08-17
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2036-08-17
Also published as: WO2018035376A1; US20190137003A1; US20180051824A1; CN109690160A; US10167977B2; US10578229B2; EP3284987A1; CN109690160B; EP3284987B1

Abstract

Un sistema que comprende: un conjunto de fuelle (50) configurado para montarse en un espacio entre un vástago (46) y un casquillo (42) de un conjunto de válvula, donde el conjunto de válvula comprende un conjunto de la válvula de bola (10) que tiene una bola (36) dispuesta en una cámara de una carcasa, el vástago se acopla a la bola, donde el vástago (46) se extiende a través del casquillo (42) y se interconecta con la bola (36), de modo que la rotación del vástago (46) ajuste la posición de la bola (36), donde el conjunto de fuelle comprende: un fuelle (54) que comprende un primer y un segundo saliente anular (100, 102) en el primer y el segundo extremo axial (104, 106) del fuelle (54), donde, en el primer extremo (104), el primer saliente anular (100) forma una junta dinámica de metal a metal con el casquillo (42) y, en el segundo extremo (106), el segundo saliente anular (102) forma una junta dinámica de metal a metal con un labio (52) del vástago (46); donde el conjunto de fuelle (50) comprende además un anillo espaciador (56), donde el fuelle (54) se configura para comprimirse hasta que se cierre un hueco con respecto al anillo espaciador (56), el conjunto de fuelle (50) se configura para soportar una carga a través del fuelle (54) antes de cerrar el hueco, y el conjunto de fuelle (50) se configura para soportar la carga a través del fuelle (54) y el anillo espaciador (56) después de que se cierre el hueco; y donde además el anillo espaciador (56) comprende además un rebaje (118) en un lado exterior que se extiende radialmente (120) del anillo espaciador (56), y el conjunto de fuelle (50) comprende además un anillo anti explosión (58), donde el anillo anti-explosión (58) se extiende hacia el interior del rebaje (118) en el lado radialmente exterior (120) del anillo espaciador (56).

Description

DESCRIPCIÓN

Conjunto de fuelle de vástago flexible

ANTECEDENTES

Esta sección tiene como objetivo presentar al lector diversos aspectos de la técnica que se pueden referir a diversos aspectos de la presente descripción, que se describen y/o se reivindican a continuación. Se cree que este análisis es útil para proporcionar al lector información sobre los antecedentes para facilitar una mejor comprensión de los diversos aspectos de la presente descripción. Por consiguiente, debe entenderse que estas afirmaciones deben interpretarse de este modo y no como admisiones de la técnica anterior.

La presente descripción se refiere a conjuntos de válvula, en particular, a conjuntos de válvula con un vástago. El conjunto de válvula de la presente descripción encuentra un uso particular en el control de fluidos producidos a partir de pozos subterráneos, pero se podría usar para controlar el flujo de otros fluidos.

Un vástago de la válvula gira alrededor de un eje. El vástago se acopla a un obturador (por ejemplo, una bola) con un orificio entre una posición completamente abierta y una posición completamente cerrada para controlar el flujo de fluido. La presión del fluido en un conducto puede afectar al rendimiento y al desgaste de las válvulas. Desafortunadamente, a presiones más altas, una mayor cantidad de fricción entre un vástago, un fuelle de vástago y un casquillo puede dar lugar a una gran cantidad de par de torsión para accionar la válvula. Por tanto, existe la necesidad de un conjunto de fuelle de vástago mejorado, capaz de funcionar a altas presiones, pero sin el elevado par de torsión asociado.

El documento WO2008145891 describe un sistema que incluye un conjunto de fuelle configurado para montarse en un espacio entre un vástago y un casquillo de un conjunto de válvula, donde el conjunto de válvula comprende un disco dispuesto en una cámara de una carcasa, donde el vástago se acopla al disco, donde el vástago se extiende a través del casquillo y se interconecta con el disco de modo que la rotación del vástago ajuste la posición del disco. El conjunto de fuelle comprende un fuelle que forma una junta con el casquillo y el vástago. El conjunto de fuelle comprende además un espaciador, donde el fuelle se configura para comprimirse hasta que se cierre un hueco con respecto al espaciador, el conjunto de fuelle se configura para soportar una carga a través del fuelle antes de que se cierre el hueco y el conjunto de fuelle se configura para soportar la carga a través del fuelle y el espaciador después de que se cierre el hueco, y además donde el espaciador comprende además un rebaje en un lado exterior del espaciador que se extiende radialmente.

El documento US2006284135 describe una válvula de dos puertos que incluye una parte de válvula configurada para abrir y cerrar un asiento de válvula en una ruta de flujo de líquido que conecta un primer puerto y un segundo puerto mediante un miembro de válvula y un mecanismo de accionamiento de válvula de tipo piloto para abrir y cerrar el miembro de válvula a través de una varilla. La varilla pasa a través de un orificio de inserción de una placa que mira hacia la ruta de flujo de líquido en un estado sellado. El miembro de válvula se proporciona a la parte de la punta de la varilla y también una tapa que se apoya contra la periferia del orificio de inserción de la placa cuando el miembro de válvula abre el asiento de válvula y evita la intrusión de material extraño en el líquido en el orificio de inserción proporcionado a la varilla.

El documento US4522369 describe una válvula de seguridad para paredes y otros recipientes y adaptada para ventilar el recipiente a la atmósfera tras el desarrollo de una presión máxima predeterminada en el recipiente que comprende un émbolo escalonado que lleva un miembro de válvula y adaptado para desplazar el miembro de válvula hacia y lejos de un asiento en una carcasa de válvula en la que se define una cámara de mando entre una guía axial para el émbolo y un extremo del mismo. La cámara de mando está controlada por la presión del dispositivo piloto y los bloques que rodean esta guía axial y está conectada al émbolo de modo que el sellado efectuado mediante el fuelle y la guía no necesite tener capacidad de sellado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Diversas características, aspectos y ventajas de la presente descripción se entenderán mejor cuando la siguiente descripción detallada se lea con referencia a las figuras adjuntas, en las que los caracteres similares representan partes similares en todas las figuras, donde:

la figura 1 es una vista lateral en sección de una realización de una válvula de bola con un conjunto de fuelle de vástago flexible que tiene nervios paralelos y un espaciador de baja fricción;

la figura 2 es una vista lateral, en sección, detallada de una realización de una superficie de contacto entre una bola, un vástago, una carcasa y un casquillo dentro de la línea 2-2 de la figura 1;

la figura 3 es una vista lateral, en sección, detallada de una realización del conjunto de fuelle de vástago tomada dentro de la línea 3-3 de la figura 1 cuando la presión de trabajo de la válvula de bola 10 está por debajo de un umbral de presión;

la figura 4 es una vista lateral, en sección, detallada de una realización del conjunto de fuelle de vástago tomada dentro de la línea 3-3 de la figura 1 cuando la presión de trabajo de la válvula de bola está por encima del umbral de presión; y

la figura 5 es una vista lateral, en sección, detallada de una realización del conjunto de fuelle de vástago sin un anillo anti-explosión.

Descripción detallada de realizaciones específicas

A continuación, se describirán una o más realizaciones específicas de la presente descripción.

Cuando se presentan elementos de diversas realizaciones de la presente descripción, se pretende que los artículos «uno», «una», «el», «la», «dicho/a» signifiquen que hay uno o más de los elementos. Se pretende que las expresiones «que comprende», «que incluye» y «que tiene» sean inclusivos y signifiquen que podría haber elementos adicionales distintos a los enumerados. Asimismo, el uso de «superior», «inferior», «encima», «debajo» y variaciones de estos términos se realiza por conveniencia, pero no implica ningún tipo de orientación particular de los componentes.

Los fluidos se producen a partir de pozos subterráneos a altas presiones (por ejemplo, hasta 68.948 kPa (10.000 psi) o más). Los fluidos, como la gasolina y el petróleo, junto con los fluidos introducidos en el pozo durante las operaciones de perforación y terminación, tales como agua y lodos, se pueden producir a partir del pozo a presiones de hasta 68.948 kPa (10.000 psi) y superiores. Las altas presiones aumentan la fricción entre el vástago, el fuelle de vástago y el casquillo, lo que aumenta el par de torsión para accionar la válvula. En consecuencia, el control de los fluidos producidos a partir de un pozo representa una tarea importante para un conjunto de válvula, particularmente, a altas presiones. Al usar un fuelle de vástago flexible con nervios paralelos, un anillo espaciador que entra en contacto con el casquillo a altas presiones y una arandela de empuje de baja fricción, se pueden lograr altas presiones de funcionamiento sin pares de actuación correspondientemente altos.

La figura 1 es una vista lateral en sección de una realización de una válvula 10 (por ejemplo, una válvula de bola) con un conjunto de fuelle de vástago flexible que tiene nervios paralelos y un espaciador de baja fricción. Aunque las realizaciones descritas son válvulas de bola, debe entenderse que las técnicas descritas se pueden aplicar a válvulas distintas de las válvulas de bola. Por ejemplo, las técnicas descritas se pueden aplicar a válvulas de mariposa, válvulas de disco, válvulas de chapaleta, válvulas de retención, válvulas de estrangulamiento, válvulas de diafragma, válvulas de compuerta, válvulas esféricas, válvulas de aguja, válvulas de manguito, válvulas de pistón, válvulas de tapón, válvulas de resorte, válvulas de carrete, válvulas de expansión térmica, válvulas reductoras de presión, válvulas de muestreo y similares. Para mayor claridad, se muestra un sistema de coordenadas que incluye una dirección axial 12, una dirección radial 14 y una dirección circunferencial 16. La válvula de bola 10 incluye una carcasa 18, que puede incluir múltiples partes (por ejemplo, un primer componente de carcasa 20, un segundo componente de carcasa 22, un tercer componente de carcasa 24). Aunque la carcasa 18 de la válvula de bola 10 ilustrada en la figura 1 incluye tres componentes, debe entenderse que, en otras realizaciones, la carcasa 18 puede incluir cualquier número de componentes. Por ejemplo, la carcasa 18 puede incluir 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 o más componentes. La carcasa tiene una cavidad central 26. En la realización ilustrada, la carcasa 18 tiene una primera brida 28 (por ejemplo, una brida anular) y una segunda brida 30 (por ejemplo, una brida anular) dispuesta frente a la primera brida 28. La primera y la segunda brida 28, 30 se pueden acoplar a secciones de tubería, codos u otros componentes de flujo de fluido, o uno o más componentes de extracción de minerales 32 que tienen una brida correspondiente. El fluido fluye a través de la válvula 10, como indica la flecha 34. El fluido puede fluir a través de la válvula 10 desde la primera brida 28 hacia la segunda brida 30, o desde la segunda brida 30 hacia la primera brida 28. Algunas realizaciones de la válvula de bola 10 se pueden configurar para un flujo de fluido unidireccional (por ejemplo, desde la primera brida 28 hacia la segunda brida 30). Otras realizaciones de la válvula de bola 10 se pueden configurar para un flujo de fluido bidireccional (por ejemplo, desde la primera brida 28 hacia la segunda brida 30 y desde la segunda brida 30 hacia la primera brida 28). Se puede disponer una bola 36 dentro de la carcasa 18. La bola 36 puede tener un orificio 38 a través de ella, de modo que cuando la bola 36 gire alrededor de un eje vertical 40, se restringa o se habilite el flujo de fluido a través de la válvula 10.

Un casquillo anular 42 y una placa adaptadora anular 44 se pueden acoplara la carcasa 18. Un vástago 46 se extiende a través de la placa adaptadora 44 y el casquillo 42, y se interconecta con la bola 36 (por ejemplo, a través de resortes 48 y fijadores), de modo que el vástago 46 se pueda girar para ajustar la posición de la bola 36, permitiendo o restringiendo así que el fluido fluya través de la válvula 10. Los resortes 48 pueden orientar el vástago hacia arriba en la dirección axial 12 hacia el casquillo 42. Se puede disponer una llave 47 alrededor del vástago, junto a la placa adaptadora 44.

Un conjunto de fuelle de vástago 50 se puede disponer en una superficie de contacto entre el vástago 46 y el casquillo 42. Por ejemplo, en la realización ilustrada, el conjunto de fuelle de vástago 50 descansa sobre un labio anular 52 del vástago 46, que mira al casquillo 42. El conjunto de fuelle de vástago 50 incluye un fuelle de vástago flexible anular 54 con nervios paralelos, un anillo espaciador anular 56, un anillo anti-explosión anular 58 y una arandela de empuje de baja fricción. El anillo espaciador 56 se puede fabricar con un material de baja fricción o puede descansar sobre la arandela de empuje anular fabricada con un material de baja fricción. En otras realizaciones, el conjunto de fuelle de vástago 50 puede incluir componentes adicionales, o diversas combinaciones de las partes mostradas (por ejemplo, un fuelle de vástago flexible 54 y un anillo espaciador 56, pero ningún anillo anti-explosión 58). Como se mostrará y describirá más detalladamente con respecto a las figuras 3 y 4, el fuelle de vástago 54 puede tener una serie de nervios paralelos (por ejemplo, horizontales) unidos por curvas, lo que crea flexiones en forma de S. El anillo espaciador 56 se puede disponer alrededor del fuelle de vástago 54 y descansar sobre una arandela de empuje de baja fricción. La arandela de empuje se puede fabricar con un material que tenga un coeficiente de fricción más bajo que el del fuelle de vástago 54. El anillo espaciador 56 puede tener una altura de modo que, por debajo de una presión umbral, el anillo espaciador 56 no toque el casquillo 42, pero que, a presiones por encima de la presión umbral, el anillo espaciador 56 toque el casquillo 42 y soporte parte de la carga que actúa sobre el fuelle de vástago 54. El conjunto de fuelle de vástago 50 forma una junta entre el casquillo 42 y el vástago 46, que puede restringir total o parcialmente el flujo de fluido entre el vástago 46 y el casquillo 42. Los resortes 48 dispuestos entre el vástago 46 y la bola 36 alimentan el conjunto de fuelle de vástago 50 a baja presión. En la realización ilustrada, los resortes 48 orientan el vástago 46 axialmente hacia arriba.

La carcasa de válvula 18 tiene un primer orificio 62 y un segundo orificio 64 (por ejemplo, pasos de flujo de fluido), que se extienden a través de la carcasa 18 en la dirección radial 14, que cruzan el orificio de bola 38, y permiten que el fluido fluya a través de la válvula 10. El primer y el segundo orificio 62, 64 están sustancialmente alineados entre sí a lo largo de un eje horizontal 66. Aunque se usan los ejes horizontal y vertical 66, 40, debe entenderse que esto es simplemente por conveniencia y que puede ser posible cualquier orientación entre el primer y segundo eje transversal (por ejemplo, perpendicular). Los componentes 20, 22, 24 de la carcasa 18 se pueden fabricar con acero al carbono, acero inoxidable, titanio, aleaciones a base de níquel o cualquier otro material adecuado. Los componentes 20, 22, 24 de la carcasa 18 se pueden fundir, forjar, mecanizar, moldear, imprimir en 3D, una combinación de los mismos o fabricar mediante alguna otra técnica. Los componentes 20, 22, 24 de la carcasa 18 se pueden fabricar o no con el mismo material y se pueden fabricar o no mediante el mismo procedimiento de fabricación.

Hay un asiento anular 68 dispuesto entre la carcasa 18 y la bola 20, a cada lado de la bola 36. En la realización ilustrada, los asientos 68 a cada lado de la bola 36 tienen formas idénticas. Sin embargo, en otras realizaciones, los asientos 68 a cada lado de la bola 36 pueden tener formas ligeramente diferentes. Los asientos 68 a cada lado de la bola 36 se pueden mantener en su lugar mediante placas de soporte anulares 70, que se pueden acoplar a la carcasa 18.

La figura 2 es una vista lateral, en sección, detallada de una realización de una superficie de contacto entre la bola, 36 el vástago 46, la carcasa 18 y el casquillo 42 dentro de la línea 2-2 de la figura 1. Como se ilustra, el vástago 46 se acopla a la bola 36 a través de los resortes 48 y fijadores (por ejemplo, tornillos). El conjunto de fuelle de vástago 50 (por ejemplo, el fuelle de vástago 54, el anillo espaciador 56, el anillo anti-explosión 58 y la arandela de empuje) descansa sobre un labio anular 52 del vástago 46. El fuelle de vástago 54 se dispone alrededor del vástago 46, y el anillo espaciador 56 se dispone alrededor del vástago 46. Sin embargo, en otras realizaciones, el fuelle de vástago 54 se puede disponer alrededor del anillo espaciador 56. El anillo espaciador 56 puede descansar sobre la arandela de empuje de baja fricción o se puede fabricar con un material de baja fricción. El conjunto de fuelle de vástago 50 puede incluir o no un anillo anti-explosión 58 dispuesto alrededor del anillo espaciador 56. La carcasa 18 se puede disponer alrededor del conjunto de fuelle de vástago 50. El casquillo 42 se puede disponer alrededor del vástago 46 y axialmente 12 por encima del conjunto de fuelle de vástago flexible 50. Los resortes 48 se pueden disponer entre el vástago 46 y la bola 36. Los resortes 48 se pueden usar para orientar el vástago 46 hacia el casquillo 42 (por ejemplo, orientar el conjunto de fuelle de vástago 50 hacia el casquillo 42) para alimentar el conjunto de fuelle de vástago 50 de modo que se formen juntas entre el fuelle de vástago flexible 54, el vástago 46 y el casquillo 42 a presiones de trabajo reducidas.

La figura 3 es una vista lateral, en sección, detallada de una realización del conjunto de fuelle de vástago 50 tomada dentro de la línea 3-3 de la figura 1 cuando la presión de trabajo de la válvula de bola 10 está por debajo del umbral de presión. Como se muestra, el fuelle de vástago flexible 54 tiene un primer y un segundo saliente anular 100, 102 en el primer y el segundo extremo axial 104, 106 del fuelle de vástago. En el primer extremo 104, el primer saliente anular 100 forma una junta dinámica de metal a metal con el casquillo 42. En el segundo extremo, el segundo saliente anular 102 forma una junta dinámica de metal a metal con el labio 52 del casquillo 46. Como se ilustra, el fuelle de vástago flexible 54 incluye un número de nervios anulares paralelos 108 que se extienden en la dirección radial 14, unidos por flexiones de 180 grados 110 (por ejemplo, dos flexiones que miran hacia dentro y una flexión que mira hacia fuera). Aunque la realización ilustrada del fuelle de vástago 54 incluye 4 nervios paralelos 108 unidos por 3 flexiones 110, debe entenderse que el fuelle de vástago 54 puede incluir 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12 , 14, 16, 18, 20 o más nervios paralelos 108. En la realización ilustrada, el fuelle de vástago 54 tiene un espesor uniforme 111, sin embargo, otras realizaciones del fuelle de vástago 54 pueden tener un espesor no uniforme. Es decir, el espesor de los nervios 108 puede ser diferente del espesor de las flexiones 110. De forma adicional, el espesor del fuelle de vástago 54 puede variar a través de uno de los nervios 108 o flexiones 110. Dicho de otra manera, el fuelle de vástago 54 puede tener en general una forma anular, con una pared curvada que aumenta y disminuye de forma alternativa en diámetro para definir un patrón de onda, que se configura para comprimirse y expandirse en la dirección axial 12. El fuelle de vástago 54 se puede comprimir, al tener una o más vueltas o porciones curvadas, que se configuran para contraerse o expandirse en la dirección axial 12.

[0018] La forma del fuelle de vástago 54 permite que el fuelle de vástago 54 se desvíe de modo que se pueda extender o contraer su longitud en la dirección axial 12. En algunas realizaciones, el fuelle de vástago 54 puede entrar en contacto con el anillo espaciador 56 y el anillo espaciador 56 puede ofrecer soporte al fuelle de vástago 54 para evitar que el fuelle de vástago 54 se mueva radialmente 14 hacia fuera y colapse. El fuelle de vástago flexible 54 se puede fabricar con acero al carbono, acero inoxidable, titanio, aleaciones a base de níquel o cualquier otro material adecuado. El material del asiento flexible se puede seleccionar de modo que el asiento flexible se expanda y/o se contraiga una cantidad determinada en relación con la expansión y/o contracción del anillo espaciador 56. Por ejemplo, en funcionamiento, la expansión y/o contracción puede ser 1,1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9 o 10 veces la del anillo espaciador 56. Por ejemplo, el anillo espaciador 56 puede no proporcionar expansión o contracción, mientras que el fuelle de vástago 54 puede proporcionar menos de un 1, un 2, un 3, un 4, un 5, un 6, un 7, un 8, un 9, un 10, un 15 o 20 % de la expansión y/o contracción del conjunto de fuelle de vástago 50. El anillo espaciador 56 se puede fabricar o no con el mismo material que el fuelle de vástago 54.

La arandela de empuje anular descansa sobre la parte superior (por ejemplo, en la dirección axial 12) del labio 52 del vástago 46. El anillo espaciador 56 descansa sobre la parte superior (por ejemplo, en la dirección axial 12) de la arandela de empuje. El anillo espaciador y/o la arandela de empuje se pueden fabricar con un material de baja fricción, tal como polieteretercetona (PEEK), politetrafluoroetileno (PTF^e), metales de baja fricción, tales como latón, metales revestidos, metales no revestidos, plásticos y elastómeros, etc., de modo que las fuerzas de fricción en las superficies de contacto entre el labio 52 del vástago 46, la arandela de empuje, el anillo espaciador 56 y el casquillo 42 sean bajas cuando el vástago 46 gire alrededor del eje vertical 40 para accionar la válvula 10. Por ejemplo, la arandela de empuje y/o el anillo espaciador 56 pueden tener un coeficiente de fricción jtw de 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09, 0,1, 0,13, 0,15, 0,17 o cualquier otro valor menor que el coeficiente de fricción del fuelle 54. El coeficiente de fricción de la arandela de empuje y/o el jtw del anillo espaciador 56 también se puede definir como un porcentaje del coeficiente de fricción del vástago por debajo de 54 jsb. Por ejemplo, el jtw puede ser un 5 %, un 10 %, un 15 %, un 20 %, un 25 %, un 30 %, un 40 %, un 50 %, un 60 %, un 70 %, un 80 % o un 90 % del jsb.

Como se muestra, el anillo espaciador 56 incluye un rebaje 114 en un lado radialmente interior 116 del anillo espaciador 56. Se pueden extender porciones del fuelle de vástago 54 (por ejemplo, algunas de todas las flexiones 110 radialmente exteriores) dentro del rebaje 114. El rebaje 114 puede tener una curvatura cercana a la curvatura de las flexiones 110 del fuelle de vástago 54 o que coincida con ella. El anillo espaciador 56 también incluye un rebaje 118 en un lado radialmente exterior 120 del anillo espaciador 56. El conjunto de fuelle de vástago 50 incluye un anillo anti-explosión 58, el anillo anti-explosión 58 se extiende en una dirección radial 14 hacia el rebaje 118. En algunas realizaciones, la carcasa 18 puede incluir un labio 122 (por ejemplo, una superficie anular) sobre el que descansa el anillo anti-explosión 58. El anillo anti-explosión 58 se extiende dentro del rebaje 188 en el lado radialmente exterior 120 del anillo espaciador 56. Debido a que el anillo anti-explosión 58 tiene un diámetro menor que el labio 52 del vástago 46, si la placa adaptadora 44 y el casquillo 42 se aflojan cuando la válvula está presurizada, el vástago 46 no saldrá expulsado de la válvula 10.

Como se analizó anteriormente, la figura 3 ilustra el conjunto de fuelle de vástago 50 cuando la presión de trabajo en la válvula 10 está por debajo de la presión umbral. En la configuración mostrada en la figura 3, no hay fluido en la válvula 10. Los resortes 48 alimentan el conjunto de fuelle de vástago 50 al orientar el vástago 46 axialmente hacia arriba, como indica la flecha 124. Como se muestra, el fuelle de vástago 54 entra en contacto con el casquillo 42, lo que comprime el fuelle de vástago 54 de modo que se forme una primera junta dinámica de metal a metal en la superficie de contacto del primer saliente 100 y el casquillo 42, y se forme una segunda junta dinámica de metal a metal en la superficie de contacto del primer saliente 100 y el casquillo 42, y se forme una segunda junta dinámica de metal a metal en la superficie de contacto del segundo saliente 102 y el labio 52 del vástago 46. Por consiguiente, se inhibe el flujo de fluido desde el lado radialmente exterior del fuelle 54 del vástago hacia el lado radialmente interior del fuelle de vástago 54. Si la presión de trabajo de la válvula 10 está por debajo del valor umbral, existe un hueco 126 entre el anillo espaciador 56 y el casquillo 42. A medida que aumenta la presión de trabajo de la válvula 10, acercándose a la presión umbral, el vástago 46 se empuja axialmente hacia arriba, como indica la flecha 128, lo que comprime el fuelle de vástago 54 en la dirección 12 axial y cierra el hueco 126. Por debajo de la presión umbral, el fuelle de vástago 54 soporta la totalidad de la carga del vástago 46 empujada axialmente hacia arriba (flecha 128) debido al aumento de presión en la válvula 10. Cuando la presión de trabajo en la válvula 10 alcanza la presión umbral, una superficie superior 130 del anillo espaciador 56 hace contacto con una superficie inferior 132 del casquillo 42 y comienza a soportar parte de la carga del vástago 46 que se empuja axialmente hacia arriba (flecha 128) debido al aumento de presión en la válvula 10.

La figura 4 es una vista lateral, en sección, detallada de una realización del conjunto de fuelle de vástago 50 tomada dentro de la línea 3-3 de la figura 1 cuando la presión de trabajo de la válvula de bola 10 está por encima del umbral de presión. Cuando la presión de trabajo en la válvula 10 alcanza la presión umbral, el vástago 46 se empuja axialmente hacia arriba (flecha 128), lo que comprime el fuelle de vástago 54. A medida que el fuelle de vástago 54 se comprime, la superficie superior 130 del anillo separador 56 hace contacto con la superficie inferior 132 del casquillo 42, lo que forma una zona de contacto anular 200. Cuando el anillo espaciador 56 hace contacto con el casquillo 42, el anillo espaciador 56 soporta al menos parte de la carga del vástago 46 que se empuja en la dirección axial 12, a lo largo de la flecha 128. Debido a que el anillo espaciador 56 es en general estacionario y rígido con respecto al fuelle de vástago flexible 54, una vez que el anillo espaciador 56 hace contacto con el casquillo 42, el movimiento del vástago 46 en la dirección axial 12 cesa o cesa sustancialmente a medida que aumenta la presión de funcionamiento. Por consiguiente, una vez que el anillo espaciador 56 hace contacto con el casquillo 42, el fuelle de vástago 54 deja de desviarse (por ejemplo, contraerse en la dirección axial 12) y alcanza un estado estable en el que la carga sobre el fuelle de vástago 54 permanece sustancialmente constante. A medida que aumenta la carga del vástago 46 sobre el fuelle de vástago flexible 54 y el anillo espaciador 56 debido a que la presión de funcionamiento está por encima de la presión umbral, el fuelle de vástago 54 soporta una carga sustancialmente constante mientras que aumenta la carga soportada por el anillo espaciador 56.

El anillo espaciador 56, la arandela de empuje, o ambos, se pueden fabricar con un material de baja fricción, de modo que las fuerzas de fricción entre el labio 52 del vástago 46, la arandela de empuje, y/o el anillo espaciador 56, o entre el casquillo 42 y el anillo espaciador 56, sean más bajas que las que están entre el fuelle de vástago flexible 54 y el casquillo 42, o entre el fuelle de vástago flexible 54 y el labio 52 del vástago 46 cuando se hace girar el vástago 46 para accionar la válvula 10. Por ejemplo, el fuelle de vástago 54 puede tener un coeficiente de fricción psb de aproximadamente 0,15, mientras que la arandela de empuje o el anillo espaciador 56 pueden tener un coeficiente de fricción ptw de 0,05. Por tanto, el conjunto de fuelle de vástago 50 que tiene una arandela de empuje de baja fricción y/o un anillo espaciador 56 permite altas presiones de funcionamiento sin los correspondientes valores altos de par de torsión para accionar la válvula 10. Por ejemplo, a una presión de funcionamiento de aproximadamente 15.000 psi, el uso de un conjunto de fuelle de vástago 50 que tiene un fuelle de vástago flexible 54 con una arandela de empuje de baja fricción y/o un anillo espaciador 56 puede reducir el par de «rotura para abrir» (BTO) de la válvula 10, en comparación con una válvula 10 que tiene un fuelle de vástago típico, en más de un 60 %.

Como se ilustra en la figura 4, a presiones de funcionamiento más altas, la válvula se puede llenar de fluido 202. Como se analizó anteriormente, las juntas dinámicas de metal a metal formadas entre el primer saliente 100 y el casquillo 42, así como entre el labio 52 del vástago 46 y el segundo saliente 102 pueden inhibir el flujo de fluido desde el lado radialmente exterior 14 del fuelle de vástago 54 hacia el lado radialmente interior 14 del fuelle de vástago 54.

La figura 5 es una vista lateral, en sección, detallada de una realización del conjunto de fuelle de vástago 50 sin un anillo anti-explosión 58 opcional. Como se ilustra, la realización del anillo espaciador 56 mostrada carece del rebaje 118 en el lado radialmente exterior (véase la figura 3), pero tiene el rebaje 114 en la superficie radialmente interior 116. Por consiguiente, en la realización ilustrada, el anillo espaciador 56 se apoya directamente contra la carcasa 18 en la dirección radial 14. Sin embargo, aunque el conjunto de fuelle de vástago 50 carece de un anillo anti-explosión 58, el funcionamiento del fuelle de vástago 54 y del anillo espaciador 56 no se modifican sustancialmente. Es decir, cuando la presión de trabajo de la válvula 10 está por debajo de un valor umbral, el fuelle de vástago 54 hace contacto con el casquillo 42, pero el anillo espaciador 56 no lo hace. A medida que la presión de trabajo en la válvula 10 se aproxima y excede la presión umbral, el fuelle de vástago 54 se comprime en la dirección axial 12 hasta que el anillo separador 56 hace contacto con el casquillo 42. A medida que la presión de trabajo aumenta más allá de la presión umbral, también lo hace la fuerza axial del vástago 46 que comprime el fuelle de vástago 54. Una vez que el anillo espaciador 56 hace contacto con el casquillo 42, a medida que aumenta la presión de trabajo, la carga soportada por el fuelle de vástago 54 es sustancialmente constante, a medida que la carga soportada por el anillo espaciador 56 aumenta. Como se analizó anteriormente, el anillo espaciador 56, la arandela de empuje, o ambos, se pueden fabricar con un material con un coeficiente de fricción más bajo que el vástago de fuelle, de modo que se reduzca el par de torsión para girar el vástago 46 y hacer funcionar la válvula 10.

Las realizaciones descritas en esta solicitud incluyen válvulas que tienen conjuntos de fuelle de vástago dispuestos entre el vástago y el casquillo que incluyen un fuelle de vástago flexible con nervios paralelos y un anillo espaciador que descansa sobre una arandela de empuje de baja fricción. Aunque las realizaciones ilustradas son válvulas de bola, las técnicas descritas se pueden aplicar a otros tipos de válvula. En realizaciones alternativas, el anillo espaciador se puede fabricar con un material de baja fricción y se puede omitir la arandela de empuje. Cuando la presión de trabajo en la válvula está por debajo de una presión umbral, el fuelle de vástago flexible hace contacto con el casquillo, pero el anillo espaciador no. Cuando la presión de trabajo está por encima de la presión umbral, el anillo espaciador entra en contacto con el casquillo y soporta parte de la carga creada por la presión de trabajo. La arandela de empuje de baja fricción redujo el par de torsión para hacer funcionar la válvula a altas presiones de trabajo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema que comprende:

un conjunto de fuelle (50) configurado para montarse en un espacio entre un vástago (46) y un casquillo (42) de un conjunto de válvula, donde el conjunto de válvula comprende un conjunto de la válvula de bola (10) que tiene una bola (36) dispuesta en una cámara de una carcasa, el vástago se acopla a la bola, donde el vástago (46) se extiende a través del casquillo (42) y se interconecta con la bola (36), de modo que la rotación del vástago (46) ajuste la posición de la bola (36), donde el conjunto de fuelle comprende:

un fuelle (54) que comprende un primer y un segundo saliente anular (100, 102) en el primer y el segundo extremo axial (104, 106) del fuelle (54), donde, en el primer extremo (104), el primer saliente anular (100) forma una junta dinámica de metal a metal con el casquillo (42) y, en el segundo extremo (106), el segundo saliente anular (102) forma una junta dinámica de metal a metal con un labio (52) del vástago (46);

donde el conjunto de fuelle (50) comprende además un anillo espaciador (56), donde el fuelle (54) se configura para comprimirse hasta que se cierre un hueco con respecto al anillo espaciador (56), el conjunto de fuelle (50) se configura para soportar una carga a través del fuelle (54) antes de cerrar el hueco, y el conjunto de fuelle (50) se configura para soportar la carga a través del fuelle (54) y el anillo espaciador (56) después de que se cierre el hueco; y donde además el anillo espaciador (56) comprende además un rebaje (118) en un lado exterior que se extiende radialmente (120) del anillo espaciador (56), y el conjunto de fuelle (50) comprende además un anillo antiexplosión (58), donde el anillo anti-explosión (58) se extiende hacia el interior del rebaje (118) en el lado radialmente exterior (120) del anillo espaciador (56).

2. El sistema de la reivindicación 1, donde las fuerzas de fricción en una superficie de contacto entre el anillo espaciador (56) y el labio (52) del vástago (46) o una superficie de contacto entre el anillo espaciador (56) y el casquillo (42) o ambos son menores que las fuerzas de fricción entre el fuelle (54) y el vástago (46) o entre el fuelle (54) y el casquillo (42) cuando el labio (52) del vástago (46) gira para accionar el conjunto de válvula, de modo que las fuerzas de fricción en las superficies de contacto sean bajas cuando el vástago (46) gire alrededor de un eje vertical (40) para accionar la válvula; donde las fuerzas de fricción bajas entre las partes (56, 46, 42, 54) se deben a que las partes (56, 46, 42, 54) se fabrican con un material de baja fricción.

3. El sistema de la reivindicación 2, donde el anillo espaciador (56) comprende un primer material que tiene un primer coeficiente de fricción que es menor que un segundo coeficiente de fricción de un segundo material del fuelle.

4. El sistema de la reivindicación 2, donde el anillo espaciador (56) comprende una arandela de empuje.

5. El sistema de la reivindicación 4, donde la arandela de empuje se dispone entre el anillo espaciador (56) y el vástago (46), donde la arandela de empuje (60) tiene un coeficiente de fricción que es menor que el del fuelle.

6. El sistema de la reivindicación 1, donde el fuelle (54) comprende una pluralidad de nervios paralelos que se extienden radialmente hacia afuera y se unen mediante flexiones, el fuelle (54) se configura para expandirse y contraerse en una dirección axial.

7. El sistema de la reivindicación 1, donde el anillo anti-explosión (58) se configura para bloquear la explosión de la estructura de válvula móvil.

8. El sistema de la reivindicación 1, donde el fuelle (54) comprende una pared curvada que aumenta y disminuye de forma alternativa en diámetro para definir un patrón de onda.

9. El sistema de la reivindicación 1, que comprende el conjunto de válvula.

10. El sistema de cualquier reivindicación anterior, donde el vástago (46) se orienta hacia el casquillo (42) por una pluralidad de resortes (48).

11. Un procedimiento que comprende:

soportar una carga a través de un fuelle (54) de un conjunto de fuelle (50) en un espacio entre un vástago (46) y un casquillo (42) de un conjunto de válvula, donde el conjunto de válvula comprende un conjunto de válvula de bola que tiene una bola (36) dispuesta en una cámara de una carcasa, el vástago (46) se acopla a la bola (36), donde el vástago (46) se extiende a través del casquillo (42) y se interconecta con la bola (36), de modo que la rotación del vástago (46) ajuste la posición de la bola (36);

donde el conjunto de fuelle (50) comprende un fuelle (54) que comprende un primer y un segundo saliente anular (100, 102) en el primer y el segundo extremo axial (104, 106) del fuelle (54), donde el primer saliente anular (100) forma una junta dinámica de metal a metal con el casquillo (42) en el primer extremo (104), y el segundo saliente anular (102) forma una junta dinámica de metal a metal con un labio (52) del vástago (46) en el segundo extremo (106);

el procedimiento comprende además:

soportar la carga a través del fuelle (54) y un anillo espaciador (56) del conjunto de fuelle (50) después de que se cierre un hueco debido a la compresión del fuelle (54), donde el fuelle (54) se configura para comprimirse hasta que se cierre un hueco (126) con respecto al anillo espaciador (56) y sella dinámicamente el espacio entre el casquillo (42) y el vástago (46); y donde además el anillo espaciador (56) comprende además un rebaje (118) en un lado exterior que se extiende radialmente (120) del anillo espaciador (56) y el conjunto de fuelle (50) comprende además un anillo anti-explosión (58), donde el anillo anti-explosión (58) se extiende hacia el rebaje (118) en el lado radialmente exterior (120) del anillo espaciador (56).

12. El procedimiento de la reivindicación 11, donde las fuerzas de fricción en una superficie de contacto entre el anillo espaciador (56) y el labio del vástago (46) o una superficie de contacto entre el anillo espaciador (56) y el casquillo (42) o ambos son menores que las fuerzas de fricción entre el fuelle (54) y el vástago (46) o entre el fuelle (54) y el casquillo (42) cuando el labio del vástago (46) gira para accionar el conjunto de válvula, de modo que las fuerzas de fricción en las superficies de contacto sean bajas cuando el vástago (46) gira alrededor de un eje vertical para accionar la válvula; donde las fuerzas de fricción bajas entre las partes (56, 46, 42, 54) se deben a que las partes (56, 46, 42, 54) se fabrican con un material de baja fricción.

13. El procedimiento la reivindicación 12, donde soportar la carga a través del fuelle (54) y el anillo espaciador (56) comprende entrar en contacto con un material de baja fricción del anillo espaciador (56).

14. El procedimiento de la reivindicación 12, donde el anillo espaciador (56) comprende un primer material que tiene un primer coeficiente de fricción que es menor que un segundo coeficiente de fricción de un segundo material del fuelle (54).