ITMI20102248A1 - Valvola di controllo per unità di collegamento separabili per tubi flessibili. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
“Valvola di controllo per unità di collegamento separabili per tubi flessibili†,
La presente invenzione concerne una valvola di controllo del tipo a petali per unità di collegamento separabili per tubi di trasferimento per prodotti fluidi, in particolare per prodotti petroliferi.
Il trasferimento di prodotti petroliferi in mare, da installazione petrolchimica, da piattaforma o da nave a nave, da nave a istallazione a terra e viceversa, avviene notoriamente attraverso tubi flessibili e unità di collegamento dei tubi medesimi che consistono in due parti separabili, ciascuna dotata di una rispettiva valvola di controllo che si chiude automaticamente al momento della separazione per limitare la perdita di prodotto in mare con conseguente minore inquinamento dello stesso. Queste unità di collegamento vengono posizionate sulla parte del tubo flessibile posizionato in mare ed hanno come obiettivo primario di proteggere il tubo e più in generale tutta la linea di collegamento in caso di situazione anomala che causi un eccessivo tiro sul tubo o una eccessiva pressione sulla linea. Tali situazioni anomale possono essere: nave o più in generale installazione petrolifera (FPSO) che rompe gli ormeggi e si allontana mettendo in tensione la tubazione flessibile, mare agitato che causa sforzi sulla tubazione oltre i limiti, battello che urta la tubazione e la trascina instaurando carichi eccessivi sulla stessa, chiusura rapida di una valvola a valle del flusso o qualsiasi altro motivo che causi un eccessivo carico assiale e/o innalzamento di pressione.
Le unità di collegamento attualmente disponibili sono fatte in modo che la chiusura delle valvole di controllo avvenga subito dopo la separazione delle due parti dell’ unità di collegamento ed avvenga automaticamente, cioà ̈ senza comando da parte di un operatore nelle situazioni sopracitate .
Sono altresì note valvole di controllo del fluido del tipo a petali, ossia formate da una pluralità di spicchi o settori girevoli che vengono fatti ruotare tra una posizione di apertura in cui i petali sono sostanzialmente paralleli alla direzione di flusso del prodotto petrolifero ed una posizione di chiusura in cui i petali convergono trasversalmente all’asse dell’unità per bloccare quasi completamente il flusso di piodotto. Lo spostamento dalla posizione di apertura alla posizione di chiusura avviene sotto la spinta di mezzi elastici quando, per effetto di una sollecitazione a trazione assiale imposta all’unità di collegamento, viene a cessare l’azione di trattenuta esercitata, per esempio, da un manicotto interno sfilabile assialmente. Freni fluidodinamici rallentano opportunamente la velocità di chiusura della valvola a monte per evitare che l’azione combinata dei mezzi elastici e del fluido in pressione determini una pressione eccessiva, chiamata “colpo d’ariete†, che può avere effetti distruttivi sulla valvola di controllo e sulla stessa unità di collegamento.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una valvola di controllo del tipo a petali, o più in generale a settori girevoli, che sia particolarmente idonea per evitare la formazione del colpo d’ariete in fase di chiusura quando utilizzata come valvola di controllo a monte in unità di collegamento separabili per tubi flessibili.
In accordo con l’invenzione tale scopo viene raggiunto con una valvola di controllo per unità di collegamento per tubi flessibili, comprendente una pluralità di settori (spicchi o petali) girevoli tra una posizione di completa apertura ad una posizione di completa chiusura, caratterizzata dal fatto che detta pluralità di settori girevoli comprende almeno due serie di settori girevoli di diversa forma e dimensioni disposti in modo alternato lungo la circonferenza dell’unità di collegamento.
Quando la valvola di controllo secondo l’invenzione à ̈ utilizzata come valvola a monte nella direzione di flusso del fluido, i settori di dimensioni minori vengono preferibilmente comandati in modo da chiudersi più lentamente rispetto a quelli di dimensioni maggiori in modo da limitare ulteriormente la possibilità di formazione di un colpo d’ariete.
La forma e le dimensioni dei suddetti settori girevoli sono preferibilmente tali da consentire una parziale sovrapposizione dei settori adiacenti per una migliore tenuta tra i settori medesimi.
In questo modo, à ̈ possibile, regolando opportunamente i freni fluidodinamici, evitare in fase di chiusura la formazione del colpo d’ariete ed i relativi effetti dannosi per l’installazione.
Le caratteristiche della presente invenzione saranno rese maggiormente evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica mostrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, in cui:
la figura 1 mostra l’insieme, parzialmente sezionato in direzione assiale, di un’unità di collegamento per tubi flessibili che include due valvole di controllo secondo la presente invenzione;
la figura 2 mostra in prospettiva esplosa la valvola di controllo a monte dell’unità di collegamento di figura 1 ;
la figura 3 mostra in prospettiva esplosa la valvola di controllo a valle dell’unità di collegamento di figura 1 ;
la figura 4 mostra il dettaglio ingrandito, sezionato come in figura 1, di un dispositivo secondo la presente invenzione, utilizzato per la chiusura di un settore girevole della valvola di controllo a monte dell’unità di collegamento di figura 1;
la figura 5 mostra lo stesso dispositivo in fase di chiusura del suddetto settore girevole;
la figura 6 mostra il dettaglio ingrandito, sezionato in direzione assiale, di un dispositivi utilizzato per la chiusura di un settore girevole della valvola di controllo a valle dell’unità di collegamento di figura 1 ;
la figura 7 mostra il dispositivo di figura 6 in fase di chiusura del suddetto settore girevole;
le figura 8-10 mostrano possibili forme di realizzazione della cartuccia di regolazione della velocità di chiusura dei settori girevoli della valvola di controllo a monte;
le figure 11 e 12 mostrano viste prospettiche opposte tra loro di un esempio di settore girevole di dimensioni maggiori;
le figure 13 e 14 mostrano viste in pianta opposte tra loro del suddetto settore girevole di dimensioni maggiori;
la figura 15 mostra una vista frontale parzialmente sezionata del suddetto settore girevole di dimensioni maggiori;
le figure 16 e 17 mostrano viste prospettiche opposte tra loro di un esempio di settore girevole di dimensioni minori;
le figure 18 e 19 mostrano viste in pianta opposte tra loro del suddetto settore girevole di dimensioni minori;
la figura 20 mostra una vista frontale parzialmente sezionata del suddetto settore girevole di dimensioni minori;
la figura 21 mostra settori girevoli adiacenti in posizione di chiusura.
In figura 1 à ̈ visibile un’unità di collegamento per tubi flessibili, che comprende due parti o corpi di valvola separabili 1 e 2, rispettivamente a monte e a valle nella direzione di flusso del prodotto fluido trasportato.
Le due parti 1 e 2 sono collegate da viti di rottura 3, che in caso di forte sollecitazione a trazione (uguale o superiore al carico di settaggio) si rompono rendendo possibile la separazione delle due parti.
Airintemo dell’unità di collegamento à ̈ disposto un manicotto cilindrico scorrevole 4 (fig. 1), che à ̈ automaticamente sfilabile assialmente dall’unità di collegamento al momento della separazione delle due parti dell’unità .
Il manicotto cilindrico 4 mantiene normalmente in posizione di apertura due valvole 5-5’ a settori girevoli, ciascuna della quali à ̈ composta da due serie di petali o spicchi 6-7 e 6’ -7’ di diversa forma e diverse dimensioni, che si alternano circonferenzialmente e sono ruotabili attorno a rispettivi assi 8-8’ tra la posizione di apertura delle figure 1-4 e 6 quella di chiusura delle figure 5 e 7.
Le funzioni e le modalità operative del manicotto 4 sono ad esempio descritte nella domanda di brevetto italiano MI2009A002146 depositata il 4.12.2009 a nome della stessa Richiedente.
Prendendo ad esempio la valvola di controllo 5, le figure 11-21 mostrano in dettagli la forma e la funzionalità dei loro petali 6 e 7.
Un petalo 7 di dimensioni maggiori à ̈ mostrato nelle figure 11-15, dove à ̈ visto munito di un’estremità a V 31, i cui lati 32 sono destinati ad attestarsi a stretta tenuta di fluido contro i corrispondenti lati di altri petali 7 vicini ad essi. Ogni petalo 7 ha inoltre fianchi laterali 33 con estremità arcuata 34, che prevedono un gradino 35 su cui va ad appoggiarsi, a valvola 5 chiusa, un fianco di un petalo 6 di dimensioni minori interposto tra due petali 7 di dimensioni maggiori.
Un petalo 6 di dimensioni minori à ̈ mostrato a sua volta nelle figure 16-20, dove à ̈ visto munito di un’estremità arrotondata 36 con gradino 37, che a valvola 5 chiusa va ad impegnarsi a tenuta con le estremità arcuate 34 di due petali 7 adiacenti, e di fianchi diritti 38 su cui prosegue il gradino 37, che a valvola 5 chiusa vanno ad impegnarsi a tenuta con i fianchi laterali 33 dei due petali 7 adiacenti.
La configurazione di chiusura di due petali 7 con petalo intermedio 6 Ã ̈ mostrata in figura 21.
Per il suo movimento dalla posizione di apertura alla posizione di chiusura ogni settore girevole 6-7 della valvola di controllo 5 situata a monte nella direzione di flusso del prodotto fluido à ̈ girevole attorno al proprio asse 8 sotto il comando di un rispettivo dispositivo di chiusura automatica, indicato complessivamente con il numero 9 nelle figure 1, 4 e 5. Ogni dispositivo 9 comprende, all’intemo di un corpo di contenimento 10-11, un corpo fisso 12 ed un corpo mobile 13 scorrevole assialmente rispetto al corpo fisso 12 (figure 4 e 5). All’intemo del corpo fisso 12 à ̈ definita una prima camera 14 che si estende all’interno di una prima parte del corpo mobile 13 fino a una parete trasversale 15, che à ̈ in battuta con un tallone di comando 16 di un rispettivo settore girevole 6-7 della valvola di controllo. All’interno della prima camera 14 à ̈ alloggiata una molla elicoidale 17, che può estendersi dalla condizione compressa di figura 4 alla condizione allungata di figura 5. L’allungamento della molla 17 si verifica automaticamente quando il manicotto 4, secondo le modalità spiegate nella domanda di brevetto italiano MI2009A002146, si sfila assialmente dall’ interno della valvola 5 facendo cessare la sua azione di trattenuta dei settori girevoli 6 e 7 della valvola stessa.
All’estremità opposta del corpo scorrevole 13 à ̈ definita una seconda camera 18, in cui à ̈ normalmente alloggiato un fluido frenante di viscosità opportunamente scelta. Le due camere 14 e 18 comunicano tramite un condotto di trafilamento 19, che ha una parte di ingresso allargata 20 in cui à ̈ inserita una cartuccia 21 di regolazione della velocità di flusso, che ha una parte cilindrica 22 de una parte di ingresso 23 dotata di una scanalatura esterna elicoidale 24. Esempi di cartucce 21 con differenti estensioni delle scanalature esterne 24 sono mostrate nelle figure 8-10.
La descritta comunicazione tra le camere 14 e 18 ha l’effetto di provocare il trafilamento del fluido frenante dalla camera 18 alla camera 14 durante lo spostamento del corpo scorrevole 13 dalla posizione di figura 4 a quella di figura 5, causato dalla spinta della molla 17 in assenza del manicotto 4 e, nel corso della rotazione di chiusura dei settori di valvola 6-7, dal fluido in pressione che percorre la parte di raccordo 1. Il trafilamento del fluido frenante rallenta la velocità di chiusura della valvola evitando bruschi impatti che possono danneggiare i settori girevoli della valvola stessa. Sono così evitati bruschi innalzamenti di pressione noti come colpi d’ariete.
La velocità di trafilamento, e quindi la velocità di chiusura dei singoli petali girevoli, dipende dalla sezione del condotto di trafilamento 19, dal diametro della parte cilindrica 22 delle cartucce 21 e dall’estensione delle scanalature esterne elicoidali 24 delle cartucce 21 e può essere modificata sostituendo le cartucce con altre di diverso diametro e diversamente scanalate.
E’ così possibile prevedere cartucce di un tipo per i settori girevoli 6 di minori dimensioni e cartucce di un altro tipo per i settori girevoli 7 di maggiori dimensioni, in modo da determinare differenti velocità di rotazione, e quindi di chiusura, dei singoli petali della valvola 5. Più precisamente à ̈ possibile fissare una maggiore velocità di chiusura per i petali 7 di dimensioni maggiori ed una minore velocità di chiusura per i petali 6 di dimensioni minori, che conseguentemente vengono a sovrapporsi ed appoggiarsi parzialmente sui bordi dei petali 7 adiacenti, realizzando la configurazione di chiusura di figura 21. Ciò consente di ottenere una chiusura che limiti al massimo la fuoriuscita di prodotto durante la chiusura dei settori girevoli o petali della valvola di controllo, limitando il picco di pressione generato dal colpo d’ariete a livelli accettabili.
I settori girevoli o petali 6’ -7’ della valvola di controllo 5’ a valle nella direzione di flusso del fluidi sono a loto volta dotati di dispositivi 9’ di chiusura automatica, mostrati nelle figure 1, 6 e 7, che prevedono analogamente corpi fissi 12’, corpi scorrevoli 13’ e molle 17’ normalmente compresse, che attraverso i talloni 16’ determinano la rotazione e quindi la chiusura automatica dei vari settori girevoli 6-7 della valvola 5’ in caso di sfilamento del manicotto 4. Manca invece un effetto frenante analogo a quello determinato dal trafilamento di fluido frenante dalla camera 18 alla camera 14. L’effetto frenante à ̈ infatti determinato dal fluido in pressione presente all’interno della parte di raccordo 2.
Claims (4)
- RIVENDICAZIONI 1. Valvola di controllo (5, 5’) per unità di collegamento per tubi flessibili, comprendente una pluralità di settori (spicchi o petali) (6-7, 6’-7’) girevoli tra una posizione di completa apertura ad una posizione di completa chiusura, caratterizzata dal fatto che detta pluralità di settori girevoli (6-7, 6’-7’) comprende almeno due serie di settori girevoli di diversa forma e dimensioni disposti in modo alternato lungo la circonferenza dell’ unità di collegamento.
- 2. Valvola di controllo secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che, se la valvola à ̈ utilizzata come valvola a monte (5) dell’unità di collegamento nella direzione di flusso del fluido, i settori di dimensioni minori (6, 6’) sono comandati in modo da chiudersi più lentamente rispetto a quelli (7, 7’) di dimensioni maggiori.
- 3. Valvola di controllo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detti settori girevoli (6-7, 6’ -7’) hanno forma e dimensioni tali da consentire una parziale sovrapposizione dei bordi dei settori (6-7, 6’-7’) adiacenti per una migliore tenuta tra i settori medesimi.
- 4. Valvola di controllo secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che i settori (7, 7’) di dimensioni maggiori hanno un’estremità a V (31), i cui lati (32) sono destinati ad attestarsi a stretta tenuta di fluido contro i corrispondenti lati di altri settori (7) di dimensioni maggiori vicini ad essi, ed hanno inoltre fianchi laterali (33) con estremità arcuata (34), che prevedono un gradino (35) su cui va ad appoggiarsi, a valvola (5, 5’) chiusa, un fianco di un settore girevole (6, 6’) di dimensioni minori interposto tra due settori girevoli (7, 7’) di dimensioni maggiori, e detti settori girevoli (6, 6’) di dimensioni minori hanno un’estremità arrotondata (36) con gradino (37), che a valvola (5, 5’) chiusa va ad impegnarsi a tenuta con le estremità arcuate (34) di due settori girevoli (7, 7’) adiacenti, e fianchi diritti (38) su cui prosegue il gradino (37), che a valvola (5, 5’) chiusa vanno ad impegnarsi a tenuta con i fianchi laterali (33) dei due settori girevoli (7, 7’) adiacenti.
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