ITMI20112392A1

ITMI20112392A1 - Apparati e metodi per attuare valvole

Info

Publication number: ITMI20112392A1
Application number: IT002392A
Authority: IT
Inventors: Riccardo Bagagli; Leonardo Tognarelli
Original assignee: Nuovo Pignone Spa
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-06-28
Also published as: KR20140111658A; CN107100812B; RU2618363C2; CN104011380A; US20150004035A1; WO2013098104A1; JP2015503696A; CA2859308C; BR112014015739A2; JP6163496B2; MX2014007921A; CN107100812A; KR101990029B1; CA2859308A1; EP2798213A1; RU2014123161A; BR112014015739A8; CN104011380B

Description

TITLE / TITOLO

APPARATUSES AND METHODS FOR ACTUATING VALVES APPARATI E METODI PER ATTUARE VALVOLE

ARTE NOTA CAMPO TECNICO

Le forme di realizzazione dell'oggetto divulgato dal presente documento si riferiscono in generale ad apparati e metodi per attuare le valvole utilizzate nei compressori alternativi nell'industria petrolifera e del gas e, più particolarmente, a dispositivi e metodi destinati ad amplificare uno spostamento e/o una forza associata allo spostamento, tra un attuatore e la valvola attuata.

TRATTAZIONE DELL'ARTE NOTA

I compressori sono dispositivi meccanici che aumentano la pressione di un gas e si possono trovare nei motori, nelle turbine, nella generazione di energia, nelle applicazioni criogeniche, nella lavorazione del petrolio e del gas, ecc. Considerata la diffusione del loro impiego, vari meccanismi e tecniche relativi ai compressori spesso sono oggetto di ricerca, per migliorare l'efficienza del compressore e risolvere problemi riguardanti determinati ambiti operativi. Una particolarità che occorre tenere presente in merito ai compressori in uso nell'industria petrolifera e del gas è data dal fatto che il fluido compresso di frequente è corrosivo e combustibile. L'American Petroleum Institute (API), l’organizzazione che stabilisce lo standard riconosciuto nel settore per le attrezzature usate nell'industria petrolifera e del gas, ha pubblicato un documento, API618 (la cui versione aggiornata al giugno 2011 è integrata nel presente tramite riferimento), in cui viene elencato un insieme completo di requisiti minimi per i compressori alternativi.

I compressori possono essere classificati come compressori volumetrici (ad es., compressori alternativi, a vite o rotativi a palette) o compressori dinamici (ad es., compressori centrifughi o assiali). Nei compressori volumetrici il gas viene compresso intrappolandolo in una camera il cui volume è poi ridotto. Nei compressori dinamici il gas viene compresso trasferendo l’energia cinetica prodotta di solito da un elemento rotante, quale una girante, al gas che deve essere compresso dal compressore.

La Figura 1 rappresenta un’illustrazione di un tradizionale compressore alternativo a doppia camera 10 (ossia, un compressore volumetrico), che trova applicazione nell'industria petrolifera e dei gas. La compressione avviene in a cilindro 20. Un fluido da comprimere (ad es., gas naturale) viene immesso nel cilindro 20 attraverso un ingresso 30 e attraverso le valvole 32, 34 e, dopo la compressione, viene erogato attraverso le valvole 42 e 44 e poi un’uscita 40. Il compressore funziona secondo un processo ciclico durante il quale il fluido viene compresso per effetto di un movimento del pistone 50 nel cilindro 20, tra un’estremità di testa 26 e un’estremità di manovella 28. Il pistone 50 suddivide il cilindro 20 in due camere 22 e 24, che funzionano in fasi diverse del processo ciclico, laddove il volume della camera 22 raggiunge il suo valore minimo quando il volume della camera 24 raggiunge il suo valore massimo e vice-versa.

Le valvole di aspirazione 32 e 34 si aprono in momenti diversi per ammettere il fluido che sarà soggetto a compressione (ossia, avente una pressione iniziale/di aspirazione P-i) dall’ingresso 30 rispettivamente nelle camere 22 e 24. Le valvole di scarico 42 ed 44 si aprono per consentire al fluido compresso (ossia, avente una seconda pressione/pressione di scarico P2) di essere erogato, rispettivamente dalle camere 22 e 24, attraverso l’uscita 40. Il pistone 50 si muove per effetto dell'energia trasmessa da un albero motore 60 attraverso un piede della manovella 70 e un’asta di pistone 80. Tradizionalmente le valvole di aspirazione e di scarico (ad es., 32, 34, 42 e 44) utilizzate in un compressore alternativo sono valvole automatiche, che vengono commutate tra uno stato di chiusura e uno stato di apertura per effetto della pressione differenziale nella valvola.

Il tipico ciclo di compressione consta di quattro fasi: espansione, aspirazione, compressione e scarico. Quando il fluido compresso viene erogato da una camera al termine di un ciclo di compressione, una piccola quantità del fluido alla pressione di mandata P2resta intrappolata in uno spazio nocivo (ossia, il volume minimo della camera). Durante la fase di espansione e la fase di aspirazione del ciclo di compressione, il pistone si sposta per aumentare il volume della camera. All'inizio della fase di espansione, la valvola di mandata si chiude (la valvola di aspirazione resta chiusa), quindi la pressione del fluido intrappolato diminuisce, poiché il volume della camera disponibile per il fluido aumenta. La fase di aspirazione del ciclo di compressione ha inizio quando la pressione all'interno della camera diventa uguale alla pressione di aspirazione p-i, causando l’apertura della valvola di aspirazione. Durante la fase di aspirazione, il volume della camera e la quantità di fluido da sottoporre a compressione (alla pressione p-i) aumentano fino a raggiungere un volume massimo della camera.

Durante le fasi di compressione e scarico del ciclo di compressione il pistone si sposta in una direzione opposta a quella di moto seguita durante le fasi di espansione e compressione, per diminuire il volume della camera. Durante la fase di compressione ambedue le valvole di aspirazione e mandata sono chiuse (ossia il fluido non entra o non esce dal cilindro), mentre la pressione del fluido nella camera aumenta (dalla pressione di aspirazione Pi alla pressione di mandata P2) poiché il volume della camera diminuisce. La fase di mandata del ciclo di compressione ha inizio quando la pressione all’interno della camera diventa uguale alla pressione di mandata p2, causando l’apertura della valvola di mandata. Durante la fase di mandata il fluido alla pressione di mandata p2viene erogato dalla camera, finché non viene raggiunto il volume minimo (spazio nocivo) della camera.

La Figura 2 illustra graficamente in un sistema di coordinate pressione - volume, rispettivamente per i cicli di compressione che hanno luogo nella camera 22 (la linea continua) e per i cicli di compressione che hanno luogo nella camera 24 (la linea tratteggiata). Nel grafico il volume Vcidella camera 22 aumenta da sinistra a destra, mentre il volume Vcidella camera 24 aumenta da destra a sinistra. La fase di espansione corrisponde rispettivamente a 1-2 e 1’-2’, la fase di aspirazione corrisponde a 2-3 e 2’-3’, la fase di compressione corrisponde a 3-4 e 3’-4’, e la fase di scarico corrisponde a 4-1 e 4’-1’.

Si prevedono vantaggi potenziali ai fini di una maggiore efficienza e un ridotto spazio nocivo per i compressori alternativi impiegati neH'industria petrolifera e del gas qualora si utilizzino valvole attuate e non automatiche. Tuttavia l’uso di valvole attuate non è stato ancora sviluppato, a causa dei particolari requisiti tecnici che caratterizzano l’utilizzo di compressori alternativi nell’industria petrolifera e del gas. Nessuno degli attuatori attualmente disponibili è in grado di fornire le maggiori forze, gli spostamenti più lunghi e i minori tempi di risposta richiesti contemporaneamente. Inoltre, nell'industria petrolifera e del gas, un aspetto che rende altrettanto necessario l’uso di valvole attuate in compressori alternativi è costituito dall'infiammabilità del fluido e un’esplosione finirebbe con il danneggiare il compressore.

Per contro l’impiego di valvole attuate nel settore automobilistico (più di frequente da parte di attuatori elettrici) può richiedere una grande forza e un breve tempo di risposta, ma non un lungo spostamento. Inoltre nelle attrezzature del settore automobilistico, le esplosioni non costituiscono un problema, essendo effettivamente un fenomeno voluto, e l’elevata pressione che si genera per effetto delle esplosioni viene dissipata nell'ambiente.

Sempre contrariamente alle attrezzature in uso nel settore petrolifero e del gas, l’impiego di valvole attuate nelle attrezzature navali (più di frequente da parte di attuatori pneumatici o idraulici) richiede grandi forze e può comportare lunghi spostamenti, ma il tempo di azionamento non è cruciale.

Di conseguenza sarebbe auspicabile fornire gruppi valvola e metodi che consentissero l’uso di valvole attuate nei compressori alternativi impiegati nell'industria petrolifera e del gas.

SINTESI

Le diverse realizzazioni del presente concetto inventivo presentano apparati e metodi atti a superare le problematiche tecniche incontrate nell’azionamento di valvole in compressori alternativi impiegati nell'industria petrolifera e del gas.

Secondo una forma di realizzazione esemplificativa, un gruppo valvola utilizzabile in un compressore alternativo per l’industria petrolifera e del gas include un attuatore configurato per realizzare uno spostamento, un albero collegato all’attuatore e configurato per trasmettere lo spostamento dall’attuatore a un apposito elemento di chiusura valvolare di una valvola del compressore alternativo e un meccanismo di trasmissione dello spostamento, collegato all’albero e configurato per amplificare lo spostamento e/o una forza associata allo spostamento generato dall’attuatore.

Secondo un'altra forma di realizzazione esemplificativa, un compressore alternativo impiegato nell'industria petrolifera e del gas presenta (1) un corpo compressore al cui interno un fluido viene compresso per aumentarne la pressione, (2) almeno una valvola collegata al corpo compressore e configurata per commutare dalla posizione chiusa in cui al fluido non è consentito il passaggio attraverso la valvola e una posizione aperta in cui al fluido è consentito il passaggio attraverso la valvola, in funzione di una posizione di un apposito elemento di chiusura valvolare, e (3) un gruppo valvola collegato ad almeno una valvola. Il gruppo valvola include (A) un attuatore configurato per generare uno spostamento, (B) un albero configurato per trasmettere lo spostamento dall’attuatore a un apposito elemento di chiusura valvolare del compressore alternativo e (C) un meccanismo di trasmissione dello spostamento collegato all'albero e configurato per amplificare lo spostamento e/o una forza associata allo spostamento, per azionare l’apposito elemento di chiusura valvolare.

Secondo un'altra forma di realizzazione esemplificativa, viene previsto un metodo di adattamento di un compressore alternativo impiegato nell'industria petrolifera e del gas, che inizialmente presenta una valvola automatica. Tale metodo include (1) l’installazione di un attuatore configurato per generare uno spostamento, esternamente al percorso di un fluido nel compressore alternativo, (2) l’installazione di un albero collegato all’attuatore e configurato per ricevere lo spostamento, per inserirsi nel percorso del fluido nel compressore alternativo e collegare un apposito elemento di chiusura valvolare, e (3) il collegamento di un meccanismo di trasmissione dello spostamento tra l’attuatore e l’apposito elemento di chiusura della valvola automatica, essendo il meccanismo di trasmissione dello spostamento configurato per amplificare lo spostamento e/o una forza associata allo spostamento, quando lo spostamento viene trasmesso dall’albero per attuare l'apposito elemento di chiusura della valvola.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

I disegni allegati nella descrizione dettagliata, e di cui costituiscono parte integrante, rappresentano una o più forme di realizzazione e, unitamente alla descrizione, spiegano tali forme di realizzazione. Nei disegni:

la Figura 1 è un diagramma schematico di un tradizionale compressore alternativo a doppia camera;

la Figura 2 è un grafico che illustra un tipico ciclo di compressione;

la Figura 3 rappresenta un compressore alternativo secondo una forma di realizzazione esemplificativa;

la Figura 4 è un diagramma schematico di un gruppo valvola secondo una forma di realizzazione esemplificativa;

la Figura 5 è un diagramma schematico di un gruppo valvola secondo un'altra forma di realizzazione esemplificativa;

la Figura 6 è un diagramma schematico di un gruppo valvola secondo un'altra forma di realizzazione esemplificativa;

la Figura 7 è un diagramma schematico di un gruppo valvola secondo un'altra forma di realizzazione esemplificativa;

la Figura 8 è un diagramma schematico di un gruppo valvola secondo un'altra forma di realizzazione esemplificativa;

la Figura 9 è un diagramma schematico di un gruppo valvola secondo un'altra forma di realizzazione esemplificativa;

la Figura 10 è un diagramma schematico di un gruppo valvola secondo un'altra forma di realizzazione esemplificativa; e

la Figura 11 è un diagramma di flusso che illustra un metodo per adeguare un compressore alternativo impiegato nell'industria petrolifera e del gas secondo una forma di realizzazione esemplificativa.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

La seguente descrizione delle forme di realizzazione esemplificative fa riferimento ai disegni allegati. Numeri di riferimento uguali, ricorrenti in disegni diversi, rappresentano elementi simili o identici. La seguente descrizione dettagliata non limita l'invenzione. Al contrario, il campo di applicazione dell’invenzione è definito dalle rivendicazioni in appendice. Le seguenti forme di realizzazioni sono esaminate, per ragioni di semplicità, in relazione alla terminologia e alla struttura di compressori alternativi che trovano impiego nell'industria petrolifera e del gas Tuttavia le forme di realizzazione che saranno successivamente trattate non si limitano a questi sistemi, ma si possono applicare ad altri.

In tutta la descrizione dettagliata il riferimento a "una forma di realizzazione" sta a indicare che una particolare caratteristica, struttura o proprietà descritta in relazione a una forma di realizzazione è inclusa in almeno una realizzazione dell'oggetto divulgato. Pertanto il ricorso all'espressione "in una forma di realizzazione" in diversi punti della descrizione dettagliata non farà necessariamente riferimento alla stessa forma di realizzazione. Inoltre le particolari funzioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in qualsiasi modo adatto in una o più forme di realizzazione.

Un obiettivo delle forme di realizzazioni descritte di seguito è fornire apparati (ossia, gruppi valvola) e metodi che permetterebbero l’uso di una o più valvole attuate in compressori alternativi. Le valvole attuate possono essere valvole lineari (di traslazione) o valvole rotative (di rotazione). Gli attuatori possono essere attuatori lineari, che generano uno spostamento lineare, o attuatori rotativi, che generano uno spostamento angolare. Gli (uno o più) attuatori, che sono configurati e collegati per azionare appositi componenti di chiusura delle (una o più) valvole, preferibilmente vengono installati all’esterno del corpo dei compressori alternativi, affinché gli attuatori non siano a contatto diretto con il fluido infiammabile.

Attualmente sono disponibili in commercio attuatori pneumatici, idraulici ed elettrici. Gli attuatori idraulici e pneumatici possono essere in grado di erogare il necessario livello di forza, ma il tempo di generazione della forza e dello spostamento sono oltremodo superiori al breve tempo richiesto per attuare ie valvole nei compressori alternativi impiegati nell'industria petrolifera e del gas. Gli attuatori elettrici possono funzionare entro il tempo di risposta richiesto, ma non generano una forza e/o uno spostamento sufficienti (ad es., di solito, generano solo uno spostamento lineare di 1-2 mm o uno spostamento angolare fino a 40°). Pertanto i diversi gruppi valvola descritti di seguito secondo le forme di realizzazione esemplificative amplificano lo spostamento e/o la forza generata da un attuatore per una valvola di un compressore alternativo impiegato nell'industria petrolifera e del gas. Amplificando lo spostamento e/o la forza, diventa possibile utilizzare gli attuatori attualmente disponibili nel compressore alternativo impiegato nell'industria petrolifera e del gas.

Una forma di realizzazione esemplificativa di un compressore alternativo 300 che presenta una valvola attuata 332 viene illustrata schematicamente nella Figura 3. Il compressore 300 è un compressore alternativo a doppia camera. Tuttavia i gruppi valvola secondo forme di realizzazione simili a quelle illustrate nelle Figure da 4 a 10 possono essere utilizzati anche in compressori alternativi a singola camera. La compressione si verifica nelle camere 322 e 324 di un cilindro 320. Un fluido da comprimere (ad es., gas naturale) viene immesso nel cilindro 320 attraverso un ingresso 330 e, dopo la compressione, viene erogato attraverso un’uscita 340. Il volume della camera 322 e 324 viene modificato per effetto del movimento del pistone 350 lungo l'asse longitudinale del cilindro 320, alternando tra lo spostamento verso un’estremità di testa 326 e verso un'estremità di manovella 328. Il pistone 350 suddivide il cilindro 320 in due camere 322 e 324 che funzionano in fasi diverse del processo ciclico, laddove il volume della camera di compressione 322 raggiunge il suo valore minimo quando il volume della camera di compressione 324 raggiunge il suo valore massimo e vice-versa.

Le valvole di aspirazione 332 e 334 si aprono per ammettere il fluido che sarà soggetto a compressione (ossia, avente una pressione iniziale Pi ) dall’ingresso 330 rispettivamente nelle camere 322 e 324. Le valvole di scarico 342 è 344 si aprono per consentire al fluido compresso (ossia, avente una seconda pressione P∑) di essere erogato, rispettivamente dalle camere 322 e 324, attraverso l’uscita 340. Il pistone 350 si muove per effetto dell’energia ricevuta, ad esempio, da un albero motore (non mostrato) attraverso un piede della manovella (non mostrato) e un’asta del pistone 380. Nella Figura 3, le valvole 332, 334, 342 e 344 vengono illustrate posizionate su una parete laterale del cilindro 320. Tuttavia le valvole 332 e 342, 334 e 344, possono essere posizionate rispettivamente sull’estremità di testa 326 e/o sull’estremità della biella 328 del cilindro 320.

Contrariamente a una valvola automatica, che viene aperta a seconda di una pressione differenziale sui lati opposti di un apposito elemento di chiusura della valvola, una valvola attuata, quale 332 nella Figura 3, si apre quando un attuatore, quale 337 nella Figura 3, esercita una forza trasmessa attraverso un meccanismo di accoppiamento valvola-attuatore 335 di un apposito elemento di chiusura 333 della valvola 332, in modo da indurre uno spostamento lineare o angolare dell'apposito elemento di chiusura 333. Le valvole attuate sono più affidabili rispetto alle valvole automatiche e offrono vantaggi ai fini dell’incremento dell’efficienza e della riduzione dello spazio nocivo per i compressori alternativi impiegati nell'industria petrolifera e del gas. Una o più valvole del compressore alternativo 300 possono essere valvole attuate. In alcune forme di realizzazione si può anche trovare una combinazione di valvole attuate e valvole automatiche; ad esempio, le valvole di aspirazione possono essere valvole attuate, mentre le valvole di scarico possono essere valvole automatiche.

La Figura 4 è una rappresentazione schematica di un gruppo valvola 400, secondo una forma di realizzazione esemplificativa. Un attuatore 410, posizionato all’esterno di un corpo compressore 420, è configurato per fornire uno spostamento angolare a un albero 430 che si inserisce nel corpo compressore 420.

L’albero 430 presenta dei collari 432 e 434 in prossimità rispettivamente dei supporti del coperchio dell’albero 440 e 450. Almeno uno dei collari 432 e 434 può essere amovibile, per agevolare l’installazione dell’albero 430 (ossia, l’albero 430 e i collari 432 e 434 non sono realizzati come un blocco unico). I supporti del coperchio 440 e 450, insieme a un coperchio 460, sono montati per alloggiare e sostenere il gruppo valvola 400. Le tenute statiche 442 e 452, posizionate rispettivamente tra i supporti del coperchio 440 e 450 e il coperchio 460, garantiscono che il fluido ad alta pressione all’interno del compressore non fuoriesca dallo stesso. Tali tenute statiche possono essere degli O-ring.

Un cuscinetto reggispinta 444, posizionato tra il collare 432 e il supporto del coperchio dell’albero 440, e un cuscinetto reggispinta 454, posizionato tra il collare 434 e il supporto del coperchio 450, sono configurati per eliminare la forza (vedere le frecce che puntano dall’interno all’esterno) a causa della differenza di pressione tra il fluido (ad es., gas naturale) all'interno del corpo compressore e l’ambiente all’esterno del corpo compressore, in cui è situato l’attuatore 410. È possibile ricorrere ad altri tipi di cuscinetto diversi dai cuscinetti reggispinta. Le tenute dinamiche 446, ubicate tra l'albero 430 e il coperchio 460, garantiscono che il fluido ad alta pressione all’interno del compressore non fuoriesca dallo stesso. Tali tenute dinamiche possono essere tenute a labirinto.

Una camma 436 è fissata all'albero 430 (per la rotazione con l’albero), tra i collari 432 e 434. La camma 436 ha una forma asimmetrica rispetto all’asse di rotazione dell'albero 430. La camma 436 è configurata per essere a contatto con un albero attuatore 470, che è collegato a un apposito elemento di chiusura (non mostrato) di una valvola lineare (ad es., una valvola a spillo o una valvola ad anello). A causa della forma della camma 436, uno spostamento rotatorio trasmesso dall’attuatore 410 all'albero 430 è convertito in uno spostamento lineare dell'apposito elemento di chiusura della valvola.

In questo modo, a causa della camma 436, il gruppo 400 può essere utilizzato per amplificare e convertire uno spostamento angolare generato da un attuatore elettrico (ad es., fino a 40°) in uno spostamento lineare necessario (ad es., 5-10 mm) per attuare una valvola in un compressore alternativo.

La Figura 5 è una rappresentazione schematica di un gruppo valvola 500, secondo un'altra forma di realizzazione esemplificativa. Alcuni componenti del gruppo valvola 500 sono simili ai componenti del gruppo valvola 400 nella Figura 4 e, pertanto, riportano le stesse didascalie e non sono descritte nuovamente per evitare ripetizioni. Tuttavia anche i componenti simili possono avere caratteristiche sostanzialmente diverse. L’attuatore 410, posizionato all'esterno del corpo compressore 420, è configurato per fornire uno spostamento angolare a un albero 530 che s’inserisce nel corpo compressore 420. L'albero 530 presenta collari 532 e 534 in prossimità dei supporti del coperchio dell’albero 440 e 450. I supporti dei coperchi 440 e 450 insieme al coperchio 460 sono montati per alloggiare e sostenere il gruppo valvola 500.

L'albero 530 è configurato per avere una porzione 536 sostanzialmente parallela a un asse di rotazione dell'albero, ma a una significativa distanza prestabilita (ossia, visibile, con un influsso sul moto dei componenti fìssati a tale porzione) dall'asse. Un asta di collegamento 570 è fissata alla porzione 536. Un’estremità 572 dell’asta di collegamento 570 verso la porzione 536 ruota con la porzione 536, mentre l’estremità opposta 574, collegata a un albero attuatore 575, esegue uno spostamento lineare. Lo spostamento lineare viene trasmesso all’apposito elemento di chiusura della valvola (non mostrato) attraverso l’albero attuatore 575.

In questo modo, per via della forma dell'albero 530 e dell’asta di collegamento 570, uno spostamento angolare relativamente ridotto dell'albero causato dall’attuatore 410 viene convertito in uno spostamento sostanzialmente lineare dell'elemento di chiusura della valvola.

La Figura 6 è una rappresentazione schematica di un gruppo valvola 600, secondo un'altra forma di realizzazione esemplificativa. Nel gruppo valvola 600, uno spostamento lineare generato da un attuatore 610 è convertito in uno spostamento angolare da un convertitore lineare-a-rotatorio 620. Nella Figura 6 sia l’attuatore 610, sia il convertitore lineare-a-rotatorio 620 sono posizionati al di fuori di un corpo compressore 630. Tuttavia, in una forma di realizzazione alternativa, il convertitore lineare-a-rotatorio 620 può essere collocato all’interno del corpo compressore 630. Ma è auspicabile ridurre il numero di componenti mobili all'interno del corpo compressore 630, per ridurre la probabilità di generare scintille, ad esempio, a causa della carica elettrica accumulata dello stesso.

Inoltre, nella Figura 6, l'attuatore 610 viene illustrato separatamente dal convertitore lineare-a-rotatorio 620. Tuttavia, in una forma di realizzazione alternativa, l'attuatore 610 e i componenti del convertitore lineare-a-rotatorio 620 possono essere installati all'interno dello stesso alloggiamento.

Lo spostamento lineare generato dall'attuatore 610 è trasmesso attraverso un albero attuatore 640 a un’asta di collegamento 650. L’asta di collegamento 650 ha un’estremità 652, fissata all’albero attuatore 640, e un’estremità opposta 654, fissata a una porzione 662 di un albero 660. L'albero 660 è configurato per ruotare intorno a un asse sostanzialmente parallela, ma a una distanza significativa dalla porzione 662. A causa della forma dell'albero 660 uno spostamento lineare relativamente ridotto generato dall'attuatore 610 produce un spostamento angolare significativo dell'albero 660. All'Interno del convertitore lineare-a-rotatorio 620, l'albero 660 può essere supportato da cuscinetti 670.

L'albero 660 è configurato per inserirsi all'interno del corpo compressore 630, in cui un’estremità dell'albero 660 è collegato a un componente mobile 690 di una valvola rotativa. L'albero 660 presenta un collare 664. Un cuscinetto reggispinta 680 è situato tra il collare 664 e un coperchio 632 del corpo compressore 630. Il cuscinetto reggispinta 680 smorza una forza dovuta a una differenza di pressione tra fluido all'interno del corpo compressore 630 e l'ambiente. Le tenute dinamiche 682, posizionate tra il coperchio 632 e l'albero 660, impediscono al fluido all'interno del corpo compressore 630 di fuoriuscire dallo stesso.

In questo modo, a causa del convertitore lineare-a-rotatorio 620, il gruppo 600 amplifica e converte uno spostamento lineare generato da un attuatore (elettrico) in uno spostamento angolare in grado di attuare una valvola rotativa in un compressore alternativo.

La Figura 7 è una rappresentazione schematica di un gruppo valvola 700, secondo un'altra forma di realizzazione esemplificativa. Un attuatore 710 posizionato all'esterno di un corpo compressore 720 genera uno spostamento angolare a un albero 730. L'albero 730 s’inserisce, attraverso un coperchio 740 all'interno del corpo compressore 720. L'albero 730, che presenta un collare 732, è spinto verso un cuscinetto reggispinta 750 posizionato tra il collare 732 e il coperchio 740. Il cuscinetto reggispinta 750 smorza una forza dovuta a una differenza di pressione tra il fluido all'interno del compressore e l’ambiente (in cui è situato l'attuatore 710). Le tenute dinamiche 752, posizionate tra il coperchio 740 e l'albero 730, impediscono al fluido all'interno del corpo compressore 720 di fuoriuscire dallo stesso.

All'interno del corpo compressore 730, lo spostamento angolare dell'albero 730 è convertito in uno spostamento lineare da un meccanismo a martinetto meccanico 760. Il meccanismo a martinetto meccanico 760 è fissato saldamente a un coperchio del martinetto meccanico 770 posizionato tra il coperchio 740 e il corpo del cilindro 720. Il meccanismo a martinetto meccanico 760 presenta una filettatura interna e l'albero 730 presenta una filettatura esterna, per cui io spostamento angolare viene in uno spostamento lineare. Ad esempio, il meccanismo a martinetto meccanico 760 può spingere un albero attuatore 780 fissato a un apposito elemento di chiusura 790 di una valvola lineare (ad es., una valvola a spillo o una valvola ad anello).

In questo modo, a causa del martinetto meccanico, il gruppo 700 può essere impiegato per amplificare la forza normalmente generata da un attuatore elettrico e convertire uno spostamento angolare in uno spostamento lineare necessario ad attuare una valvola lineare in un compressore alternativo.

La Figura 8 è una rappresentazione schematica di un gruppo valvola 800, secondo un'ulteriore forma di realizzazione esemplificativa. Un attuatore 810, posizionato all'esterno di un corpo compressore 820, fornisce uno spostamento angolare a un albero 830. L'albero 830 s'inserisce all'interno del corpo compressore attraverso un coperchio 840. L'albero 830 presenta un collare 832 con un diametro più largo del diametro dell'albero per quasi tutta la sua lunghezza. Un cuscinetto reggispinta 850, posizionato tra il collare 832 e il coperchio 840, smorza una forza dovuta a differenza di pressione tra fluido all'interno del corpo compressore 820 e ambiente. Le tenute dinamiche 852, posizionate tra il coperchio 840 e l'albero 830, impediscono al fluido all'interno del corpo compressore 820 di fuoriuscire dallo stesso.

Inoltre il gruppo valvola 800 include un albero attuatore 860, alla cui prima estremità 862 è fissato un apposito elemento di chiusura 870 di una valvola rotativa. La valvola rotativa include anche una sede statica 880. Quando, in una prima posizione, un’apertura 882 attraverso la sede della valvola 880 si sovrappone a un’apertura 872 attraverso la valvola rotativa 870, la valvola è aperta. Ruotando l'apposito elemento di chiusura 870 della valvola rotativa rispetto alla sede della valvola 880 in una seconda posizione, le aperture 872 e 882 non si sovrappongono più e la valvola è chiusa.

Gli attuatori disponibili in commercio generano uno spostamento angolare relativamente ridotto (ad es., fino a 40°). Tuttavia, una valvola rotativa efficiente necessita di un’apertura angolare sostanzialmente più ampia (ad es., 120°). Al fine di ottenere una rotazione dell’apposito elemento di chiusura 870 della valvola rotativa rispetto alla sede della valvola 880 almeno uguale a tale apertura angolare più ampia, lo spostamento angolare generato dall'attuatore 810 viene amplificato da un meccanismo a ingranaggio moltiplicatore 890. Il meccanismo a ingranaggio moltiplicatore 890 include un primo ingranaggio 892, fissato a un’estremità dell'albero 830, e un secondo ingranaggio 894 fissato a una seconda estremità 864 dell'albero attuatore 860 (la seconda estremità 864 essendo opposta alla prima estremità 862). Un secondo collare può essere installato o realizzato sull'albero 830 più vicino all'estremità dell'albero rispetto al primo ingranaggio 892. Un raggio del primo ingranaggio 892 è maggiore del raggio del secondo ingranaggio 894 e, poiché uno spostamento circonferenziale degli ingranaggi 892 e 894 è lo stesso, lo spostamento angolare dell’ingranaggio 892 (che è uguale allo spostamento angolare generato dall'attuatore 890) produce lo spostamento angolare più ampio dell’ingranaggio 894, che è necessario per commutare l'apposito elemento di chiusura 870 della valvola rotativa tra la prima posizione (ad es., chiusa) e la seconda posizione (ad es., aperta). Un coperchio dell'ingranaggio moltiplicatore 896, situato tra il coperchio 840 e una parete del corpo compressore 820, fornisce una struttura di sostegno per l’ingranaggio moltiplicatore 890.

In sintesi, le Figure 4-8 illustrano gruppi valvola utilizzabili in un compressore alternativo per l’industria petrolifera e del gas. Questi gruppi valvola includono attuatori posizionati all'esterno del corpo compressore collegato a un albero che s’inserisce all'interno del corpo compressore che trasmette uno spostamento (lineare o angolare) fornito dall'attuatore. Un meccanismo di trasmissione dello spostamento tra l'albero e un apposito elemento di chiusura di una valvola amplifica lo spostamento e/o una forza associata allo spostamento.

Contrariamente alle Figure 4-8, che illustrano gruppi valvola complessi, le Figure 9 e 10 delineano meccanismi atti ad amplificare lo spostamento generato dagli attuatori, meccanismi che possono essere collocati all’interno all’esterno del corpo compressore. Nella Figura 9 una leva 910, configurata per ruotare intorno a un fulcro 920, amplifica uno spostamento lineare generato da un attuatore 930 per produrre, attraverso un albero attuatore 940, un spostamento lineare sufficiente ad attuare un apposito elemento di chiusura 950 di una valvola lineare (ad es., valvola a spillo o ad anello) commutando la valvola tra una posizione aperta e una posizione chiusa.

Nella Figura 10 uno spostamento lineare generato da un attuatore 960 è trasmesso e convertito in uno spostamento angolare attraverso un’asta di collegamento 970 per attuare un apposito elemento di chiusura 980 di una valvola rotativa.

Poiché i compressori alternativi esistenti presentano un cilindro in cui viene compresso il fluido, il fluido che scorre verso o dal cilindro attraverso una valvola automatica configurata per commutare tra una posizione aperta e una posizione chiusa in funzione di una pressione differenziale in tutta la valvola, può essere aggiornato (adeguato) in modo da utilizzare una valvola attuata. La Figura 11 è un diagramma di flusso che illustra un metodo 1000 per adeguare un compressore alternativo impiegato nell'industria petrolifera e del gas secondo una forma di realizzazione esemplificativa. Il metodo 1000 include l’installazione di un attuatore configurato per generare uno spostamento, al di fuori del percorso di un fluido nel compressore alternativo, in S1010. Il metodo 1000 inoltre include l’installazione di un albero collegato all'attuatore e configurato per ricevere Io spostamento, inserirsi all'interno del percorso del fluido nel compressore alternativo e collegarsi a un apposito elemento di chiusura della valvola, in S1020. Quindi, il metodo 1000 include il collegamento a un meccanismo dì trasmissione dello spostamento tra l'attuatore e l'apposito elemento di chiusura della valvola automatica, il meccanismo di trasmissione dello spostamento essendo configurato per amplificare (almeno uno) lo spostamento e una forza associata allo spostamento, quando lo spostamento è trasmesso attraverso l'albero per attuare l'apposito elemento di chiusura della valvola, in S1030.

Le forme di realizzazione esemplificative divulgate forniscono gruppi valvola atti ad amplificare lo spostamento e/o la forza tra attuatori e valvole nei compressori alternativi impiegati nell'industria petrolifera e del gas. Resta inteso che la presente descrizione non intende limitare l'invenzione. Al contrario, le forme di realizzazione esemplificative includono alternative, modifiche e soluzioni equivalenti rientranti nello spirito e nel campo di applicazione dell'invenzione, come definito dalle rivendicazioni allegate. Inoltre nella descrizione dettagliata delle forme di realizzazione esemplificative, sono evidenziati numerosi dettagli specifici al fine di consentire una comprensione esauriente dell'invenzione rivendicata. Tuttavia, chiunque sia esperto in materia comprende che varie realizzazioni possono essere attuate senza tali dettagli.

Nonostante le caratteristiche e gli elementi delle presenti forme di realizzazione esemplificative siano descritti nelle realizzazioni in particolari combinazioni, ciascuna caratteristica o ciascun elemento possono essere utilizzati singolarmente senza le altre caratteristiche e gli altri elementi delle forme di realizzazione o in varie combinazioni con o senza altre caratteristiche ed elementi divulgati dal presente documento.

La presente descrizione scritta utilizza degli esempi relativi all'oggetto divulgato per consentire a qualsiasi esperto in materia di attuare l'invenzione, compresi la realizzazione e l'utilizzo di qualsiasi dispositivo o sistema nonché l'esecuzione di qualsiasi metodo incluso. L’ambito brevettabile dell'oggetto del presente è definito dalle rivendicazioni e può includere altri esempi noti agli esperti in materia. Questi altri esempi rientrano nell’ambito di applicazione delle rivendicazioni.

Claims

CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. Gruppo valvola utilizzabile in un compressore alternativo per l'industria petrolifera e del gas, laddove il gruppo valvola comprende: un attuatore configurato per generare uno spostamento; un albero collegato all’attuatore e configurato per trasmettere lo spostamento dall'attuatore a un apposito elemento di chiusura di una valvola del compressore alternativo e un meccanismo di trasmissione dello spostamento, collegato all’albero e configurato per amplificare lo spostamento e/o una forza associata allo spostamento generato dall'attuatore. 2. Il gruppo valvola della rivendicazione 1 , in cui l'attuatore genera uno spostamento angolare, l'attuatore è posizionato all'esterno di un corpo compressore e il meccanismo di trasmissione dello spostamento è posizionato tra l'albero e l'apposito elemento di chiusura della valvola, all'interno del corpo compressore, e il meccanismo di trasmissione dello spostamento è configurato per convertire lo spostamento angolare in uno spostamento lineare, per attuare l'apposito elemento di chiusura della valvola. 3. Il gruppo valvola della rivendicazione 2, in cui l'albero (1) è configurato per ruotare intorno all’asse di rotazione, (2) presenta una forma cilindrica stretta intorno asse di rotazione per la maggior parte della lunghezza dell’albero stesso e (3) presenta una porzione a U con un segmento sostanzialmente parallelo a e a una distanza prestabilita dall'asse di rotazione, e il meccanismo di trasmissione dello spostamento include (A) un’asta di collegamento avente una prima estremità collegata al segmento dell'albero che è sostanzialmente parallelo a e a una distanza prestabilita dall’asse di rotazione e (B) un albero attuatore collegato a una seconda estremità dell’asta di collegamento e all'apposito elemento di chiusura della valvola. 4. Il gruppo valvola della rivendicazione 2, in cui il meccanismo di trasmissione dello spostamento comprende: un martinetto meccanico, avente un canale filettato all’interno del quale si inserisce un’estremità filettata dell'albero, e un albero attuatore in contatto con il martinetto meccanico in una prima estremità e avente l'apposito elemento di chiusura della valvola fissato alla seconda estremità, che è opposta alla prima estremità. 5. Il gruppo valvola della rivendicazione 2, in cui il meccanismo di trasmissione dello spostamento comprende: un ingranaggio moltiplicatore, comprendente almeno un primo ingranaggio fissato a un'estremità dell'albero all'interno del corpo compressore e un secondo ingranaggio, legato al primo ingranaggio e avente un diametro più piccolo del primo ingranaggio, e un albero attuatore avente il secondo ingranaggio fissato a una prima estremità dell'albero attuatore e l'apposito elemento di chiusura della valvola fissato a una seconda estremità dell'albero attuatore, la seconda estremità essendo opposta alla prima estremità. 6. Il gruppo valvola della rivendicazione 1 , in cui l'attuatore genera uno spostamento lineare, l'albero è configurato per ruotare intorno a un asse di rotazione, (2) presenta una forma cilindrica intorno all’asse di rotazione per la maggior parte della lunghezza dell’albero stesso e (3) presenta una porzione a U con un segmento sostanzialmente parallelo a e a una distanza prestabilita dall’asse di rotazione e il meccanismo di trasmissione dello spostamento include a convertitore lineare-arotatorio comprendente: un albero attuatore, che è collegato all'attuatore e riceve lo spostamento lineare, e un’asta di collegamento, con una prima estremità collegata all'albero attuatore e una seconda estremità collegata al segmento dell'albero che è sostanzialmente parallelo a e a una distanza prestabilita dall’asse di rotazione. 7. Compressore alternativo impiegato nell'industria petrolifera e del gas, comprendente: un corpo compressore; almeno una valvola collegata al corpo compressore e un gruppo valvola configurato per attuare un apposito elemento di chiusura della, almeno una, valvola, laddove il gruppo valvola comprende: un attuatore configurato per generare uno spostamento; un albero configurato per trasmettere lo spostamento dall'attuatore a un apposito elemento di chiusura di una valvola del compressore alternativo; un meccanismo di trasmissione dello spostamento collegato all'albero e configurato per amplificare lo spostamento e/o una forza associata allo spostamento generato dall'attuatore, per attuare l'apposito elemento di chiusura della valvola. 8. Il compressore alternativo della rivendicazione 7, in cui l'attuatore genera uno spostamento angolare, l'attuatore è posizionato all'esterno del corpo compressore e il meccanismo di trasmissione dello spostamento è posizionato tra l'albero e l'apposito elemento di chiusura della valvola, l'albero (1) è configurato per ruotare intorno a un asse di rotazione, (2) presenta una forma cilindrica intorno all'asse di rotazione per la maggior parte della lunghezza dell’albero stesso e (3) presenta una porzione a U con un segmento sostanzialmente parallelo a e a una distanza prestabilita dall’asse di rotazione e il meccanismo di trasmissione dello spostamento include (A) un’asta di collegamento avente una prima estremità collegata al segmento dell'albero che è sostanzialmente parallelo a e a una distanza prestabilita dall'asse di rotazione e (B) un albero attuatore collegato a una seconda estremità dell'asta di collegamento e all'apposito elemento di chiusura della valvola. 9. Il compressore alternativo della rivendicazione 7, in cui il meccanismo di trasmissione dello spostamento comprende: un martinetto meccanico, avente un canale filettato all’interno del quale si inserisce un’estremità filettata dell'albero, e un albero attuatore in contatto con il martinetto meccanico in una prima estremità e avente l'apposito elemento di chiusura della valvola fissato alla seconda estremità, che è opposta alla prima estremità. 10. Un metodo di adeguamento di un compressore alternativo impiegato nell'industria petrolifera e del gas e avente inizialmente una valvola automatica, il metodo comprendente: l'installazione di un attuatore configurato per generare uno spostamento, al di fuori del percorso di un fluido nel compressore alternativo; l’installazione di un albero collegato all'attuatore e configurato per ricevere lo spostamento, inserirsi all'interno del percorso del fluido nel compressore alternativo e collegarsi a un apposito elemento di chiusura della valvola e il collegamento di un meccanismo di trasmissione dello spostamento tra l'attuatore e l'apposito elemento di chiusura della valvola automatica, il meccanismo di trasmissione dello spostamento essendo configurato per amplificare io spostamento e/o una forza associata allo spostamento quando lo spostamento è trasmesso attraverso l'albero per attuare l'apposito elemento di chiusura della valvola. CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. A valve assembly useable in a reciprocating compressor for oil and gas industry, the valve assembly comprising: an actuator configured to provide a displacement; a shaft connected to the actuator and configured to transmit the displacement from the actuator to a valve closing member of a valve of the reciprocating compressor; and a displacement transmission mechanism connected to the shaft, and configured to amplify the displacement and/or a force associated with the displacement provided by the actuator.
2. The valve assembly of claim 1 , wherein the actuator provides an angular displacement, the actuator is located outside a compressor body and the displacement transmission mechanism is located between the shaft and the valve closing member of the valve, inside the compressor body, and the displacement transmission mechanism is configured to convert the angular displacement into a linear displacement to actuate the valve closing member of the valve.
3. The valve assembly of claim 2, wherein the shaft (1) is configured to rotate around a rotation axis, (2) has a narrow cylindrical shape around the rotation axis for most of shaft’s length, and (3) has a U-shaped portion with a segment substantially parallel with and at a predetermined distance from the rotation axis, and the displacement transmission mechanism includes (A) a connecting rod having a first end connected to the segment of the shaft that is substantially parallel with and at the predetermined distance from the rotation axis, and (B) an actuator shaft connected to a second end of the connecting rod and to the valve closing member of the valve.
4. The valve assembly of claim 2, wherein the displacement transmission mechanism comprises: a screw-jack having a threaded channel inside which a threaded end of the shaft is inserted; and an actuator shaft in contact to the screw-jack at a first end and having the valve closing member of the valve attached at a second end, which is opposite to the first end.
5. The valve assembly of claim 2, wherein the displacement transmission mechanism comprises: a multiplying gear including at least a first gear attached to an end of the shaft inside the compressor body and a second gear intertwined with the first gear and having a smaller diameter than the first gear; and an actuator shaft having the second gear attached to a first end of the actuator shaft and the valve closing member of the valve attached to a second end of the actuator shaft, the second end being opposite to the first end.
6. The valve assembly of claim 1 , wherein the actuator provides a linear displacement, the shaft is configured to rotate around a rotation axis, (2) has a cylindrical shape around the rotation axis for most of shaft’s length, and (3) has a U-shaped portion with a segment substantially parallel with and at a predetermined distance from the rotation axis, and the displacement transmission mechanism includes a linear-to-rotational converter comprising: an actuator shaft connected to the actuator and receiving the linear displacement; and a connecting rod having a first end connected to the actuator shaft and a second end connected to the segment of the shaft that is substantially parallel with and at the predetermined distance from the rotation axis.
7. A reciprocating compressor used in oil and gas industry, comprising: a compressor body; at least one valve connected to the compressor body; and a valve assembly configured to actuate a valve closing member of the at least one valve, the valve assembly including: an actuator configured to provide a displacement; a shaft configured to transmit the displacement from the actuator to a valve closing member of a valve of the reciprocating compressor; a displacement transmission mechanism connected to the shaft, and configured to amplify the displacement and/or a force associated with the displacement provided by the actuator, to actuate the valve closing member of the valve.
8. The reciprocating compressor of claim 7, wherein the actuator provides an angular displacement, the actuator is located outside the compressor body and the displacement transmission mechanism is located between the shaft and the valve closing member of the valve, the shaft (1) is configured to rotate around a rotation axis, (2) has a cylindrical shape around the rotation axis for most of shaft’s length, and (3) has a U-shaped portion with a segment substantially parallel with and at a predetermined distance from the rotation axis, and the displacement transmission mechanism includes (A) a connecting rod having a first end connected to the segment of the shaft that is substantially parallel with and at the predetermined distance from the rotation axis, and (B) an actuator shaft connected to a second end of the connecting rod and to the valve closing member of the valve.
9. The reciprocating compressor of claim 7, wherein the displacement transmission mechanism comprises: a screw-jack having a threaded channel inside which a threaded end of the shaft is inserted; and an actuator shaft in contact to the screw-jack at a first end and having the valve closing member of the valve attached at a second end, which is opposite to the first end.
10. A method of retrofitting a reciprocating compressor used in oil and gas industry and initially having an automatic valve, the method comprising: mounting an actuator configured to provide a displacement, outside a fluid path in the reciprocating compressor; mounting a shaft connected to the actuator and configured to receive the displacement, to penetrate inside the fluid path in reciprocating compressor and to connect to a valve closing member of the valve; and connecting a displacement transmission mechanism between the actuator and the valve closing member of the automatic valve, the displacement transmission mechanism being configured to amplify the displacement and/or a force associated with the displacement when the displacement is transmitted via the shaft to actuate the valve closing member of the valve