ITMI20132031A1 - Assieme valvola - Google Patents

Description

ASSIEME VALVOLA

Campo dell’invenzione

[1] La presente invenzione riguarda un assieme valvola utilizzabile per azionare esempio valvole a sfera di regolazione o intercettazione lungo condutture di oleodotti, gasdotti, impianti petroliferi e industriali.

Stato della tecnica

[2] Alcuni tipi di valvole a sfera note di dimensioni rilevanti, per esempio utilizzate in linee di estrazione e trasporto di petrolio e gas naturale, sono provviste di guarnizioni che formano ciascuna un bordo anulare il quale realizza una tenuta premendo contro l'otturatore a sfera della valvola. Nel gergo tecnico queste guarnizioni sono correntemente chiamate "seggi". Nelle valvole attuali i seggi vengono premuti contro l'otturatore sfruttando la pressione dello stesso fluido che attraversa la valvola ed é commutato o regolato da essa.

[3] Gli autori della presente invenzione hanno notato che così facendo, seggio e otturatore sono soggetti ad usura per sfregamento che a lungo andare compromette la capacità di tenuta dell’intera valvola o quanto meno ne riduce la vita utile. Ciò è particolarmente evidente nelle valvole impiegate per regolare i parametri di processo, per cui vengono continuamente manovrate fra le posizioni di apertura e chiusura così come in posizioni intermedie.

Un altro svantaggio osservato è che l’attrito fra seggio e otturatore produce una coppia resistente che si oppone alla manovra e che richiede un sistema di azionamento di dimensioni adeguate a vincere questa coppia resistente. Infine l'attrito fra seggi e otturatore tende a rendere più irregolari e a scatti i movimenti di quest'ultimo, per esempio per fenomeni di stick-slip.

[4] Uno scopo della presente invenzione è ovviare agli inconvenienti sopra menzionati e in particolare fornire una valvola che sia soggetta a usura e attriti dinamici minori fra seggi e otturatore rotante.

Sommario dell’invenzione

[5] Tale scopo viene conseguito, secondo la presente invenzione, con un assieme valvola avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche del dispositivo sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

I vantaggi conseguibili con la presente invenzione risulteranno più evidenti, al tecnico del settore, dalla seguente descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione particolare a carattere non limitativo, illustrato con riferimento alle seguenti figure schematiche.

Elenco delle Figure

Figura 1 mostra un dettaglio di un assieme valvola secondo una forma di realizzazione particolare, in parziale sezione laterale;

Figura 2 mostra uno schema fluidico e funzionale dell'assieme valvola di Figura 1, in una condizione in cui l'otturatore della valvola é chiuso.

Descrizione dettagliata

[6] Le Figure 1, 2 sono relative a un assieme valvola secondo una forma di realizzazione particolare dell'invenzione, indicato con il riferimento complessivo 1 e comprendente un corpo valvola 3 e un otturatore rotante 5 predisposto per chiudere o aprire reversibilmente un condotto 7 ricavato all'interno del corpo valvola, in modo rispettivamente da impedire o consentire l'attraversamento del corpo valvola da parte di un fluido da regolare, quale per esempio greggio o gas naturale proveniente da un impianto di estrazione o raffinazione.

Secondo l'invenzione, l'assieme valvola 1 comprende inoltre:

-almeno un seggio 9, alternativamente due, disposti su due lati opposti dell'otturatore;

-un sistema di attuazione seggi 11 comprendente:

A) una camera di espansione 17 predisposta per azionare l'almeno un seggio 9;

B) un sistema di iniezione di fluido predisposto per iniettare nella camera di espansione o evacuare da essa un fluido di azionamento quale per esempio olio idraulico, in modo da portare l'almeno un seggio 9 a contatto con l'otturatore 3 o staccarlo da esso;

e il sistema di attuazione seggi è predisposto per far passare reversibilmente l'assieme valvola da una condizione di tenuta, nella quale l'almeno un seggio preme contro l'otturatore rotante (5) (Figura 1), a una condizione di spinta nulla, nella quale l'almeno un seggio non preme contro l'otturatore rotante 5, e per esempio non é a contatto di esso. La camera di espansione funziona sostanzialmente come un cilindro idraulico o più in generale a fluido.

Come mostrato in Figura 1, l'otturatore rotante 5 può essere per esempio del tipo a sfera, e ciascun seggio 9 può avere la forma di un anello toroidale o di una boccola sostanzialmente tubolare terminante a un'estremità con un labbro anulare 13 predisposto per appoggiarsi contro l'otturatore 5.

Sull'estremità del seggio 9 opposta al labbro 13 può essere calzato solidalmente un anello retro-seggio 10 il quale può avere anch'esso sostanzialmente la forma di una boccola, in modo da formare uno spallamento radiale.

Il seggio 9 può scorrere assialmente lungo il condotto 7, eventualmente scorrendo dentro un anello porta seggio fisso 19 solidale al corpo valvola 3. L'anello porta seggio fisso 19 può avere per esempio la forma di una terza boccola solidale con il corpo valvola 3. L'assieme formato dal seggio 9 e dall’anello retroseggio 10 é chiamato convenzionalmente assieme-seggio 15 ed é predisposto per scorrere assialmente dentro una cavità cilindrica 21 ricavata nel corpo valvola 3. Nella cavità cilindrica 21 può inserirsi anche un'estremità dell’anello porta seggio fisso 19. I fianchi del seggio 9, e gli spallamenti radiali formati dalle estremità delle boccole 10 e 19 -dette correntemente anche "anelli"-formano vantaggiosamente la camera di espansione 17, che può avere forma anulare ed espandersi o contrarsi a seconda che un fluido di azionamento, quale aria o olio idraulico, affluisca nella camera 17 o effluisca da essa, funzionando sostanzialmente come un cilindro a fluido. Con un accorgimento in se noto i seggi 9, l'anello retroseggio 10 e l'anello porta-seggio fisso 19 sono preferibilmente conformati in modo tale che la pressione che regna nei tratti del condotto 7 a monte di essi ("pressione di linea") tenda a spingerli contro l'otturatore rotante 5.

Preferibilmente il sistema di attuazione seggi comprende inoltre un sistema di iniezione di fluido predisposto per iniettare nella camera di espansione 17 o evacuare da essa il fluido di azionamento, in modo da portare l'almeno un seggio 9 a contatto con l'otturatore rotante 5 o staccarlo da esso.

Vantaggiosamente il sistema di attuazione seggi 11 è predisposto per spostare l'almeno un seggio 9 dalla posizione di tenuta nella posizione di distacco prima che l'otturatore rotante 5 si muova rispetto al corpo valvola. A tale scopo il sistema di attuazione seggi 11 è predisposto per inviare fluido di azionamento nella camera di espansione 17 prima che l'otturatore 5 inizi a ruotare e mentre sta ruotando per esempio grazie a una valvola di ritegno 31 pilotata e a una prima valvola a cassetto, ovvero valvola selettrice, a due posizioni 33. Preferibilmente la valvola selettrice 33 si trova normalmente nella posizione 33.P1, quando non é pressurizzata dal posizionatore 41.

La valvola di ritegno 31 apre o chiude la linea 29 che permette sia l'alimentazione sia lo scarico della camera di espansione 17; nella forma di realizzazione di Figura 2 la valvola 31 é normalmente chiusa e si apre quando viene alimentata.

L'assieme valvola 1 può comprendere un alimentatore idraulico 35, il quale può essere per esempio una pompa o più vantaggiosamente un amplificatore di pressione utilizzabile per pompare olio o altro liquido idraulico da un serbatoio 38 verso le valvole 31, 33, 37 o altre eventuali utenze desiderate.

L’amplificatore di pressione può essere di tipo in se noto e azionato dall'aria compressa prelevata dalla linea 39, la quale é alimentata a sua volta da un circuito di aria compressa 40 normalmente utilizzato per trasmettere segnali pneumatici nell'assieme valvola 1 come nel seguito descritto e negli assiemi valvola noti. L’amplificatore di pressione 35 crea una prevalenza che spinge l'olio -o altro fluido idraulicodal serbatoio 38 verso le valvole 31, 33, 37. Così facendo non é necessario aggiungere all'assieme valvola 1 ulteriori linee elettriche per alimentare una pompa che prelevi olio idraulico dal serbatoio 38.

Vantaggiosamente il sistema di attuazione seggi 11 é predisposto per bloccare il fluido di attuazione nella camera di espansione 17, impedendole l'efflusso, quando l’attuatore non è alimentato dal posizionatore 41 e l'otturatore 5 é fermo in posizione di apertura totale o parziale con moto dato dalla molla 34 dell’attuatore 43. A tale scopo il sistema di attuazione seggi 11 comprende vantaggiosamente una seconda valvola a cassetto, ovvero valvola selettrice, 37.

La commutazione della seconda valvola a cassetto 37 può essere azionata in base alla posizione angolare dell'otturatore rotante 5, per esempio tramite un azionamento a camme. Preferibilmente tale azionamento a camme é predisposto per mantenere la seconda valvola a cassetto 37 commutata nella posizione 37.P1 solo quando l'otturatore rotante 5 é completamente chiuso, e nella posizione 37.P2 quando l'otturatore rotante 5 é parzialmente o completamente aperto.

Il sistema di attuazione seggi 11 preferibilmente comprende inoltre un controllore di posizione 41 che in base alla differenza fra la posizione desiderata e quella rilevata dell'otturatore rotante 5, pilota l'attuatore 43 che aziona l'otturatore rotante 5, nonché la valvola 33. L'attuatore 43 può essere per esempio del tipo a cilindro pneumatico a singolo effetto, e collegato per esempio in modo che, quando alimentato con aria compressa -o altro opportuno fluido di comando- dal posizionatore 41, apra l'otturatore rotante 5, mentre lo richiuda per effetto di una molla di richiamo 34 quando non é alimentato dal posizionatore 41 o comunque la sua camera 36 non é in sovrappressione. Anche se nello schema funzionale di Figura 2 l'amplificatore di pressione 35, le valvola 31, 33, 37 e il controllore di posizione 41 sono raffigurati all'esterno del corpo valvola 3, tali componenti nella pratica sono preferibilmente alloggiati in un opportuno involucro fissato generalmente all'attuatore 43.

Viene ora descritto il funzionamento dell'assieme valvola 1 precedentemente descritto. Figura 2 mostra una condizione in cui la valvola 1 é chiusa: il controllore di posizione 41 non trasmette alcun segnale pneumatico, e mantiene la valvola 33 commutata in una prima posizione 33.P1 impedendo che la mandata dell'alimentatore idraulico 35 venga diretta verso la camera 17, lasciandone libero lo scarico al serbatoio 38. La camera 36 dell'attuatore 43 non é in sovrappressone, e l'attuatore mantiene l'otturatore rotante 5 aperto per effetto della spinta della molla 34. Allo stesso tempo la valvola 37 é commutata in una prima posizione 37.P1 in cui alimenta la valvola di ritegno 31, forzandole l'apertura. Le camere di espansione 17 sono pertanto libere di svuotarsi e i seggi 9 vengono premuti dalla pressione di linea che regna nel condotto 7 contro l'otturatore 5. Quando si desidera aprire la valvola 1, il controllore di posizione 41 invia un segnale di apertura -per esempio pneumatico- sia all'attuatore 43 sia alla valvola 33. Quest'ultima é predisposta per commutarsi nella seconda posizione 33.P2 prima che l'attuatore 43 inizi a ruotare l'otturatore 5, per esempio perché l'inerzia della valvola 33 é molto minore di quella dell'attuatore 43; a tale scopo, il posizionatore 41 invia segnali di comando pneumatici in parallelo all'attuatore 43 e alla valvola 33; a seguito di tale segnale di apertura, olio idraulico o altro liquido di attuazione viene immesso nella camera di espansione 17 e i seggi 9 si staccano dall'otturatore 5. Pertanto l'otturatore 5 inizia a ruotare senza attrito da parte dei seggi 9, essendo questi già staccati dall'otturatore o comunque non premuti contro di esso. La rotazione dell'otturatore 5 fa passare la valvola 37 nella posizione 37.P2 in cui non invia più il segnale di apertura alla valvola di ritegno 31, la quale si chiude, intrappolando olio idraulico o altro fluido di azionamento nella camera di espansione 17.

Quando l’otturatore 5 si trova in posizione di apertura intermedia,il posizionatore 41 blocca sia l'afflusso di aria compressa nella camera 36 dell'attuatore 43 sia il efflusso dalla camera 36; il pistone dell'attuatore 43 é fermo in equilibrio tra la pressione nella camera 36 e la spinta della molla 34. Allo stesso neanche la valvola 33 é alimentata in pressione dal posizionatore 41 e pertanto ritorna alla posizione 33.P1; non viene così fornita ulteriore portata alla camera di espansione 17.

Tuttavia la valvola 37 rimane nella posizione 37.P2 mantenendo chiusa la valvola di ritegno 31. Pertanto, anche se non affluisce nuovo olio idraulico nella camera di espansione 17, quello già presente in essa non può fuoriuscirne, e i seggi 9 vengono mantenuti distaccati dall'otturatore 5.

Dalla descrizione precedente risultano evidenti i vantaggi ottenibili con l'invenzione: allontanando i seggi 9 prima che l'otturatore inizia a ruotare, o comunque mentre sta ruotando, il sistema praticamente annulla gli attriti e l'usura dei seggi, allungando notevolmente la vita operativa della valvola e permettendo di adottare un attuatore 43, per azionare l'otturatore rotante, molto più piccolo e meno potente di un attuatore noto. I seggi 9 assicurano una buona tenuta della valvola anche in fasi avanzate della vita operativa di quest'ultima. Ruotando praticamente in assenza di attriti, i movimenti dell'otturatore sono molto più fluidi e regolari, e meno affetti da microscopici bloccaggi e ripartenze quali per esempio fenomeni di stick-slip, e ciò aumenta la precisione di posizionamento dell'otturatore e di regolazione della valvola 1. Grazie all'amplificatore di pressione utilizzato per pompare liquido idraulico alle utenze necessarie, in particolare alle valvole 31, 33, 37, l'assieme valvola 1 non deve essere provvisto di linee elettriche e collegamenti aggiuntivi per alimentare una pompa dell'olio idraulico. L'azionamento idraulico dei seggi 9 può assicurare maggiori velocità di risposta e maggiori forze di attuazione. Poiché comandato sostanzialmente da un'unità logica a fluido, il sistema di azionamento che comanda i seggi non richiede praticamente alcuna manutenzione, riprogrammazione o revisione una volta installato.

Gli esempi di realizzazione precedentemente descritti sono suscettibili di diverse modifiche e variazioni pur senza fuoriuscire dall’ambito di protezione della presente invenzione. Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. Per esempio i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche. Si deve intendere che un'espressione del tipo "A comprende B, C, D" o "A é formato da B, C, D" comprenda e descriva anche il caso particolare in cui "A é costituito da B, C, D". Gli esempi ed elenchi di possibili varianti della presente domanda sono da intendersi come elenchi non esaustivi.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1) Assieme valvola (1), comprendente: -un corpo valvola (3) e un otturatore rotante (5) predisposto per chiudere o aprire reversibilmente un condotto (7) ricavato all'interno del corpo valvola (1), in modo rispettivamente da impedire o consentire l'attraversamento del corpo valvola da parte di un fluido; -almeno un seggio (9); -un sistema di attuazione seggi comprendente: A) una camera di espansione (17) predisposta per azionare l'almeno un seggio (9); B) un sistema di iniezione di fluido predisposto per iniettare nella camera di espansione o evacuare da essa un fluido di azionamento quale per esempio olio idraulico, in modo da far passare reversibilmente l'assieme valvola da una condizione di tenuta, nella quale l'almeno un seggio preme contro l'otturatore rotante (5), a una condizione di spinta nulla, nella quale l'almeno un seggio non preme contro contro l'otturatore (5); e il sistema di attuazione seggi é predisposto per portare l'almeno un seggio (9) nella posizione di spinta nulla almeno mentre l'otturatore rotante (5) si muove rispetto al corpo valvola (1).
2. 2) Assieme valvola secondo la rivendicazione 1, in cui il sistema di attuazione seggi é predisposto per far passare l'almeno un seggio (9) dalla condizione di tenuta alla condizione di spinta nulla prima che l'otturatore rotante (5) inizi a ruotare.
3. 3) Assieme valvola secondo la rivendicazione 1, in cui almeno parte dei seggi (9) hanno sostanzialmente la forma di una boccola tubolare che forma dei fianchi laterali e almeno uno spallamento radiale, e almeno parte di tali fianchi laterali e l'almeno uno spallamento radiale delimitano parte della camera di espansione (17).
4. 4) Assieme valvola secondo la rivendicazione 1, in cui il sistema di attuazione seggi comprende una valvola di ritegno (31) eventualmente pilotata in apertura o in chiusura, e predisposta per impedire il deflusso di un fluido di attuazione, quale per esempio olio idraulico, dalla camera di espansione (17) almeno mentre l'otturatore rotante (5) si muove rispetto al corpo valvola (1).
5. 5) Assieme valvola secondo la rivendicazione 1, in cui il sistema di attuazione seggi comprende: -un circuito idraulico predisposto per azionare l'almeno un seggio (9); -un circuito pneumatico; e in cui il circuito idraulico comprende: -una sorgente di fluido di attuazione, quale per esempio un serbatoio (38), dove il fluido di attuazione é olio o altro liquido per circuiti idraulici; -un amplificatore di pressione (35), che ricevendo potenza meccanica dal circuito pneumatico é predisposto per prelevare il fluido di attuazione dalla sorgente di fluido di attuazione (38) e avviarla verso la camera di espansione (17).
6. 6) Assieme valvola secondo la rivendicazione 1, in cui il sistema di attuazione seggi comprende: -una sorgente di fluido di attuazione, quale per esempio un serbatoio (38); -un alimentatore idraulico (35), quale per esempio una pompa o un amplificatore d p ess o e, predisposto per prelevare il fluido di attuazione dalla sorgente di fluido di attuazione (38) e avviarla verso la camera di espansione (17); -una prima valvola selettrice (33) predisposta impedire o permettere l'afflusso del fluido di attuazione verso la camera di espansione (17).
7. 7) Assieme valvola secondo la rivendicazione 6, in cui il sistema di attuazione seggi comprende inoltre una seconda valvola selettrice (37) predisposta per aprire la valvola di ritegno (31) quando si trova in una prima condizione di commutazione (37.P1), e per chiudere la valvola di ritegno (31) quando si trova in una seconda condizione di commutazione (37.P2), e la commutazione della seconda valvola selettrice (37) é comandata dalla rotazione e/o dalla posizione angolare dell'otturatore (5).
8. 8) Assieme valvola secondo la rivendicazione 7, predisposto per mantenere la seconda valvola selettrice (37): -nella prima condizione di commutazione (37.P1) quando l'otturatore rotante (5) é chiuso; e -nella seconda condizione di commutazione (37.P2) quando l'otturatore rotante (5) é parzialmente o completamente aperto.
9. 9) Assieme valvola secondo la rivendicazione 6, comprendente un controllore di posizione (41) predisposto per comandare in parallelo l'apertura dell'otturatore rotante (5) e la commutazione della prima valvola selettrice (33).