MX2007000136A - Miembros de control de valvula para fluido que tienen superficies contorneadas de sellado. - Google Patents

Abstract

Se describen miembros de control de valvula para fluido que tienen superficie de sellado contorneadas y metodos para hacer los mismos. Un miembro (100) de control de valvula para fluido de ejemplo incluye una porcion de cuerpo que tiene una superficie (102) de sellado configurada para acoplar con un anillo (104) de sellado dentro de una valvula de control de fluido. Una primera porcion (120) de la superficie (102) de sellado tiene un primer radio (400) esferico con respecto a un primer punto (402) a lo largo de una linea central (404) de la porcion del cuerpo y una segunda porcion (122) de la superficie de sellado tiene un segundo radio (406) esferico con respecto a un segundo punto (408) a lo largo de la linea central (404) de la porcion del cuerpo. Los primer (402) y segundo (408) puntos estan desviados uno de otro y el segundo radio (406) esferico esta dimensionado para ser mas pequeno que el primer radio (400) esferico para formar una transicion sustancialmente sin costura entre las primera (120) y segunda (122) porciones de la superficie (102) de sellado.

Description

MIEMBROS DE CONTROL DE VÁLVULA PARA FLUIDO QUE TIENEN SUPERFICIES CONTORNEADAS DE SELLADO Campo de la Invención La presente descripción se refiere generalmente a válvulas para fluidos y, más específicamente, a miembros de control de válvulas para fluidos que tienen superficies contorneadas de sellado. Antecedentes Las plantas o sistemas de control de procesos emplean con frecuencia válvulas rotatorias, tales como válvulas de bola, válvulas de mariposa etc. , para controlar el flujo de los fluidos del proceso. En general, las válvulas rotatorias incluyen típicamente un elemento o miembro de control de flujo de fluido que está dispuesto en la trayectoria de fluido y acoplado de manera giratoria al cuerpo de la válvula vía una o más flechas. Típicamente, una porción de una flecha se extiende desde la válvula para funcionar como un vastago de vá/vula, el cual puede estar acoplado operativamente a un actuador (por ejemplo, un actuador neumático, un actuador eléctrico, un actuador hidráulico, etc. ). En operación, un controlador puede causar que el actuador haga girar el vastago de válvula y, así, el miembro de control a una posición angular deseada para variar una cantidad de fluido que fluye a través de la válvula. Cuando la válvula se cierra, el miembro de control está configurado típicamente para acoplar con un sello anular o circunferencial que encierra la trayectoria de flujo a través de la válvula para evitar el flujo de fluido (por ejemplo, en una o ambas direcciones) a través de la válvula. El elemento o miembro de control dentro de una válvula para fluido de tipo bola, la cual se alude comúnmente como una válvula de bola, tiene típicamente una superficie de sellado con forma generalmente esférica o de otra manera curva que está configurada para acopiar con un anillo circunferencial de sellado. Algunas válvulas de bola utilizan un miembro de control de fluido que tiene una superficie de sellado con forma esférica con un radio de curvatura esférico sustancialmente constante o único. Aunque los miembros de control de válvula de bola que tienen un solo radio de curvatura son relativamente fáciles de fabricar usando procesos automatizados (por ejemplo, usando una máquina computadora de control numérico (CNC)), tales miembros de control de un solo radio tienen algunas desventajas operacionales. Por ejemplo, los miembros de control de válvulas de bola que tienen una superficie de sellado con un solo radio de curvatura requieren un anillo de igualación de sellado para desviarse completamente por contacto con el borde de ataque del miembro de control y a través de un ángulo relativamente grande de acoplamiento, que puede desgastar o en otra forma dañar prematuramente el anillo de sellado. Otros diseños de válvulas de bola, tal como aquel descrito en la patente de E. U . No. 3,456,916, emplean una superficie de miembro de control contorneada que tiene un radio variable de curvatura. El radio variable de curvatura sirve para desviar gradualmente el anillo de seífado cuando el miembro de control acopla con el anillo de sellado durante, por ejemplo, el cierre de la válvula, por lo que se incrementa eí ciclo de vida del anillo de sellado. Sin embargo, la fabricación de tal miembro de control de válvula de bola de radio variable requiere típicamente operaciones de esmerado manuales propensas a error, costosas, para alisar o mezclar los radios esféricos sustancialmente diferentes que se usan normalmente. Por ejemp/o, tales operaciones de esmerado pueden ser necesarias para eliminar un borde o los similares formados en la intersección de los radios de curvatura diferente. Desafortunadamente, durante tales operaciones de esmerado manual es difícil evitar comprometer (por ejemplo, por sobre-esmerado) el radio esférico primario de la superficie de sellado (es decir, Ja porción de la superficie de sellado que acopla con el anillo de sellado para evitar el flujo de fluido a través de la válvula). Así, sería deseable proporcionar un miembro de control de válvula de bola que tenga una superficie contorneada de sellado que no requiera operaciones de mezclado o alisamiento manuales adicionales para eliminar bordes y/u otros tipos de transiciones sin costura entre regiones de superficie de sellado que tienen curvaturas diferentes. Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una vista isométrica de un miembro de control de válvula para fluido de ejemplo que tiene una superficie contorneada de sellado y que puede ser usada dentro de una válvula de control de fluido de tipo bola. La Figura 2 es otra vista isométrica del miembro de control de válvula para fluido de ejemplo de la Figura 1 . La Figura 3 es una vista de planta de otro miembro de control de válvula para fluido de ejemplo de las Figuras 1 y 2. La Figura 4 es una vista de sección transversal de una porción del miembro de control de válvula para fluido de ejemplo de las Figuras 1 , 2 y 3. La Figura 5 es una vista de sección transversal que representa una manera en la cual el miembro de control de válvula de fluido de ejemplo descrito en la presente puede usarse dentro de una válvula para fluido. Breve Descripción de la Invención En una modalidad de ejemplo, un miembro de control de válvula para fluido incluye una porción de cuerpo que tiene una superficie de sellado configurada para acoplar con un anillo de sellado dentro de una válvula de control para fluido. Una primera porción de la superficie de sellado tiene un primer radio esférico con respecto a un primer punto a lo largo de una línea central de la porción de cuerpo y una segunda porción de la superficie de sellado tiene un segundo radio esférico con respecto a un segundo punto a lo largo de la línea central de la porción de cuerpo. Los primer y segundo puntos están desviados uno de otro y el segundo radio esférico está dimensionado para ser más pequeño que el primer radio esférico para formar una transición sustancialmente sin costura entre las primera y segunda porciones de la superficie de sellado. En otra modalidad de ejemplo, un método para fabricar un miembro de control de válvula para fluido incluye maquinar un cuerpo del miembro de control de válvula para fluido para formar una primera porción de superficie de sellado que tiene un primer radio esférico con respecto a una línea central del cuerpo. El método de ejemplo incluye también maquinar el cuerpo del miembro de control de válvula para fluido para formar una segunda porción de superficie de sellado que tiene un segundo radio esférico con respecto a un segundo punto a lo largo de la línea central del cuerpo desviado del primer punto. Los primer y segundo puntos están desviados uno de otro y el segundo radio esférico está dimensionado para ser más pequeño que el primer radio esférico para proporcionar una transición sustancialmente sin costura entre las primera y segunda porciones de superficie de seJJado. Descripción Detallada El miembro de control de válvula para fluido de ejemplo descrito en la presente proporciona una superficie contorneada de sellado que está configurada para desviar gradualmente un anillo de sellado durante la operación (por ejemplo, durante el cierre o apagado) de una válvula de control para fluido de tipo bola. Más específicamente, en contraste con miembros de control de válvula para fluido conocidos que tienen superficies contorneadas de sellado, el miembro de control de válvula para fluido de ejemplo descrito en la presente tiene una superficie de sellado con primera y segunda porciones que tienen radios esféricos diferentes. La primera porción de la superficie de sellado tiene un primer radio esférico con respecto a una línea central de un cuerpo del miembro de válvula de control y la segunda porción de la superficie de sellado tiene un segundo radio esférico con respecto a la línea central del cuerpo del miembro de control de válvula. Los primer y segundo radios esféricos están desviados uno de otro a lo largo de la línea central del cuerpo del miembro de control de válvula y el segundo radio esférico es más pequeño que el primer radio esférico para proporcionar una transición sustancialmente lisa o sin costura entre las primera y segunda porciones de la superficie de sellado. La magnitud de la desviación de los radios esféricos a lo largo de la línea central y la magnitud de la diferencia entre los primer y segundo radios esféricos puede ser proporcionadas de manera que, por ejemplo, la desviación sea aproximadamente dos veces la diferencia radial. Volviendo ahora en detalle a las Figuras 1 y 2 , se muestran vistas isométricas de un miembro 1 00 de control de válvula para fluido de ejemplo que tiene una superficie 102 contorneada de sellado y que se puede usar dentro de una válvula de control de fluido de tipo bola. Para claridad, en la Figura 1 solamente se muestra la relación entre el miembro 1 00 de control de válvula para fluido y el anillo 1 04 de sellado y no se muestran las otras estructuras asociadas típicamente con una válvula de control para fluidos (por ejemplo, una válvula tipo bola). Como se representa en la Figura 1 , el miembro 1 00 de control de válvula para fluido está en una condición abierta, la cual permite que fluya libremente el fluido a través del pasaje 1 06 de flujo definido por un diámetro interno 1 08 y el anillo 104 de sellado.

En general, el miembro 1 00 de control de válvula está configurado para uso con una válvula de control de fluido de tipo bola, rotatoria y, así, el miembro 1 00 de control de válvula puede hacerse rotar en un rango de aproximadamente noventa grados entre una condición totalmente abierta y una condición totalmente cerrada. El miembro 100 de control de válvula incluye una porción 1 10 de cuerpo que tiene una superficie 102 externa de sellado que es generalmente convexa y de forma esférica , una superficie interna 1 1 2 que es generalmente hundida y cóncava, y un par de orejas o patas 1 1 4 y 1 16 opuestas que se extienden lejos de la superficie interna 1 12. Como se representa en la Figura 1 , un borde 1 18 de ataque del miembro 100 de control de válvula tiene un perfil en forma de v para proporcionar características de flujo de fluido y caractepsticas de desempeño deseables del anillo 104 de sellado durante el cierre del miembro 100 de control de válvula. Tales perfiles en forma de v para uso con miembros de control de válvula son conocidos en la técnica, y, así, no se describen adicionalmente en la presente. La superficie interna 1 1 2 del miembro 1 00 de control de válvula está configurada para facilitar el flujo de fluido a través de una válvula de control de fluido, particularmente cuando el miembro 1 00 de control de válvula está girado hacia la posición abierta, como se muestra en la Figura 1 . La superficie externa 1 02 de sellado incluye una primera porción 1 20 que tiene un primer radio esférico y una segunda porción 122 que tiene un segundo radio esférico. El segundo radio esférico esta dimensionado para ser más pequeño que el primer radio esférico para proporcionar una transición sustancialmente lisa o sin costura entre las primera y segunda porciones 120 y 122 de la superficie 1 02 de sellado. La primera porción 120 está configurada para sellar contra el anillo 104 de sellado y la segunda porción 122 está configurada para desviar gradualmente el anillo 104 de sellado cuando el miembro 100 de control se mueve hacia una condición cerrada . Las primera y segunda porciones 120 y 122 están configuradas también para encontrarse a lo largo de una línea 124 que está separada de una línea o porción 124 de asiento asociada con la superficie 102 de sellado. Así , las primera y segunda porciones 120 y 122 están configuradas para encontrarse de manera que una porción de la superficie 102 de sellado que define un borde entre las primera y segunda porciones 120 y 122 no haga contacto con el anillo 1 04 de sellado cuando el miembro 1 00 de control de válvula de fluido está en una condición cerrada. Además, como se anotó antes, las primera y segunda porciones 120 y 122 de la superficie 1 02 de sellado están configuradas para encontrarse vía una transición sustancialmente lisa o sin costura que no tiene sustancialmente borde para ser eliminado vía una segunda operación secundaria de alisamiento o mezclado (por ejemplo, vía esmerado), como es el caso con miembros de control de válvula de fluido conocidos que tienen superficies de sellado de radio variable . Las orejas o patas 1 14 y 1 16 incluyen agujeros 124 y 126 respectivos configurados para recibir flechas 502 y 504 (Figura 5) en una manera convencional. Las orejas o patas 1 1 4 y 1 16 incluyen también aberturas o agujeros 130 y 132 configurados para recibir pasadores o cualquier otro sujetador adecuado para fijar las flechas 502 y 504 con relación al miembro 100 de control de válvula. La Figura 3 es una vista de planta del miembro 1 00 de control de válvula de fluido de ejemplo de las Figuras 1 y 2 y la Figura 4 es una vista de sección transversal de una porción del miembro 100 de control de válvula para fluido de ejemplo de las Figuras 1 , 2 y 3. Como se puede ver en la Figura 4, la primera porción 120 de la superficie 1 02 de sellado tiene un primer radio 400 esférico con respecto a un primer punto 402 a lo largo de una línea central 404 de la porción 1 1 0 de cuerpo y la segunda porción 122 de la superficie 1 02 de sellado tiene un segundo radio 406 esférico con respecto a un segundo punto 408 a lo largo de la línea central 404 de la porción 1 10 de cuerpo . Los primer y segundo puntos 402 y 408 están desviados uno de otro y el segundo radio 406 esférico está dimensionado para ser más pequeño que el primer radio 400 esférico para proporcionar una transición sustancialmente lisa o sin costura entre las primera y segunda porciones 120 y 122 de la superficie 1 02 de sellado. Las primera y segunda porciones 120 y 122 están configuradas para encontrarse separadas de la línea 124 de asiento asociada con la superficie 1 02 de sellado. La desviación entre los primer y segundo puntos 402 y 408 y una diferencia radial entre los primer y segundo radios 400 y 406 esféricos están proporcionadas con relación uno de otro. Por ejemplo, en el caso de una válvula de tipo bola de 1 0.1 6 centímetros, el radio 400 esférico de la primera porción 120 de la superficie 102 de sellado puede ser de aproximadamente 6.42 centímetros, el radio 406 esférico de la segunda porción 122 de la superficie 102 de sellado puede ser de aproximadamente 6.36 centímetros y la desviación entre los primer y segundo puntos 402 y 408 puede ser de aproximadamente 0.1 27 centímetros. En otro ejemplo, para una válvula de 1 5.24 centímetros, los primer y segundo radios 400 y 406 esféricos pueden ser de aproximadamente 8.72 centímetros y 8.66 centímetros, respectivamente, y la desviación entre los primer y segundo puntos 402 y 408 puede ser de aproximadamente 0.127 centímetros. Más generalmente, la magnitud de la desviación entre los primer y segundo puntos puede ser de aproximadamente dos veces la magnitud de la diferencia entre los primer y segundo radios 400 y 406 esféricos. La transición sustancialmente lisa no tiene sustancialmente bordes u otra transición sin costura, para ser eliminados vía una operación secundaria de alisamiento o mezclado. En contraste con miembros de control de válvula para fluido conocidos que tienen superficies contorneadas de sellado, el miembro de control descrito en la presente puede marquinarse usando, por ejemplo, una máquina CNC sin requerir operaciones subsiguientes (por ejemplo, esmerilado manual) para mezclar o alisar los radios esféricos diferentes de las primera y segunda porciones 120 y 122 de superficie de sellado. Más específicamente, el miembro de control de válvula para fluido descrito en la presente puede ser fabricado mediante el maquinado del cuerpo 1 10 del miembro 100 de control de válvula para fluido para proporcionar la primera porción 120 de superficie de sellado que tiene el primer radio 400 esférico con respecto a la línea central 404 del cuerpo 1 10. Después, el cuerpo 1 10 del miembro 100 de control de válvula para fluido puede ser maquinado para proporcionar la segunda porción 122 de superficie de sellado que tiene un segundo radio 406 esférico con respecto al segundo punto 408 a lo largo de la línea central 404 del cuerpo 1 10 desviado del primer punto 402. La magnitud de la desviación entre los radios 400 y 406 esféricos y las magnitudes de los radios 400 y 406 esféricos están configuradas de manera que los radios esféricos diferentes se mezclan suavemente o sin costuras sin maquinado adicional en la unión o transición entre las primera y segunda porciones 120 y 122 de la superficie 102 de sellado. La Figura 5 es una vista de sección transversal que representa una manera en la cual se puede usar el miembro 100 de control de válvula para fluido de ejemplo descrito en la presente dentro de una válvula 500 para fluido. Como se muestra en la Figura 5, el miembro 1 00 de control de válvula para fluido puede estar dispuesto dentro de la trayectoria de flujo de la válvula para fluido para formar una válvula de tipo bola. Aunque el miembro de control de válvula para fluido descrito en la presente se representa como que es de construcción sustancialmente unitaria, el miembro de control de válvula para fluido descrito en la presente podría hacerse alternativamente a partir de múltiples componentes ensamblados utilizando sujetadores roscados, soldaduras, broches, etc. Adicionalmente, el miembro de control de válvula para fluido descrito en la presente puede hacerse de acero inoxidable y/o enchapado con cromo para proporcionar una superficie de sellado dura, lisa que tiene un alto grado de resistencia a la corrosión y el desgaste como se hace comúnmente . Aunque se han descrito en la presente ciertos aparatos y métodos, el alcance de la cobertura de esta patente no está limitado a los mismos. Por el contrario, esta patente cubre todas las modalidades que caen justamente dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas ya sea literalmente o bajo la doctrina de equivalentes.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1 . Un miembro de control de válvula para fluido, que comprende: una porción de cuerpo que tiene una superficie de sellado configurada para acoplar con un anillo de sellado dentro de una válvula de control para fluido, en donde una primera porción de la superficie de sellado tiene un primer radio esférico con respecto a un primer punto a lo largo de una línea central de la porción de cuerpo y una segunda porción de la superficie de sellado tiene un segundo radio esférico con respecto a un segundo punto a lo largo de la línea central de la porción de cuerpo, y en donde los primer y segundo puntos están desviados uno de otro y el segundo radio esférico está dimensionado para ser más pequeño que el primer radio esférico para formar una transición sustancialmente sin costuras entre las primera y segunda porciones de la superficie de sellado. 2. Un miembro de control de válvula para fluido como se define en la reivindicación 1 , en donde una distancia entre los primer y segundo puntos está basada en una diferencia radial entre el primer radio esférico y el segundo radio esférico. 3. Un miembro de control de válvula para fluido como se define en la reivindicación 2, en donde la distancia entre los primer y segundo puntos es aproximadamente de dos veces la diferencia radial entre el primer radio esférico y el segundo radio esférico. 4. Un miembro de control de válvula para fluido como se define en la reivindicación 1 , en donde la primera porción de la superficie de sellado está configurada para sellar contra el anillo de sellado y la segunda porción de la superficie de sellado está configurada para desviar gradualmente el anillo de sellado dentro de la válvula de control para fluido cuando el miembro de control de válvula para fluido se mueve hacia una condición cerrada. 5. Un miembro de control de válvula para fluido como se define en la reivindicación 1 , en donde las primera y segunda porciones de la superficie de sellado están configuradas para encontrarse en una porción de la superficie de sellado configurada para no hacer contacto con el anillo de sellado cuando el miembro de control de válvula para fluido está en una condición cerrada. 6. Un miembro de control de válvula para fluido como se define en la reivindicación 5, en donde la porción de la superficie de sellado configurada para no hacer contacto con el anillo de sellado cuando el miembro de control de válvula para fluido está en la condición cerrada es un área de asentamiento asociada con la superficie de sellado. 7. Un miembro de control de válvula para fluido como se define en la reivindicación 1 , en donde la porción de cuerpo está configurada para uso en una válvula de control para fluido de tipo bola. 8. Un miembro de control de válvula para fluido como se define en la reivindicación 1 , en donde el miembro de control de válvula para fluido es un componente de válvula de tipo bola. 9. Un miembro de control de válvula para fluido, que comprende: una porción de cuerpo que tiene una superficie de sellado generalmente esférica, en donde la superficie de sellado generalmente esférica tiene dos regiones definidas por radios esféricos respectivos, en donde una diferencia radial entre los radios esféricos respectivos esta proporcionada para una desviación entre los orígenes de los radios esféricos para formar una transición sustancialmente sin costuras entre las dos regiones . 10. Un miembro de control de válvula para fluido como se define en la reivindicación 9, en donde la desviación entre los orígenes de los radios esféricos es de aproximadamente dos veces la diferencia radial entre los radios esféricos respectivos. 1 1 . Un miembro de control de válvula para fluido como se define en la reivindicación 9, en donde uno de los radios esféricos es más pequeño que el otro de los radios esféricos. 12. Un método para fabricar un miembro de control de válvula para fluido, que comprende: maquinar un cuerpo del miembro de control de válvula para fluido para formar una primera porción de superficie de sellado que tiene un primer radio esférico con respecto a una línea central del cuerpo; y maquinar el cuerpo del miembro de control de válvula para fluido para formar una segunda porción de superficie de sellado que tiene un segundo radio esférico con respecto a un segundo punto a lo largo de la línea central del cuerpo desviado del primer punto, en donde los primer y segundo puntos están desviados uno de otro y el segundo radio esférico está dimensionado para ser más pequeño que el primer radio esférico para proporcionar una transición sustancialmente sin costura entre las primera y segunda porciones de superficie de sellado. 13. Un método como se define en la reivindicación 1 2, en donde una distancia entre los primer y segundo puntos está establecida con base en una diferencia radial entre el primer radio esférico y el segundo radio esférico. 14. Un método como se define en la reivindicación 1 3, en donde la distancia entre los primer y segundo puntos es aproximadamente dos veces la diferencia radial entre el primer radio esférico y el segundo radio esférico. 1 5. Un método como se define en la reivindicación 12, en donde la primera porción de la superficie de sellado está configurada para sellar contra el anillo de sellado y la segunda porción de la superficie de sellado está configurada para desviar gradualmente el anillo de sellado dentro de la válvula de control de fluido cuando el miembro de control de la válvula para fluido se mueve hacia una condición cerrada. 16. Un método como se define en la reivind icación 1 2, en donde las primera y segunda porciones de la superficie de sellado se maquinan para encontrarse en una porción de la superficie de sellado configurada para no hacer contacto con el anillo de sellado cuando el miembro de control de la válvula para fluido está en una condición cerrada. 17. Un método como se define en la reivindicación 16, en donde la porción de la superficie de sellado configurada para no hacer contacto con el anillo de sellado cuando el miembro de control de la válvula para fluido está en la condición cerrada es una línea de asiento asociada con la superficie de sellado. 18. Una válvula de control de fluido, que comprende: un cuerpo de válvula; un anillo de sellado que rodea una trayectoria de flujo a través del cuerpo de válvula ; y un miembro de control de flujo de la válvula que tiene una porción de cuerpo que incluye una superficie de sellado configurada para acoplar con el anillo de sellado, en donde una primera porción de la superficie de sellado tiene un primer radio esférico con respecto a un primer punto a lo largo de una línea central de la porción del cuerpo y una segunda porción de la superficie de sellado tiene un segundo radio esférico con respecto a un segundo punto a lo largo de la línea central de la porción del cuerpo, y en donde los primer y segundo puntos están desviados uno de otro y el segundo radio esférico está dimensionado para ser más pequeño que el primer radio esférico para proporcionar una transición sustancialmente sin costura entre las primera y segunda porciones de la superficie de sellado. 1 9. Una válvula de control de fluido como se define en la reivindicación 1 8, en donde se establece una distancia entre los primer y segundo puntos con base en una diferencia radial entre el primer radio esférico y el segundo radio esférico. 20. Una válvula de control de fluido como se define en la reivindicación 1 8, en donde la distancia entre los primer y segundo puntos es aproximadamente dos veces la diferencia radial entre el primer radio esférico y el segundo radio esférico.