MX2012010816A - Valvulas que poseen una guarnicion de ceramica con superficies de corte protegidas. - Google Patents

Abstract

Se describe una unidad de guarnición de válvula que posee una guarnición de cerámica con superficies de corte protegidas. Un ejemplo de unidad de guarnición de válvula incluye un asiento de válvula compuesto de un material no cerámico y que posee un inserto de un material cerámico. Un elemento de cierre posee un elemento de control de flujo primario y un elemento de control de flujo secundario. El elemento de control de flujo secundario está compuesto del material cerámico y dispuesto dentro de una cavidad del elemento de cierre. El elemento de control de flujo primario se sella al material no cerámico del asiento de válvula y el elemento de control de flujo secundario se desplaza dentro de una abertura del inserto para modular el flujo de fluido a través del asiento de válvula a medida que el elemento de control de flujo primario se desacopla del material no cerámico del asiento de válvula.

Description

VALVULAS QUE POSEEN UNA GUARNICION DE CERAMICA CON SUPERFICIES DE CORTE PROTEGIDAS Referencia a solicitudes relacionadas La presente patente reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional Estadounidense Número de Serie 61/315,717, presentada en Marzo 19 de 2010, titulada VALVULAS QUE POSEEN UNA GUARNICION DE CERAMICA PARA PROTEGER LAS SUPERFICIES DE CORTE, la cual se incorpora a la presente por completo como referencia.

Campo de la Invención La presente invención se refiere en general a válvulas de control y, más específicamente, a válvulas que poseen una guarnición de cerámica con superficies de corte protegidas.

Antecedentes de la Invención Las válvulas de control a menudo son utilizadas en plantas o sistemas de control de procesos para controlar el flujo de fluidos de procesos. En general, las válvulas de control típicamente incluyen un conjunto o unidad de guarnición de válvula que incluye un tapón de válvula (por ejemplo, un tapón de válvula metálico) y un asiento de válvula (por ejemplo, un anillo de asiento metálico) dispuestos en una trayectoria de fluido para controlar el flujo de fluido a través de un conducto entre una entrada y una salida. Un vástago o eje de válvula que acopla operativamente el tapón de válvula a un accionador como, por ejemplo, un accionador neumático, un accionador manual, etc. El accionador desplaza el tapón de válvula entre una posición abierta en la cual el tapón de válvula está separado del asiento de válvula para permitir que el fluido fluya por el conducto y una posición cerrada en la cual el tapón de válvula sella el asiento de válvula para impedir que el fluido fluya por el conducto.

En aplicaciones de servicio severas como, por ejemplo, en la industria petroquímica, las válvulas de control pueden estar sometidas a condiciones de servicio severamente erosivas que pueden rápidamente desgastar o reducir la vida útil de la guarnición de válvula (por ejemplo, un asiento de válvula, un tapón de válvula, etc.). Por ejemplo, la guarnición de válvula puede quedar expuesta a los fluidos del proceso que contienen partículas (por ejemplo, finos de catalizadores cerámicos). Las partículas atrapadas pueden dañar (por ejemplo, remover material) y/o rápidamente desgastar una superficie de sellado de un asiento de válvula y/o una superficie de sellado de un tapón de válvula hecho de metal a medida que el fluido que transporta las partículas corre entre la entrada y la salida. Este daño es exacerbado en aplicaciones con altas presiones diferenciales dado que el particulado puede impactar las superficies metálicas del asiento de válvula y/o el tapón de válvula a velocidades relativamente altas. Una superficie de sellado del asiento de válvula y/o el tapón de válvula dañada o desgastada de esta forma se torna ineficaz en el control del flujo de fluido, lo cual da como resultado una vida útil significativamente reducida de la guarnición de válvula.

En aplicaciones de servicio severas, con frecuencia se utilizan asientos de válvula y/o tapones de válvula de materiales cerámicos con el fin de reducir el daño y/o desgaste provocado por fluidos de proceso severamente erosivos que de otro modo pueden dañar los asientos de válvula y/o tapones de válvula metálicos, prolongándose de esta forma la vida útil del asiento de válvula y/o tapón de válvula. Sin embargo, a pesar que los asientos de válvula y/o tapones de válvula son altamente resistentes a los efectos erosivos o corrosivos antes referenciados de partículas y materiales similares, tales tapones de válvula y/o asientos de válvula cerámicos no pueden soportar las fuerzas de empuje del accionador relativamente altas que con frecuencia son necesarias con el fin de proveer un corte de flujo de fluido total. Por ejemplo, el accionador imparte una carga o fuerza de apoyo relativamente alta al tapón de válvula cuando el tapón de válvula se acopla al asiento de válvula con el fin de proveer un corte relativamente hermético e impedir o restringir el flujo de fluido por el conducto de la válvula en aplicaciones de encendido/apagado. Bajo tales altas cargas, un tapón de válvula y/o asiento de válvula hecho de cerámica puede fracturarse, romperse o quebrarse.

Breve Descripción de la Invención En un ejemplo, una unidad de guarnición de válvula incluye un asiento de válvula compuesto de un material no cerámico y que posee un inserto de un material cerámico. Un elemento de cierre posee un elemento de control de flujo primario y un elemento de control de flujo secundario. El elemento de control de flujo secundario está compuesto del material cerámico y dispuesto dentro de una cavidad del elemento de cierre. El elemento de control de flujo primario se sella al material no cerámico del asiento de válvula y el elemento de control de flujo secundario se desplaza dentro de una abertura del inserto para modular el flujo de fluido a través del asiento de válvula a medida que el elemento de control de flujo primario se desacopla del material no cerámico del asiento de válvula.

En otro ejemplo, una unidad de guarnición de válvula incluye un asiento de válvula compuesto de un material metálico que posee un inserto compuesto de un material cerámico. Un conjunto de tapón de válvula posee una superficie de asiento metálica primaria y una superficie de regulación de cerámica secundaria circundada por la superficie de asiento metálica. La superficie de regulación se desplaza con relación a una abertura del inserto para reducir la caída de presión a través de la superficie de asiento metálica a medida que el conjunto de tapón de válvula se desacopla del asiento de válvula.

Breve Descripción de los Dibujos Figura 1 ilustra una válvula de control conocida implementada con una un unidad de guarnición de válvula conocido.

Figura 2A ilustra un ejemplo de válvula de control implementado con un ejemplo de unidad de guarnición de válvula descrito en la presente.

Figura 2B ilustra una porción ampliada del ejemplo de unidad de guarnición de válvula que se ilustra en Figura 2A.

Figura 3A ilustra el ejemplo de válvula de control y la unidad de guarnición de válvula de Figuras 2A y 2B que se ilustra en una posición intermedia.

Figura 3B ilustra una porción ampliada del ejemplo de unidad de guarnición de válvula que se ilustra en Figura 3A.

Figura 4A ilustra el ejemplo de válvula de control y la unidad de guarnición de válvula de Figuras 2A, 2B, 3A y 3B que se ilustra en una posición abierta.

Figura 4B ilustra una porción ampliada del ejemplo de unidad de guarnición de válvula que se ilustra en Figura 4A.

Descripción Detallada de la Invención En general, el ejemplo de unidad de guarnición de válvula descrito en la presente puede ser utilizado con fluidos de procesos severamente erosivos como, por ejemplo, fluidos de procesos (por ejemplo, fluidos de hidrógeno) que transportan partículas (por ejemplo, catalizadores metálicos) que con frecuencia provocan daños o erosión a los componentes de las guarniciones de válvula convencionales. El ejemplo de unidad de guarnición de válvula descrito en la presente prolonga marcadamente la vida útil de la guarnición de válvula con respecto a una guarnición de válvula convencional.

Más específicamente, el ejemplo de unidad de guarnición de válvula descrito en la presente provee una porción o función de regulación separada de una porción o función de corte. Además, el ejemplo de unidad de guarnición traslada una porción significativa del diferencial de presión del fluido de proceso a la porción de regulación de la unidad de guarnición de válvula y, así, minimiza el diferencial de presión a través de la porción de cierre de la unidad de guarnición de válvula. Adicionalmente, es posible impartir una fuerza de carga o empuje relativamente alta sobre la porción de cierre de la unidad de guarnición de válvula minimizando a la vez toda carga impartida a la porción de regulación de la unidad de guarnición de válvula.

En particular, un ejemplo de unidad de guarnición descrito en la presente incluye un asiento de válvula compuesto de un material metálico que incluye un inserto compuesto de un material cerámico. Un conjunto de tapón de válvula del ejemplo de unidad de guarnición posee una superficie de asiento metálica primaria y una superficie de regulación de cerámica secundaria circundada por la superficie de asiento metálica. En funcionamiento, la superficie de regulación se desplaza con relación a una abertura del inserto para reducir una caída de presión a la cual la superficie de asiento metálica está expuesta a medida que el conjunto de tapón de válvula se desacopla del asiento de válvula.

Así, la unidad de guarnición incluye una superficie de regulación de cerámica o guarnición de cerámica para proteger las superficies metálicas o superficies de corte de la unidad de guarnición.

Figura 1 ilustra un conjunto de válvula de control conocido 100 (por ejemplo, una válvula de control tipo angular) equipada con un unidad de guarnición de válvula 102 conocido que puede ser utilizada en aplicaciones de servicio severas (por ejemplo, un fluido de proceso severamente erosivo, aplicaciones de alta presión, etc.). Con referencia a Figura 1, el ejemplo de conjunto de válvula de control 100 incluye un cuerpo de válvula 104 que define el conducto de flujo de fluido 106 entre una entrada o conducto lateral 108 y una salida o conducto inferior 110. En este ejemplo, la entrada 108 está dispuesta a cierto ángulo respecto de la salida 110. Un casquete 112 se acopla al cuerpo de válvula 104 mediante los sujetadores 114 y acopla el cuerpo de válvula 104 a un accionador (no se ilustra). El casquete 112 además aloja un sistema de empaquetadura 116 para impedir la fuga de fluido de proceso al ambiente.

La unidad de guarnición de válvula 102 incluye un elemento de control de flujo o tapón de válvula 118 y un asiento de válvula o anillo de asiento 120 dispuesto dentro del conducto 106. Un accionador (por ejemplo, un accionador neumático, un accionador eléctrico, accionador hidráulica, etc.) puede estar operativamente acoplado al tapón de válvula 118 mediante un vástago de válvula 122 y desplazar el tapón de válvula 118 con relación al anillo de asiento 120 para controlar el flujo de fluido a través del conducto 106 entre la entrada 108 y la salida 110. Un retén o recubrimiento de anillo de asiento 124 retiene el anillo de asiento 120 dentro del cuerpo de válvula 104 y posee un cuerpo alargado 126 que se extiende para proteger una superficie 128 de la salida 110 de los efectos adversos del proceso como, por ejemplo, abrasión, erosión, corrosión, etc. En el ejemplo ilustrado de Figura 1, el anillo de asiento 120 y el recubrimiento 124 son piezas separadas de modo que el recubrimiento 124 se acople al anillo de asiento 120 mediante un calce por interferencia para retener el anillo de asiento 120 dentro del cuerpo de válvula 104. En otros ejemplos, el recubrimiento 124 puede estar integralmente formado con el anillo de asiento 120 para formar una estructura sustancialmente unitaria.

En operación, el accionador impulsa el vástago de válvula 122 y, así, al tapón de válvula 118 entre una posición cerrada en la cual el tapón de válvula 118 está acoplado al anillo de asiento 120 con el fin de impedir o restringir el flujo de fluido a través del conducto 106 entre la entrada 108 y la salida 110 y una posición totalmente abierta o de flujo máximo en la cual el tapón de válvula 118 se separa del anillo de asiento 120 para permitir el flujo de fluido a través del conducto 106 entre la entrada 108 y la salida 110.

En condiciones de fluido no severas (por ejemplo, condiciones de flujos no erosivos, aplicaciones con un diferencial de presión relativamente bajo, etc.), el tapón de válvula 118 y/o el anillo de asiento 120 típicamente están hechos de un material metálico como, por ejemplo, acero inoxidable o cualquier otro material metálico adecuado. Sin embargo, en aplicaciones de servicio severas, la superficie de sellado 130 del tapón de válvula 118 y/o la superficie de apoyo 132 del anillo de asiento 120 pueden desgastarse rápidamente o dañarse. Por ejemplo, en aplicaciones con altas presiones diferenciales, el fluido (por ejemplo, un líquido, gas, vapor, etc.) en la entrada 108 de la válvula 100 típicamente posee una presión relativamente alta que es reducida a una presión sustancialmente menor en la salida 110 de la válvula 100. El diferencial de presión relativamente alto a través de la válvula 100 aumenta significativamente la velocidad del fluido que pasa a través del conducto 106 del cuerpo de válvula 104. La mayor velocidad puede hacer que el fluido fluya a través de la válvula 100 experimentando un flujo turbulento, que puede impartir fuerzas no deseadas u otros efectos del fluido capaces de provocar daños (por ejemplo, pérdida de material) a la superficie 130 del anillo de asiento 120 y/o la superficie 132 del tapón de válvula 118, por medio de lo cual se reduce la vida útil del anillo de asiento 120 y/o el tapón de válvula 118.

Adicionalmente o alternativamente, en aplicaciones de servicio severas (por ejemplo, aplicaciones petroquímicas), la unidad de guarnición de válvula 102 puede quedar expuesto a condiciones de fluido severamente erosivas y/o corrosivas que pueden rápidamente desgastar o provocar pérdidas de material en las superficies 130 y/o 132 y reducir en forma significativa la vida útil de la unidad de guarnición de válvula 102. Por ejemplo, el tapón de válvula 118 y/o el anillo de asiento 120 pueden quedar expuestos a los fluidos de proceso que contienen partículas (por ejemplo, finos de catalizadores cerámicos), capaces de desgastar o degradar las superficies 130 y/o 132. Además, este daño erosivo se exacerba cuando fluidos de proceso severamente erosivos que transportan partículas (por ejemplo, finos de catalizadores cerámicos) son sometidos a un diferencial de presión relativamente alto y, así, a una mayor velocidad a través de la unidad de guarnición de válvula 102 dado que el particulado puede impactar las superficies 130 y/o 132 a una velocidad relativamente alta. Estos flujos de fluido a alta velocidad erosivos pueden provocar un deterioro rápido y/o desgaste (por ejemplo, pérdida de material) sobre las superficies 130 y/o 132 y acortan marcadamente la vida útil de la unidad de guarnición de válvula 102.

En condiciones de fluidos severamente erosivos, con frecuencia se utilizan tapones de válvula y/o asientos de válvula hechos de materiales cerámicos dado que éstos poseen una resistencia relativamente elevada a condiciones de fluido erosivo o corrosivo y aplicaciones de alto diferencial de presión, por medio de lo cual se incrementa la vida útil de los tapones de válvula y/o asientos de válvula. Por ejemplo, con referencia al ejemplo de Figura 1, el tapón de válvula 118 y/o el anillo de asiento 120 pueden estar hechos de un material cerámico. En tal caso, el recubrimiento 124 retiene el anillo de asiento cerámico 120 dentro del cuerpo de válvula 104. Sin embargo, el acople del tapón de válvula 118 al vastago de válvula 122 puede exigir un mecanismo de sujeción mecánica complejo. Adicional o alternativamente, según se ha indicado, el tapón de válvula cerámico 118 puede dañarse (por ejemplo, puede producirse una fractura, quiebre, rotura, etc.) debido a las fuerzas de empuje y/o cargas impartidas al tapón de válvula 118 mediante un accionador dimensionado para proveer un control de cierre hermético durante aplicaciones de flujo de encendido/apagado.

Figura 2A ilustra un ejemplo de válvula de control de fluido 200 equipada con un ejemplo de unidad de guarnición de válvula 202 descrito en la presente que puede utilizarse en aplicaciones con altos diferenciales de presión y/o aplicaciones severamente erosivas o corrosivas como, por ejemplo, aplicaciones en las que se usan fluidos de procesos que transportan partículas (por ejemplo, finos de catalizadores cerámicos). Figura 2B ilustra una porción ampliada del ejemplo de la unidad de guarnición de válvula 202 ilustrado en Figura 2A.

Con referencia a Figuras 2A y 2B, la válvula 200 incluye un cuerpo de válvula 204 que define un conducto 206 entre una entrada o conducto lateral 208 y una salida o conducto inferior 210. La unidad de guarnición de válvula 202 está dispuesta dentro del conducto 206 del cuerpo de válvula 204 para controlar el flujo de fluido entre la entrada 208 y la salida 210. En el ejemplo ilustrado, la entrada 208 está sustancialmente angulada con relación a la salida 210. Un casquete 212 se acopla al cuerpo de válvula 204 (por ejemplo, mediante sujetadores) y además acopla el cuerpo de válvula 204 a un accionador (no se ilustra). El accionador está operativamente acoplado a la unidad de guarnición de válvula 202 mediante un vástago de válvula 214.

La unidad de guarnición de válvula 202 incluye un conjunto de tapón de válvula o elemento de cierre 216 que posee un elemento de control de flujo primario 218 y un elemento de control de flujo secundario 220. La unidad de guarnición de válvula 202 además incluye un asiento de válvula 222 que posee una superficie de sellado 224 y un inserto 226. En este ejemplo, el elemento de control de flujo primario 218 y la superficie de sellado 224 están compuestos de un material no cerámico y el elemento de control de flujo secundario 220 y el inserto 226 están compuestos de un material cerámico. En algunos ejemplos, el asiento de válvula 222 y el elemento de control de flujo primario 218 pueden estar compuestos del mismo material no cerámico. Alternativamente, el asiento de válvula 222 puede estar compuesto de un primer material no cerámico y el elemento de control de flujo primario 218 puede estar compuesto de un segundo material no cerámico distinto del primer material no cerámico. Del mismo modo, el inserto 226 y el elemento de control de flujo secundario 220 puede estar compuesto del mismo material cerámico. Alternativamente, el inserto 226 puede estar hecho de un primer material cerámico y el elemento de control de flujo secundario 220 puede estar hecho de un segundo material cerámico distinto del primer material cerámico.

El material no cerámico puede incluir un material metálico, una aleación metálica de alta resistencia como, por ejemplo, níquel, una aleación a base de níquel, un material que posea propiedades de alta resistencia, un material no cerámico que posea propiedades de resistencia a la erosión o corrosión, un material termoplástico, un material elastomérico, y/o cualquier otro material no cerámico. El material cerámico puede incluir, por ejemplo, carburo, carburo de tungsteno, y/o cualquier otro material cerámico altamente resistente a condiciones erosivas y corrosivas. En un ejemplo específico, el elemento de control de flujo primario 218 y el asiento de válvula 222 están compuestos de una aleación de níquel y el elemento de control de flujo secundario 220 y el inserto 226 están compuestos de carburo de tungsteno.

El elemento de control de flujo primario 218 coopera con o se desplaza con relación a la superficie de sellado 224 para proveer una función de encendido/apagado o control de corte para impedir que el fluido fluya a través del conducto 206 cuando válvula 200 está en posición de cierre. El elemento de control de flujo secundario 220 coopera con o se desplaza con relación al inserto 226 para modular o regular flujo de fluido a través del conducto 206 entre la entrada 208 y la salida 210. Como más claramente se ilustra en Figura 2B, el elemento de control de flujo primario 218 incluye una superficie de apoyo 228 (por ejemplo, una superficie de asiento metálica) que se sella a la superficie de sellado 224 (por ejemplo, una superficie de sellado metálica) del asiento de válvula 222 para proveer un cierre relativamente hermético. El elemento de control de flujo secundario 220 incluye una superficie de regulación 230 (por ejemplo, una superficie de regulación de cerámica) que se desplaza con relación a una abertura 232 del inserto 226 (por ejemplo, un inserto cerámico) para modular el flujo de fluido. En este ejemplo, la superficie de apoyo 228 del elemento de control de flujo primario 218 está integralmente formada de un cuerpo 234 del elemento de cierre 216. Sin embargo en otros ejemplos, el elemento de control de flujo primario 218 puede ser un inserto acoplado a (por ejemplo, dispuesto dentro de) una superficie 236 (por ejemplo, una ranura, un canal, un orificio, etc.) del elemento de cierre 216.

Según se ilustra, el elemento de cierre 216 incluye una cavidad 238 que posee un eje 240 coaxialmente alineado con un eje 242 del asiento de válvula 222 para recibir el elemento de control de flujo secundario 220. En el ejemplo ilustrado, el elemento de control de flujo secundario 220 incluye un inserto de tapón de válvula 244 que posee una base 246 y una porción alargada 248 que se proyecta desde la base 246. Cuando se acopla al elemento de cierre 216, la base 246 se dispone dentro de la cavidad 238 del elemento de cierre 216 de manera que la porción alargada 248 se extienda hacia la abertura 232 del inserto 226. En este ejemplo, el elemento de control de flujo secundario 220 está compuesto de un material cerámico y se coloca (por ejemplo, a presión) dentro de la cavidad 238 del elemento de cierre 216 quedando circundado por el elemento de control de flujo primario 218. Por ello, en el ejemplo ilustrado, el elemento de cierre 216 incluye un conjunto que posee la superficie de asiento metálica 228 y la superficie de regulación de cerámica 230 circundadas por la superficie de asiento metálica 228. Sin embargo, en otros ejemplos, es posible utilizar cualquier otro proceso de fabricación y/o sujetadores adecuados (por ejemplo, sujetadores mecánicos) para acoplar el elemento de control de flujo secundario 220 al elemento de cierre 216.

Adicionalmente, según se expone con mayor detalle a continuación, la porción alargada 248 provee una zona o área de banda muerta de control de flujo 250 (Figura 2B) para reducir la caída de presión a la cual la superficie de asiento metálica 228 y/o la superficie de sellado metálica 224 están expuestas a medida que el elemento de control de flujo primario 218 se desacopla del asiento de válvula 222. Una guía 251 (por ejemplo, una guía cilindrica) recibe por deslizamiento el elemento de cierre 216 y orienta el elemento de cierre 216 a medida que el accionador desplaza el elemento de cierre 216 entre una primera posición (por ejemplo, una posición totalmente cerrada) y una segunda posición (por ejemplo, una posición totalmente abierta).

El ejemplo de válvula 200 de Figuras 2A y 2B incluye un recubrimiento 252 que está integralmente formado con el asiento de válvula 222 como un elemento o estructura sustancialmente unitaria. En este ejemplo, el recubrimiento 252 se acopla a rosca al cuerpo de válvula 204 mediante sujetadores 254. En otros ejemplos, el recubrimiento 252 puede estar enclavado entre una pestaña de salida (no se ilustra) del cuerpo de válvula 204 y la cañería inferior (no se ilustra). Además, en otros ejemplos, el asiento de válvula 222 y el recubrimiento 252 pueden ser piezas separadas. Por ejemplo, el asiento de válvula 222 puede ser un anillo de asiento retenido dentro del cuerpo de válvula 204 mediante el recubrimiento 252. En este ejemplo, el recubrimiento 252 incluye un cuerpo alargado 256 que se extiende para proteger una superficie 258 de la salida 210 de los efectos adversos de los proceso como, por ejemplo, abrasión, corrosión, etc.

En el ejemplo ilustrado, el inserto 226 se encuentra al menos parcialmente dispuesto o calzado (por ejemplo, a presión) dentro de una abertura 260 del recubrimiento 252 y se extiende a lo largo de una porción del cuerpo alargado 256 del recubrimiento 252. Según se ilustra, la abertura 232 del inserto 226 posee una superficie interna contorneada 262 (por ejemplo, una superficie interna con forma de venturi) para optimizar las características del flujo de fluido entre la entrada 208 y la salida 210. La superficie interna 262 de la abertura 232 puede realizarse, por ejemplo, por esmerilado o cualquier otro proceso de fabricación adecuado. Sin embargo, en otros ejemplos, la superficie interna 262 de la abertura 232 puede ser linealmente ahusada o puede incluir cualquier otra abertura de forma adecuada. Alternativamente, en otros ejemplos en los cuales el recubrimiento 252 no se usa, el inserto 226 puede estar al menos parcialmente dispuesto dentro de una abertura de un asiento de válvula o anillo de asiento mediante, por ejemplo, un calce a presión o cualquier otro proceso de fabricación adecuado. Tales ejemplos incluyen, entre otros, válvulas lineales, válvulas rotativas, y/o cualquier otro dispositivo de flujo de fluido adecuado.

En operación, un accionador puede accionar o desplazar el elemento de cierre 216 entre una posición cerrada o recorrido de longitud de carrera de cero por ciento (0%) y una posición abierta o recorrido de longitud de carrera de 100 por ciento. Las Figuras 2A y 2B ilustran el elemento de cierre 216 en una posición cerrada 264 (es decir, un recorrido de longitud de carrera de cero por ciento) con relación al asiento de válvula 222. En la posición cerrada 264, la superficie de asiento metálica 228 del elemento de control de flujo primario 218 se sella a la superficie de sellado metálica 224 del asiento de válvula 222 para impedir que el fluido fluya a través del conducto 206 entre la entrada 208 y la salida 210. Además, una longitud máxima o grado de la zona o área de banda muerta 250 de la porción alargada 248 del elemento de control de flujo secundario 220 se dispone dentro de la abertura 232 del inserto 226 cuando la válvula 200 está en la posición cerrada 264.

En la posición cerrada 264, el accionador imparte un alto grado (por ejemplo, sustancialmente toda) de la cara de apoyo y/o carga de empuje a la superficie de asiento metálica 228 del elemento de control de flujo primario 218 y/o la superficie de sellado metálica 224 del asiento de válvula 222, y tales fuerzas son marcadamente minimizadas con relación al elemento de control de flujo secundario 220 (por ejemplo, la superficie de regulación de cerámica 230) y el inserto 226. El accionador imparte que la carga de apoyo y/o fuerza de empuje sobre el elemento de control de flujo primario 218 y/o el asiento de válvula 222 dado que la superficie de apoyo 228 del elemento de control de flujo primario 218 está en contacto con la superficie de sellado 224 del asiento de válvula 222 antes que una superficie o área crítica 266 del elemento de control de flujo secundario 220 se ponga en contacto con una superficie o área crítica 268 del inserto 226. Así, el elemento de control de flujo primario 218 se acopla al asiento de válvula 222 de manera que provea una fuerza axial reactiva en una dirección del eje 240. A pesar que la porción alargada 248 está acoplada al inserto 226 en la posición cerrada 264, la fuerza axial en la dirección del eje 240 hacia la superficie 236 es relativamente pequeña o insignificante. Así, el elemento de control de flujo primario protege el elemento de control de flujo secundario de la carga de apoyo y/o fuerzas de empuje del accionador.

Por ello, las cargas de apoyo y/o las fuerzas de empuje del accionador impartidas al elemento de control de flujo secundario 220 y/o el inserto 226 son relativamente pequeñas o insignificantes. En este ejemplo, la superficie de apoyo 228 del elemento de control de flujo primario 218 y la superficie de sellado 224 del asiento de válvula 222 están compuestas de un material metálico. Por ello, las superficies metálicas 228 y/o 224 pueden soportar las cargas de empuje del accionador y/o cargas de apoyo relativamente altas para lograr un cierre o control hermético. Adicionalmente, en caso que las superficies metálicas 228 y/o 224 del respectivo elemento de control de flujo primario 218 y/o el asiento de válvula 222 se desgasten, las superficies metálicas pueden ser reacondicionadas mediante, por ejemplo, torneado o cualquier otro proceso adecuado, para proveer superficies de sellado lisas y así prolongar la vida útil de la unidad de guarnición de válvula 202.

Figuras 3A y 3B ilustran el elemento de cierre 216 en una posición intermedia 300. Cuando el elemento de control de flujo primario 218 se desplaza entre la posición cerrada 264 ilustrada en Figuras 2A y 2B y la posición intermedia 300 ilustrada en Figuras 3A y 3B, la zona o área de banda muerta 250 (Figura 3B) de la porción alargada 248 es adyacente a la superficie interna 262 de la abertura 232 y se desplaza con relación a la abertura 232 del inserto 226 sobre una porción de la carrera total del elemento de control de flujo primario 218 (es decir, el elemento de cierre 216). En operación, el elemento de control de flujo secundario 220 se desplaza dentro de la abertura 232 del inserto 226 a medida que la superficie de apoyo 228 del elemento de control de flujo primario 218 se desacopla de la superficie de sellado 224 del asiento de válvula 222. Sin embargo, a medida que el elemento de control de flujo primario 218 y el elemento de control de flujo secundario 220 se desplaza entre la posición cerrada 264 y la posición intermedia 300, la zona o área de banda muerta 250 de la porción alargada 248 permanece adyacente a la abertura 232 del inserto 226 para restringir o inhibir el flujo de fluido a través del conducto 206 de la válvula 200. Este flujo de fluido es inhibido o restringido debido a las estrechas tolerancias entre una superficie externa de la zona o área de banda muerta 250 de la porción alargada 248 y el diámetro o tamaño de la abertura 232 del inserto 226.

Por ello, la zona o área de banda muerta 250 se desplaza adyacente a la abertura 232 del inserto 226 para proveer un recorrido de longitud de carrera de banda muerta efectivo a la longitud de carrera total del elemento de control de flujo primario 218. El área o zona de banda muerta 250 de la porción alargada 248 puede ser dimensionada para proveer un recorrido de longitud de carrera de banda muerta efectivo sobre un recorrido de longitud de carrera predeterminado (por ejemplo, un recorrido de longitud de carrera del 25%) del elemento de control de flujo primario 218 a medida que el accionador impulsa el elemento de cierre 216 (y, así, el elemento de control de flujo primario 218) entre la posición cerrada 264 y una posición intermedia (por ejemplo, la posición intermedia 300).

De esta forma, a medida que el elemento de control de flujo primario 218 se desacopla de la superficie de sellado 224 y se separa del asiento de válvula 222, el fluido fluye a través de las superficies 228 y 224 y en dirección al elemento de control de flujo secundario 220. Sin embargo, dado que el elemento de control de flujo secundario 220 restringe o inhibe el flujo de fluido a través de la válvula 200 mientras la zona o área de banda muerta 250 de la porción alargada es adyacente a la abertura 232, un fluido a alta presión en la entrada 208 fluye a través de la superficie de apoyo 228 del elemento de cierre primario 218 y/o la superficie de sellado 224 del asiento de válvula 222 sin una marcada caída o diferencial de presión. En otras palabras, el diferencial de presión a través de la superficie de apoyo 228 del elemento de control de flujo primario 218 y/o la superficie de sellado 224 del asiento de válvula 222 es relativamente pequeño o insignificante. La reducción o minimización de la caída o diferencial de presión a través de la superficie de apoyo 228 y/o la superficie de sellado 224 prolonga significativamente la vida útil de las superficies 228 y/ó 224 y, así, la unidad de guarnición de válvula 202.

El ejemplo antes indicado es conveniente en aplicaciones con altos diferenciales de presión y/o fluidos severamente erosivos que contienen partículas (por ejemplo, finos de catalizadores cerámicos), capaces de provocar pérdida de material o daños a las superficies metálicas 228 y/o 224 del respectivo elemento de control de flujo primario 218 y el asiento de válvula 222. En este ejemplo, la superficie de regulación de cerámica 230 del elemento de control de flujo secundario 220 se desplaza con relación a la abertura 232 del inserto cerámico 226 para reducir la caída de presión a la cual las superficies metálicas 228 y/o 224 quedan de otro modo expuestas a medida que el elemento de cierre 216 se desacopla y se separa del asiento de válvula 222 según se ilustra en Figuras 3A y 3B.

Figuras 4A y 4B ilustran el elemento de cierre 216 en una posición totalmente abierta 400 con relación al asiento de válvula 222 y el inserto 226. Tal como más claramente se observa en la Figura 4B, la porción alargada 248 incluye una punta contorneada o extremo ahusado 402. A medida que el accionador impulsa el elemento de cierre 216 entre la posición intermedia 300 de Figuras 3A y 3B y la posición totalmente abierta 400 de Figuras 4A y 4B, el extremo ahusado 402 permite el flujo de fluido a través del conducto 206 de la válvula 200 a medida que la zona o área de banda muerta 250 se separa de la abertura 232. En otras palabras, el extremo ahusado 402 reduce las estrechas tolerancias entre la superficie externa de la zona o área de banda muerta 250 y la superficie interna 262 de la abertura 232 para permitir el flujo de fluido a través de la válvula 200 a medida que la zona o área de banda muerta 250 se desacopla y separa de la abertura 232 del inserto 226. Adicionalmente, el extremo ahusado 402 controla la tasa de flujo de fluido a través de la válvula 200 cuando el extremo ahusado 402 se desplaza dentro de la abertura 232 entre una primera posición y una segunda posición cuando la zona o área de banda muerta 250 se separa de la abertura 232 a medida que la porción alargada 248 se mueve entre la posición intermedia 300 y la posición abierta 400 cuando la porción alargada 248 está adyacente a la abertura 232.

En la posición totalmente abierta 400, el elemento de control de flujo primario 218 se separa del asiento de válvula 222 y el elemento de control de flujo secundario 220 se separa del inserto 226 para permitir un flujo de fluido máximo a través del conducto 206 del cuerpo de válvula 204 entre la entrada 208 y la salida 210. A medida que el elemento de control de flujo secundario 220 se separa del inserto 226 entre la posición intermedia 300 de Figuras 3A y 3B y la posición totalmente abierta 400 de Figuras 4A y 4B, el fluido que fluye a través de la abertura 232 experimenta una caída de presión a través del inserto 226 y el elemento de control de flujo secundario 220. Por ello, el elemento de control de flujo secundario 220 (por ejemplo, una guarnición de cerámica) protege las superficies de cierre (es decir, las superficies de la superficie de apoyo 228 y/o la superficie de sellado 224). El elemento de control de flujo secundario 220 y el inserto 226 pueden soportar caídas o diferenciales de presión relativamente grandes y/o condiciones de fluido severamente erosivo o corrosivo dado que están hechos de un material cerámico, capaz de resistir el desgaste y la degradación bajo tales condiciones.

Según se ha expuesto, el elemento de control de flujo secundario 220 se desplaza con relación a la abertura 232 del inserto 226 para reducir la caída de presión a la cual el elemento de control de flujo primario 218 y el asiento de válvula 222 quedarían de otro modo expuestos a medida que el elemento de cierre 216 se desacopla del asiento de válvula 222 según se ilustra en Figuras 3A y 3B. Adicionalmente, según se ilustra en Figuras 4A y 4B, el elemento de control de flujo secundario 220 se desplaza con relación al inserto 226 para regular el flujo de fluido a través del conducto 206 entre la entrada 208 y la salida 210.

El ejemplo de unidad de guarnición de válvula 202 descrito en la presente permite que la válvula controle la función de regulación de la unidad de guarnición de válvula 202 separadamente de la función de corte de la unidad de guarnición de válvula 202. Separando las dos funciones y agregando un recorrido de carrera de banda muerta efectivo al recorrido total de la carrera del elemento de cierre 216, la caída de presión en las superficies metálicas 228 y 224 se reduce significativamente o anula, por medio de lo cual se minimiza el daño o el desgaste del material de las superficies metálicas 228 y 224 y se prolonga marcadamente la vida útil de la unidad de guarnición de válvula 202. Además, la separación de las superficies de sellado 228 y 224 de las superficies de regulación 230 y el inserto 226 permite que las superficies metálicas 228 y/o 224 sean torneadas o reacondicionadas, con lo cual se prolonga la vida útil de la unidad de guarnición de válvula 202.

Debido al ángulo del cuerpo de válvula 204, es posible lograr un fácil drenaje dado que el cuerpo de válvula o la trayectoria de flujo de la válvula carecen de cavidades o áreas que permitan la acumulación de fluido y/o residuos. Por ello, en las industrias químicas y del petróleo por lo general se usan válvulas de control del tipo angular, que a menudo exigen el control de aceites u otros líquidos residuales con propiedades de coqueo. Sin embargo, el ejemplo de unidad de guarnición de válvula descrito en la presente no se limita al uso con válvulas de fluido de tipo angular. En otros ejemplos, es posible utilizar válvulas de fluido como, por ejemplo, válvulas de globo, válvulas rotativas, válvulas lineales, etc.

A pesar de haberse descrito cierto aparato, el alcance de la presente no se limita al mismo. Por el contrario, la presente comprende todo aparato que caiga dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas ya sea literalmente o bajo la doctrina de los equivalentes.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Una unidad de guarnición de válvula para uso con una válvula de fluido, caracterizada porque comprende: un asiento de válvula compuesto de un material no cerámico y que posee un inserto de un material cerámico; y un elemento de cierre que posee un elemento de control de flujo primario y un elemento de control de flujo secundario, el elemento de control de flujo secundario está compuesto del material cerámico y dispuesto dentro de una cavidad del elemento de cierre, en tanto el elemento de control de flujo primario se acopla herméticamente al material no cerámico del asiento de válvula y el elemento de control de flujo secundario se desplaza dentro de una abertura del inserto para modular el flujo de fluido a través del asiento de válvula a medida que el elemento de control de flujo primario se desacopla del material no cerámico del asiento de válvula.

2. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de control de flujo primario comprende el material no cerámico.

3. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizada porque el material no cerámico comprende una aleación metálica.

4. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizada porque el material cerámico comprende carburo de tungsteno.

5. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además un recubrimiento para retener el asiento de válvula y el inserto dentro del cuerpo de la válvula de fluido.

6. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 5, caracterizada porque el recubrimiento comprende un cuerpo alargado.

7. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 5, caracterizada porque el inserto calza a presión dentro de una abertura del recubrimiento y el asiento de válvula es integralmente formado con el recubrimiento.

8. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizada porque el inserto incluye una abertura que posee una superficie interna contorneada.

9. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de control de flujo secundario comprende un tapón de válvula que posee una base dispuesta dentro de la cavidad del elemento de cierre y una porción alargada dimensionada para acoplarse al inserto sobre una porción del recorrido de carrera total del elemento de control de flujo primario para proveer una banda muerta de flujo de fluido efectiva.

10. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 9, caracterizada porque la porción alargada permanece acoplada al inserto cuando el elemento de control de flujo primario se desplaza entre una posición cerrada en la cual el elemento de control de flujo primario se sella al asiento de válvula y una posición intermedia en la cual el elemento de control de flujo primario se desacopla del asiento de válvula, en tanto la porción alargada se separa del inserto cuando el elemento de control de flujo primario se desplaza entre la posición intermedia y una posición totalmente abierta de la válvula de fluido.

11. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de control de flujo secundario se desplaza con relación al inserto para regular el flujo de fluido entre una entrada y una salida de la válvula de fluido.

12. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de control de flujo secundario calza a presión dentro de la cavidad del elemento de cierre y es circundado por el elemento de control de flujo primario.

13. Una unidad de guarnición de válvula, caracterizada porque comprende: un asiento de válvula compuesto de un material metálico y un inserto compuesto de un material cerámico; y un conjunto de tapón de válvula que posee una superficie de asiento metálica y una superficie de regulación de cerámica circundada por la superficie de asiento metálica, en tanto la superficie de regulación se desplaza con relación a una abertura del inserto para reducir la caída de presión a través de la superficie de asiento metálica a medida que el conjunto de tapón de válvula se desacopla del asiento de válvula.

14. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 12, caracterizada porque el material metálico comprende una aleación metálica y el material cerámico comprende un carburo.

15. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 12, caracterizada porque la superficie de regulación incluye una porción alargada que se proyecta hacia el inserto del asiento de válvula.

16. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 14, caracterizada porque la superficie de regulación está provista por un elemento de control de flujo dispuesto a presión dentro de una cavidad del conjunto de tapón de válvula.

17. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 12, caracterizada porque comprende además un recubrimiento que posee una abertura para recibir al menos una porción del inserto, en tanto el recubrimiento y el asiento de válvula están integralmente formados como una estructura unitaria.

18. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 16, caracterizada porque el inserto calza a presión dentro de la abertura del recubrimiento.

19. Una unidad de guarnición de válvula para uso con una válvula de fluidos, caracterizada porque comprende: un medio para cortar el flujo de fluido a través de un conducto del cuerpo de válvula entre una entrada y una salida, en tanto el medio para cortar el flujo de fluido está hecho de un material no cerámico; y un medio para regular el flujo de fluido a través del conducto del cuerpo de válvula, en tanto el medio de regulación está hecho de un material cerámico, y el medio de regulación está acoplado al medio para cortar el flujo de fluido de manera que el diferencial de presión del flujo que fluye por el conducto a través del medio de corte del flujo de fluido sea relativamente menor o insignificante cuando el medio de corte se abra para permitir el flujo de fluido entre la entrada y la salida.

20. Una unidad de guarnición de válvula de acuerdo a la reivindicación 18, caracterizada porque el medio de regulación del flujo de fluido además comprende un medio para proveer una banda muerta de flujo de fluido efectiva.