MXPA06009170A - Ensamblaje de valvula de bola hueca. - Google Patents

Abstract

Unos aparatos y metodos para construir una valvula que comprende un miembro de sellado y una bola hueca operable para enganchar de manera sellada el miembro de sellado. Una envoltura de guia es dispuesta en torno a dicha bola hueca y no restringe la rotacion de dicha bola hueca. Un resorte es dispuesto entre la bola hueca y la envoltura de guia de modo a empujar la bola hueca a enganche de sellado con el miembro de sellado. La bola hueca es construida a partir de dos porciones de tamano desigual y puede comprender un cuerpo esferico hueco que tiene un orificio y un tapon dimensionado de modo a encajar estrechamente dentro del orificio.

Description

ENSAMBLAJE DE VÁLVULA DE BOLA HUECA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a unos métodos y aparatos para controlar el flujo en una bomba. De manera particular, la presente invención se refiere a unas válvulas de succión y descarga para bombas reciprocantes usadas para bombear fluidos abrasivos.

Las válvulas de succión y descarga son usadas en bombas reciprocantes para controlar el flujo de fluido hacia adentro y hacia fuera de los cilindros en los cuales el fluido es presurizado. Las bombas reciprocantes son usadas en varias operaciones para presurizar una mezcla pastosa, a menudo abrasiva, de sólidos y líquidos. Por ejemplo, las bombas reciprocantes son usadas en operaciones de perforación para presurizar una mezcla pastosa de sólidos y líquidos conocida como lodo de perforación hacia el fondo de un agujero perforado en la tierra. El lodo presurizado es usado para lubricar y enfriar una mecha de perforación al fondo del pozo así como para transportar sedimento aflojado y recortes de roca de regreso hacia la superficie. En la superficie, los recortes y el sedimento son removidos del lodo de perforación retornante para su examen y el lodo de perforación filtrado puede ser usado nuevamente. En muchos casos, unas particulas altamente abrasivas están presentes en los fluidos que están siendo bombeados a través del sistema .

Debido a estos componentes altamente abrasivos, las válvulas y los sellos de las bombas reciprocantes deben ser diseñados para resistir una severa abrasión, mientras que mantienen una acción positiva de sellado y soportan unas altas presiones de operación. Debido a la naturaleza abrasiva y corrosiva de la mayoría de los fluidos de perforación, estas válvulas tienen una vida de servicio finita y deben ser reemplazadas cuando la tasa de filtraciones aumenta hasta un punto tal que la bomba no mantiene una presión satisfactoria para las condiciones de perforación. Estas válvulas y asientos fallan normalmente debido a un deterioro del elemento elastomérico de sellado de la válvula, la erosión causada por el corte de fluido de las superficies metálicas de contacto de válvula y asiento o una combinación de ambos . Debido a que el mantenimiento de estas válvulas es un proceso costoso y que consume tiempo, unas válvulas que tuvieran una vida de servicio aumentada serian deseables .

Así, existe la necesidad de desarrollar unos métodos y aparatos para válvulas de succión y descarga que superen algunas de las dificultades precedentes proporcionando al mismo tiempo unos resultados generales más ventajosos.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Las modalidades de la presente invención están dirigidas a unos aparatos y métodos para construir una válvula que comprende un miembro de sellado y una bola hueca operable para enganchar de manera sellada el miembro de sellado. Una envoltura de guia es dispuesta en torno a dicha bola hueca y no restringe la rotación de dicha bola hueca. Un resorte es dispuesto entre la bola hueca y la envoltura de guía de modo a empujar la bola hueca a enganche de sellado con el miembro de sellado. La bola hueca es construida a partir de dos porciones de tamaño desigual y puede comprender un cuerpo esférico hueco que tiene un orificio y un tapón dimensionado de modo a encajar estrechamente dentro del orificio. En ciertas modalidades, un ensamblaje de bomba comprende un ensamblaje de extremo fluido que tiene un conducto en comunicación fluida con un émbolo reciprocante. Un suministro de fluido y una salida de fluido están en comunicación fluida con el conducto. El ensamblaje de bomba también comprende una válvula de succión que tiene una bola hueca empujada a enganche de sellado con un miembro de sellado de modo a impedir la comunicación fluida entre dicho suministro de fluido y el conducto. Una válvula de descarga comprende una bola hueca empujada a enganche de sellado con un miembro de sellado de modo a impedir la comunicación fluida entre dicha descarga de fluido y el conducto. Cada una de las bolas huecas de la válvula de descarga y la válvula de succión es construida a partir de dos porciones de tamaño desigual. Así, la presente invención comprende una combinación de características y ventajas que le permite superar varios problemas de dispositivos previos. Las varias características descritas anteriormente, así como otras características, serán evidentes para aquéllos versados en el arte con la lectura de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas de la invención, y mediante referencia a los dibujos acompañantes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una descripción más detallada de la modalidad preferida de la presente invención, se hará referencia ahora á los dibujos acompañantes, en los cuales: La Figura 1 es una vista en sección parcial que muestra un ensamblaje de bomba construido de acuerdo con modalidades de la invención; La Figura 2 es una vista en elevación, en sección transversal, de un ensamblaje de válvula construido de acuerdo con modalidades de la invención; y Las Figuras 3 y 4 son vistas en sección transversal de una bola hueca construida de acuerdo con modalidades de la invención .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Haciendo referencia ahora a la Figura 1, el ensamblaje (10) de extremo fluido de bomba comprende una válvula de succión (12) y una válvula de descarga (14) que están conectadas hidráulicamente a un émbolo y cilindro (no mostrados) por el conducto (16) . La válvula de succión (12) está conectada a un suministro de fluido (18) . La válvula de descarga (14) está conectada a una salida de fluido (20). Cada válvula (12), (14) comprende ún miembro de cierre (22) que es empujado a enganche de sellado con un miembro de sellado (24) por un miembro de empuje (26) . Las válvulas (12) y (14) son abiertas por la presión que actúa sobre el miembro de cierre (22) de modo a comprimir el miembro de empuje (26) y mover el miembro de cierre fuera de enganche con el miembro de sellado (24). Asi, cada válvula (12) y (14) sólo permite el flujo en una dirección a través de la válvula, y están dispuestas de tal modo que la válvula de succión (12) permite el flujo de fluido al conducto (16) y la válvula de descarga (14) permite el flujo de fluido hacia fuera del conducto (16) . A medida que el émbolo se mueve y expande el volumen dentro el cilindro, la válvula de descarga (14) se cierra y la válvula de succión (12) se abre de modo que el fluido fluye desde el suministro de fluido (18) al conducto (16) . El émbolo invierte entonces la dirección, disminuyendo el volumen dentro del cilindro y aumentando así la presión dentro del conducto (16) de modo que la válvula de succión (12) se cierra y la válvula de descarga (14) se abre de modo a permitir que el fluido fluya a la salida de fluido (20) . El ciclo se repite, a menudo a una alta tasa ciclica, a medida que el fluido está siendo bombeado. Haciendo referencia ahora a la Figura 2, el ensamblaje de válvula de bola (30) comprende una bola (32) , un miembro de sellado (34), un resorte (36) y una envoltura de guía (38) . El ensamblaje de válvula (30) está dispuesto dentro de un cuerpo de flujo (40) que comprende una entrada (42) y una salida (44) . El miembro de sellado (34) comprende adicionalmente un asiento (46) y un sello (48) que están dispuestos cerca de la entrada (42) del cuerpo (40) . La envoltura de guía (38) comprende una brida (50) que se une al cuerpo (40), un retén de resorte superior (52) y una jaula de bola (54). El miembro de resorte (36) se conecta en interfaz con el retén de resorte superior (52) y puede también comprender un reten de resorte inferior (56) que proporciona una interfaz entre el miembro de empuje (36) y el miembro de sellado (34) . El resorte (36) puede ser un resorte de espiral que tiene una rigidez seleccionada para proporcionar suficiente sellado a una presión deseada. Por ejemplo, mientras mayor sea la rigidez del resorte seleccionado, más presión soportará la válvula antes de abrirse. El resorte (36) empuja la bola (34) contra el sello (48), el cual es construido a partir de un material elástico que es adherido al asiento (46) , de modo a comprimir el material de sello elástico y crear un sello entre el sello (48) y la bola (34). Mientras la fuerza generada por el resorte (36) exceda la fuerza generada por la presión de fluido en la entrada (42) contra la bola (34), la bola permanecerá enganchada con el sello (48) . Una vez que la presión dentro de la entrada (42) llega a un cierto nivel, la fuerza generada por la presión que actúa sobre la bola (32) comprimirá el resorte (36) y moverá la bola fuera de enganche con el sello (48) permitiendo el flujo desde la entrada (42) a la salida (44) . El flujo de fluidos continuará mientras que exista un diferencial de presión entre la entrada (42) y la salida (44). Una vez que el diferencial de presión disminuya, el resorte (36) moverá la bola (32) de regreso a su enganche de sellado con el sello (48) . Cuando se usa en una aplicación de bomba, como se describe con referencia a la Figura 1, el ensamblaje de válvula (30) efectúa un ciclo, es decir, se abre y se cierra, con cada carrera de un émbolo, a menudo hasta varias veces por segundo.

La envoltura de guía (38) es dispuesta de modo a no restringir la rotación de la bola (32) . El flujo de fluido alrededor de la bola (32) causará una ligera rotación durante el ciclo de apertura y cierre de la válvula (30) , permitiendo que una porción ligeramente diferente de la bola se ponga en contacto con el sello (48) en cada ciclo de apertura y cierre. La bola (32) puede efectuar un sello de una manera igualmente efectiva sobre su superficie entera y, debido a que se le permite rotar, no está limitada a golpear las mismas superficies en cada ciclo. Esto resulta en una reducción significativa en la tasa de desgaste sobre la bola cuando se compara con las configuraciones actuales de válvula. El resultado final de la tasa reducida de desgaste y erosión es una vida de válvula mucho más larga cuando se opera bajo condiciones similares. Debido a que se espera que el ensamblaje de válvula (30) tenga la capacidad de efectuar un ciclo rápidamente, la masa de la bola (32) limita el tamaño del ensamblaje de válvula. Una vez que la masa de una bola se hace demasiado elevada, la inercia de la bola prohibe un ciclo rápido de la válvula. Por lo tanto, con el fin de reducir la masa de una bola de un tamaño dado, se puede usar una bola hueca. En ciertos tamaños, una válvula de bola que utiliza una bola hueca puede ser más liviana que una válvula tipo macho de tamaño comparable. Aunque el uso de una bola hueca puede reducir la masa de la bola, otros problemas se hacen evidentes, especialmente cuando la válvula es usada con un fluido abrasivo a altas presiones y tasas de flujo. Las bolas huecas son a menudo formadas soldando conjuntamente dos mitades semiesféricas para formar una bola. La soldadura de las dos mitades resulta en una costura circunferencial y una zona afectada por calor correspondiente en cada mitad. El material dentro de la soldadura y las zonas afectadas por calor tendrá propiedades diferentes al otro material en las mitades y por lo tanto tenderá a desgastarse a una tasa diferente que el resto de la bola. Ya que los materiales se desgastan a tasas diferentes, una gran porción de la bolsa, tal como la soldadura y/o la zona afectada por calor, puede no proporcionar una superficie adecuada para el sellado y la confiabilidad de sellado de la válvula disminuye. Esta disminución de la confiabilidad es especialmente evidente en aplicaciones de alto flujo en las cuales el fluido tiende a rotar la bola de tal modo que la porción de la bola que se pone en contacto con el sello está cambiando constantemente. Debido a que la bola está rotando constantemente, la probabilidad de que una porción de la zona soldada o afectada por calor pueda estar en contacto con el sello es aumentada. Una forma de aumentar la confiabilidad de la válvula es disminuir el área soldada y la zona afectada por calor correspondiente. Esto puede ser efectuado formando la bola hueca a partir de dos porciones de tamaño desigual, tal como se muestra en las Figuras 3 y 4. La bola hueca (60) es construida a partir de un cuerpo moldeado (62) y un tapón (64). El cuerpo moldeado (62) es formado como una pieza esférica hueca que tiene un puntal (66) y un orificio (68). El tapón (64) comprende un puntal (70) que sobresale desde una sección esférica (72) dimensionada de modo a encajar estrechamente dentro del orificio (68). El agujero (74) proporciona una comunicación fluida a través del tapón (64) . El tapón (64) es soldado al cuerpo (62) para formar una bola esférica completa (60) . La bola (60) puede ser también tratada por calor para proporcionar las caracteristicas deseables del material. Una vez que se completa la soldadura y el tratamiento por calor, la superficie exterior de la bola (60) es trabajada para alisar la superficie y remover los puntales (66) y (70). Un hueco (74) proporciona un desahogo desde el interior de la bola (60) durante los procesos de soldadura y tratamiento por calor. Una vez que se completa la soldadura y el trabajado, una clavija (76) es insertada al hueco (74) y soldada en su lugar para sellar el hueco . La bola (60) proporciona asi una bola hueca con un área soldada y una zona afectada por calor minimizadas. Por ejemplo, se puede construir una bola de 12.7 cm (5 pulgadas) de diámetro que tiene un espesor de pared de 1.27 cm (0.5 pulgada) con el fin de proporcionar una bola con una masa que permite una rápida actuación de la válvula. El tapón para la bola de 12.7 cm (5 pulgadas) de diámetro puede ser un tapón circular que tiene un diámetro de aproximadamente 3.81 cm (1.5 pulgadas). Una bola de 12.7 cm (5 pulgadas) de diámetro construida con un tapón de 3.81 cm (1.5 pulgadas) tendrá una longitud de soldadura lineal inferior a 12.7 cm (5 pulgadas), mientras que una bola de 12.7 cm (5 pulgadas) de diámetro construida a partir de dos semiesferas tendrá una longitud de soldadura superior a 38.1 cm (15 pulgadas). Ya que el área soldada es reducida, la frecuencia con la cual la soldadura se pone en contacto con el asiento también es reducida, proporcionando asi una vida de servicio extendida . Aunque unas modalidades preferidas de esta invención han sido mostradas y descritas, unas modificaciones de la misma pueden ser efectuadas por aquéllos versados en el arte sin apartarse del alcance o las enseñanzas de esta invención. Las modalidades descritas en la presente son ejemplos solamente y no son limitativas . Muchas variaciones y modificaciones del sistema y aparato son posibles y están dentro del alcance de la invención. Por ejemplo, las dimensiones relativas de las varias partes, los materiales a partir de los cuales las varias partes son elaboradas y otros parámetros pueden ser variados, siempre que los métodos y aparatos retengan las ventajas discutidas en la presente. Por consiguiente, el alcance de protección no está limitado a las modalidades descritas en la presente, sino que está solamente limitado por las reivindicaciones que siguen, cuyo alcance debe incluir todos los equivalentes del contenido de las reivindicaciones.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES 1. Una válvula que comprende: un miembro de sellado; una bola hueca operable para enganchar de manera sellada dicho miembro de sellado, en donde dicha bola hueca es construida a partir de dos porciones de tamaño desigual; una envoltura de guía dispuesta en torno a dicha bola hueca, en donde dicha envoltura de guía no restringe la rotación de dicha bola hueca; y un resorte dispuesto entre dicha bola hueca y dicha envoltura de guía, en donde dicho resorte es operable para empujar dicha bola hueca a enganche de sellado con dicho miembro de sellado.
2. 2. La válvula de la reivindicación 1, en la cual las dos porciones de tamaño desigual de dicha bola hueca son soldadas entre sí.
3. 3. La válvula de la reivindicación 1, en la cual las dos porciones de tamaño desigual de dicha bola hueca comprenden: un cuerpo esférico hueco que tiene un orificio a través del mismo; y un tapón dimensionado de modo a encajar estrechamente dentro del orificio.
4. 4. La válvula de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un cuerpo que tiene una entrada y una salida, en donde el flujo de fluido entre la entrada y la salida es impedido cuando dicha bola hueca es enganchada con dicho miembro de sellado.
5. 5. Un ensamblaje de bomba, que comprende: un ensamblaje de extremo fluido que tiene un conducto en comunicación fluida con un émbolo reciprocante; un suministro de fluido en comunicación fluida con el conducto; una salida de fluido en comunicación fluida con el conducto; una válvula de succión que comprende una bola hueca empujada a enganche de sellado con un miembro de sellado de modo a impedir la comunicación fluida entre dicho suministro de fluido y el conducto; una válvula de descarga que comprende una bola hueca empujada a enganche de sellado con un miembro de sellado de modo a impedir la comunicación fluida entre dicha descarga de fluido y el conducto, en donde la bola hueca de dicha válvula de descarga y la bola hueca de dicha válvula de succión son ambas construidas a partir de dos porciones de tamaño desigual.
6. 6. El ensamblaje de bomba de la reivindicación 5, en el cual las dos porciones de tamaño desigual de las bolas huecas son soldadas entre sí.
7. 7. El ensamblaje de bomba de la reivindicación 5, en el cual las bolas huecas comprenden: un cuerpo esférico hueco que tiene un orificio a través del mismo; y un tapón dimensionado de modo a encajar estrechamente dentro del orificio.
8. 8. Un método para construir una válvula, que comprende: unir dos porciones esféricas de tamaño desigual para formar una bola hueca; disponer la bola hueca dentro de una envoltura de guía; y disponer un resorte entre la bola hueca y la envoltura de guía de modo a empujar la bola hueca a enganche de sellado con un miembro de sellado.
9. 9. El método de la reivindicación 8, que comprende adicionalmente disponer el ensamblaje de válvula en un cuerpo que tiene una entrada y una salida, en donde el flujo de fluido entre la entrada y la salida es impedido cuando la bola hueca están en enganche de sellado con el miembro de sellado .
10. 10. El método de la reivindicación 9, en el cual el cuerpo es un ensamblaje de extremo fluido de una bomba reciprocante .
11. 11. El método de la reivindicación 8, en el cual la unión de dos porciones esféricas de tamaño desigual para formar una bola hueca comprende adicionalmente: formar un cuerpo esférico hueco que tiene un orificio a través del mismo; formar un tapón dimensionado de modo a encajar estrechamente dentro del orificio; y fijar el tapón dentro del orificio.