Sellado de vástago de válvula metálico y sistema de sellado.

Sellado de metal contra metal para sellar un vástago de válvula metálico móvil a un elemento de sombrerete,

comprendiendo el sellado metálico:

una junta de vástago metálico en forma de U (40) dispuesta entre una superficie exterior (20) del vástago deválvula metálico (12) y una superficie exterior del elemento de sombrerete (22), presentando la junta (40) unprimer elemento de labio flexible (50) y un segundo elemento de labio flexible (52), presentando cada uno deentre el primer y segundo elementos de labio una superficie interior, una superficie exterior, una parte superior yuna parte inferior, y presentando además la parte inferior de cada elemento de labio una superficie exteriorinclinada (64, 74);

un anillo de cuña metálico (76) dispuesto entre la superficie interior del primer elemento de labio y la superficieinterior del segundo elemento de labio; y

por lo menos un muelle activante (92) dispuesto adyacente al anillo de cuña (76), en el que el muelle activantemetálico aplica una fuerza suficiente al anillo de cuña que provoca que el anillo de cuña aplique una presión decontacto suficiente al primer y segundo elementos de labio que fuerza mecánicamente las partes inferiores delprimer y segundo elementos de labio a girar hacia fuera para formar, respectivamente, una primera área decontacto del sellado hermético entre el primer elemento de labio y la superficie exterior del vástago de válvulametálico y una segunda área de contacto del sellado hermético entre el segundo elemento de labio y la superficieexterior del elemento de sombrerete, caracterizado porque el anillo de cuña (76) proporciona la activación oexpansión de los elementos de labio (50, 52) que fuerzan mecánicamente las superficies exteriores inclinadas(64, 74) de los elementos de labio (50, 52) a estar en contacto sustancialmente recto con las superficies desellado de tanto el vástago de válvula (12) como del sombrerete (22).

Sellado de vástago de válvula metálico y sistema de sellado.

Campo técnico La presente invención se refiere a un sellado de vástago de válvula metálico y a un sistema de sellado. En particular, la presente invención se refiere a un sellado de válvula mejorada de metal contra metal para realizar el sellado entre un vástago de válvula móvil y un elemento de sombrerete, y a un sistema de sellado mejorado que incorpora el sellado de vástago de válvula de metal contra metal. El sistema de sellado y el sellado de vástago de válvula metálico de la presente invención tienen una aplicación particular en la perforación petrolera y de gas en alta mar. Sin embargo, la presente invención se puede utilizar como sistema de sellado para otros fluidos, tales como agua e hidrocarburos líquidos y gaseosos, y en otras aplicaciones aptas, tales como las tomas, que son aquellas estructuras que conectan la línea submarina con las plataformas de superficie de perforación petrolera y de gas.

Antecedentes de la técnica La explotación en alta mar de depósitos de petróleo y de gas ha aumentado la demanda de sistemas de sellado para utilizar con equipos de alta mar que sean fiables, duraderos y proporcionen un sellado hermético para evitar fugas de petróleo y de gas. Los sistemas de sellado tienen que poder soportar las cargas aplicadas durante el funcionamiento continuo. Debido a las estructuras artificiales complejas en alta mar utilizadas en las instalaciones de alta mar, el mantenimiento de los sistemas de sellado en los equipos de alta mar resulta muy costoso o incluso imposible de realizar. Para minimizar o eliminar la necesidad de mantenimiento y reparación de los sistemas de sellado de los equipos de alta mar, todos los elementos críticos de los sistemas de sellado deben presentar fiabilidad y durabilidad continuas para satisfacer completamente los requisitos estrictos sobre cero emisiones al medio ambiente.

Antes de la presente invención se han desarrollado sellados de vástago de válvula metálicos y sistemas de sellado conocidos para utilizar en las perforaciones petroleras y de gas y aplicaciones relacionadas. Sin embargo, dichos sellados y sistemas de sellado adolecen de desventajas tales como una capacidad de sellado insuficiente e inadecuada en condiciones de presión elevada, un desgaste prematuro que provoca menos durabilidad y fiabilidad, una frecuencia superior de mantenimiento y reparaciones, el aumento de daños a las superficies de sellado y, a menudo, la utilización de un equipo más costoso. Además, muchos sellados de vástago de válvula y sistemas de sellado conocidos incorporan materiales plásticos o elastoméricos en la construcción del sellado. Dichos materiales plásticos o elastoméricos son menos ventajosos que los metales cuando se utilizan la perforación petrolera y de gas en alta mar, debido a la propensión de los materiales plásticos o elastoméricos a desgastarse más fácilmente y/o explotar en condiciones de presión elevada.

La patente US n.º 4.643.440 da a conocer un sistema en el que se acopla un anillo obturador con un compensador / expansor correspondiente que presenta una forma general de cuña que ejerce una fuerza en los resaltes obturadores del anillo obturador para ampliar las dimensiones diametrales del anillo obturador. La solicitud de patente GB 2.302.572 da a conocer un sellado metálico en U con brazos de sellado. En el extremo de los brazos de sellado se disponen unas superficies de sellado elevadas que ponen en contacto el sellado con las superficies de contacto correspondientes. La patente US nº 4.410.189 da a conocer un sellado de metal contra metal según el preámbulo de la reivindicación 1 y que comprende un elemento de cubeta anular accionado por un elemento de cuña para dirigir los resaltes del elemento de cubeta hacia el exterior para efectuar el sellado contra un eje.

Por consiguiente, existe la necesidad de un sellado de vástago de válvula metálico y de un sistema de sellado nuevos y mejorados que superen los problemas relacionados con los sellados de vástago de válvula y sistemas de sellado conocidos.

Sumario de la invención La presente invención satisface dichas necesidades, y proporciona un sellado de válvula de vástago metálico único y ventajoso según la reivindicación 1 y un sistema de sellado según la reivindicación 2. Ninguno de los sellados de vástago de válvula metálico o sistemas de sellado conocidos proporciona todas las numerosas ventajas de la presente invención.

En un aspecto, la presente invención se refiere a un sistema de sellado de vástago de válvula metálico según la reivindicación 2, que comprende: un cuerpo de válvula; un vástago de válvula metálico alojado dentro del cuerpo de la válvula; un elemento de sombrerete alojado dentro del cuerpo de la válvula; una junta de vástago metálico en forma de U dispuesta entre el vástago de válvula metálico y el elemento de sombrerete, presentando la junta un primer elemento de labio y un segundo elemento de labio, presentando cada uno de los mismos una superficie interior y una superficie exterior; un anillo de cuña metálico dispuesto entre la superficie interior del primer elemento de labio y la superficie interior del segundo elemento de labio; y por lo menos un muelle activante metálico adyacente al anillo de cuña, en el que el muelle activante metálico aplica una fuerza suficiente al anillo de cuña que provoca que el anillo de cuña aplique una presión de contacto suficiente a los elementos de labio primero y segundo para expandir los elementos de labio primero y segundo para formar un sellado entre la junta y el vástago de válvula metálico y para formar un sellado entre la junta y el elemento de sombrerete. En particular, el primer elemento de labio está impulsado mecánicamente por el anillo de cuña activado por el muelle activante para formar una primera área de contacto del sellado hermético entre el primer elemento de labio y la superficie exterior del vástago de válvula metálico, y el segundo elemento de labio se impulsa mecánicamente mediante el anillo de cuña activado por el muelle activante para formar una segunda área de contacto del sellado hermético entre el segundo elemento de labio y la superficie exterior del elemento de sombrerete.

En un aspecto adicional, la presente invención se refiere a un sellado de metal contra metal según la reivindicación 1 destinado a realizar el sellado entre un vástago de válvula móvil y un elemento de sombrerete, comprendiendo el sellado metálico: una junta de vástago metálico en forma de U dispuesta entre una superficie exterior del vástago de válvula metálico y una superficie exterior del elemento de sombrerete, presentando la junta un primer elemento de labio flexible y un segundo elemento de labio flexible, presentando cada uno de los mismos una superficie interior, una superficie exterior, una parte superior y una parte inferior, y presentando además la parte inferior de cada elemento de labio una superficie exterior inclinada; un anillo de cuña metálico dispuesto entre la superficie interior del primer elemento de labio y la superficie interior del segundo elemento de labio para expandir los elementos de labio a fin de formar un sellado hermético entre la junta y tanto el vástago de válvula y el elemento de sombrerete; y por lo menos un muelle activante metálico dispuesto parcialmente dentro del anillo de cuña, en el que el muelle activante metálico aplica una fuerza suficiente al anillo de cuña que provoca que el anillo de cuña aplique una presión de contacto suficiente a los elementos de labio primero y segundo para impulsar mecánicamente las partes inferiores de los elementos de labio primero y segundo para formar, respectivamente, una primera área de contacto del sellado hermético entre el primer elemento de labio y la superficie exterior del vástago de válvula metálico y una segunda área de contacto del sellado hermético entre el segundo elemento de labio y la superficie exterior del elemento de sombrerete.

El sellado de vástago de válvula metálico y el sistema de sellado pueden comprender además un pasador antigiro unido a la junta del vástago metálico. Los elementos de labio primero y segundo de la junta del vástago de válvula metálico y el sistema de cierre pueden comprender además unas partes superiores y unas partes inferiores, siendo las partes inferiores flexibles y presentando unas superficies exteriores inclinadas aptas para garantizar que cuando se aplique la presión de contacto ejercida por el anillo de cuña contra los elementos de labio, las partes inferiores de los elementos de labio primero y segundo giren hacia el exterior para aumentar las áreas de contacto del sellado.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar... [Seguir leyendo]

1. Sellado de metal contra metal para sellar un vástago de válvula metálico móvil a un elemento de sombrerete, comprendiendo el sellado metálico:

una junta de vástago metálico en forma de U (40) dispuesta entre una superficie exterior (20) del vástago de válvula metálico (12) y una superficie exterior del elemento de sombrerete (22) , presentando la junta (40) un primer elemento de labio flexible (50) y un segundo elemento de labio flexible (52) , presentando cada uno de entre el primer y segundo elementos de labio una superficie interior, una superficie exterior, una parte superior y una parte inferior, y presentando además la parte inferior de cada elemento de labio una superficie exterior inclinada (64, 74) ;

un anillo de cuña metálico (76) dispuesto entre la superficie interior del primer elemento de labio y la superficie interior del segundo elemento de labio; y

por lo menos un muelle activante (92) dispuesto adyacente al anillo de cuña (76) , en el que el muelle activante metálico aplica una fuerza suficiente al anillo de cuña que provoca que el anillo de cuña aplique una presión de contacto suficiente al primer y segundo elementos de labio que fuerza mecánicamente las partes inferiores del primer y segundo elementos de labio a girar hacia fuera para formar, respectivamente, una primera área de contacto del sellado hermético entre el primer elemento de labio y la superficie exterior del vástago de válvula metálico y una segunda área de contacto del sellado hermético entre el segundo elemento de labio y la superficie exterior del elemento de sombrerete, caracterizado porque el anillo de cuña (76) proporciona la activación o expansión de los elementos de labio (50, 52) que fuerzan mecánicamente las superficies exteriores inclinadas (64, 74) de los elementos de labio (50, 52) a estar en contacto sustancialmente recto con las superficies de sellado de tanto el vástago de válvula (12) como del sombrerete (22) .

2. Sistema de sellado de vástago de válvula metálico, que comprende:

el sellado de metal contra metal según la reivindicación 1; y

un cuerpo de válvula, en el que el vástago de válvula metálico y el elemento de sombrerete están alojados en el interior del cuerpo de la válvula.

3. Sistema de sellado de vástago de válvula metálico según la reivindicación 2, que comprende además un pasador antigiro unido a la junta del vástago metálico.

4. Sistema de sellado según la reivindicación 2, en el que el primer elemento de labio está recubierto sobre una superficie exterior con una aleación seleccionada de entre el grupo de aleaciones, que comprende los carburos de tungsteno y los carburos de cromo.

5. Sistema de sellado según la reivindicación 2, en el que el vástago de válvula está recubierto sobre una superficie exterior con una aleación seleccionada de entre el grupo de aleaciones, que comprende los carburos de tungsteno y los carburos de cromo.

6. Sistema de sellado según la reivindicación 2, en el que la presión de contacto es proporcional a la presión de funcionamiento aplicada al interior de la junta.

7. Sistema de sellado según la reivindicación 2, en el que el anillo de cuña está compuesto de un metal seleccionado de entre el grupo constituido por una aleación con un contenido elevado en níquel, Duplex SS, Super Duplex SS, e Inconel 718.

8. Sistema de sellado según la reivindicación 2, en el que el metal del muelle activante está compuesto de un metal seleccionado de entre el grupo constituido por Inconel X750, Inconel 718, y Elgiloy.

9. Sistema de sellado según la reivindicación 2, en el que dicho por lo menos un muelle activante metálico comprende una pluralidad de muelles activantes.

10. Sistema de sellado según la reivindicación 2, en el que la fuerza aplicada por el muelle activante al anillo de cuña está en el intervalo comprendido entre 444, 8 Newtons (100 libras) y 8896, 4 Newtons (2000 libras) .

11. Sistema de sellado según la reivindicación 2, en el que la junta y los elementos de labio pueden resistir una presión de funcionamiento de hasta 137.895, 146 kilopascales (20.000 libras por pulgada cuadrada) .

12. Sistema de sellado según la reivindicación 2, en el que el vástago de válvula es un vástago giratorio.

13. Sistema de sellado según la reivindicación 2, en el que el vástago de válvula es un vástago elevador.

14. Sistema de sellado según la reivindicación 2, que comprende además un cojinete de vástago adyacente a una primera parte superior de la junta; un muelle activante y un soporte del muelle adyacentes ambos a una segunda parte superior de la junta; y un cojinete de impulsión adyacente a un extremo inferior del muelle activante.

15. Sistema de sellado de vástago de válvula metálico según la reivindicación 2,

en el que el vástago de válvula metálico se extiende a través de una abertura de vástago en el interior del cuerpo de la válvula; y

en el que tanto el primer elemento de labio como el segundo elemento de labio se extienden hacia abajo desde un cuerpo de junta de la junta,

y dicho por lo menos un muelle activante metálico está dispuesto adyacente a una parte inferior del anillo de 15 cuña.