Válvula de estrangulamiento.

Válvula de estrangulamiento (1, 25) con una carcasa (2), que presenta un orificio de entrada (3) para un fluidobajo una presión de entrada,

un estrangulador (4, 27), que presenta una jaula de estrangulamiento (15) en forma detubo, por medio del cual se puede estrangular el fluido a una presión de salida, y un orificio de salida (5) para elfluido, así como con un servo elemento (11, 32) colocado en el exterior en la carcasa (2), con un árbol giratorio (13)y un pistón (16), que es desplazable axialmente dentro de la carcasa (2) en la jaula de estrangulamiento (15) enforma de tubo, en la que por medio del servo elemento (11, 32) se puede inducir una rotación del árbol (13) y através de la rotación del árbol (13) se puede inducir un desplazamiento axial del pistón (16) y a través deldesplazamiento axial del pistón (16) se puede ajustar una sección transversal de estrangulamiento del estrangulador(4, 27), con imanes primarios colocados en el servo elemento (11, 32), con imanes secundarios colocados en elárbol (13), con un mecanismo roscado (20) de cuerpos rodantes colocado en el árbol (13), de manera que unarotación del servo elemento (11, 32) es transmitida por medio de acoplamiento magnético de los imanes primarioscon los imanes secundarios sobre el árbol (13) y se convierte por medio del mecanismo roscado (20) de cuerposrodantes en el desplazamiento axial del pistón (16).

Válvula de estrangulamiento La invención se refiere a una válvula de estrangulamiento con una carcasa, que presenta un orificio de entrada para un fluido bajo una presión de entrada, un estrangulador, por medio del cual se puede estrangular el fluido a una presión de salida, y un orificio de salida para el fluido, así como con un servo elemento colocado en el exterior en la carcasa, con un árbol giratorio y un pistón, que es desplazable axialmente dentro de la carcasa en una jaula de estrangulamiento en forma de tubo, en la que por medio del servo elemento se puede inducir una rotación del árbol y a través de la rotación del árbol se puede inducir un desplazamiento axial del pistón y a través del desplazamiento axial del pistón se puede ajustar una sección transversal de estrangulamiento del estrangulador.

Se conocen, en general, válvulas de estrangulamiento del tipo mencionado anteriormente en una pluralidad de formas de construcción, por ejemplo a partir del programa de la solicitante. Tales válvulas de estrangulamiento con sección transversal de estrangulamiento regulable se conciben en virtud de la buena accesibilidad en el estado montado para la sustitución de piezas de desgaste así como en virtud del mecanismo de ajuste comparativamente sencillo desde el punto de vista mecánico tradicionalmente la mayoría de las veces en el tipo de construcción angular (“angle type valve”) , es decir, con fluido que afluye perpendicularmente al eje del pistón y a la dirección de salida.

Recientemente – especialmente donde no es deseable una desviación de la dirección de la circulación- se emplean cada vez más también válvulas de estrangulamiento del tipo de construcción axial (“axial type valve”) , es decir, con pistón desplazable coaxialmente a la dirección de entrada y a la dirección de salida. Estas válvulas presentan, además, con los mismos parámetros técnicos de la circulación, dimensiones exteriores más reducidas y en virtud del tipo de construcción coaxial, una carga de material más reducida a través del fluido en circulación y, por lo tanto, u desgaste reducido.

En las válvulas de estrangulamiento conocidas, el árbol giratorio está conectado fijamente mecánicamente con el servo elemento, por ejemplo a través de una pestaña. El movimiento de rotación del árbol se convierte fuera de la carcasa a través de rosca de tornillo deslizante mutua – de acuerdo con el principio de tornillo y tuerca – en un movimiento lineal o bien directamente del pistón – en el tipo de construcción anular – o de un husillo de conmutación. En el tipo de construcción axial, el husillo de conmutación y el pistón están provistos, respectivamente, con dentados inclinados que engranan entre sí, que posibilitan una desviación del movimiento lineal.

En el marco de transporte marítimo de petróleo y gas se conciben cada vez más las primeras etapas de procesamiento – por ejemplo la compresión del gas transportado – directamente en el lado de transporte en el fondo del mar. Esta tendencia implica una necesidad elevada de componentes adecuados para el empleo submarino como válvulas de estrangulamiento.

Estos componentes no sólo deben estar libres de emisión por razones de protección del medio ambiente, es decir, que deben garantizar un blindaje del fluido (petróleo, gas) en circulación respecto del agua marina circundante y deben impedir una salida del fluido al medio ambiente. Además, también hay que evitar una penetración de agua marina altamente corrosiva y cargada con microorganismos en la propia válvula o en los servo elementos en todas las circunstancias. Por último, también es indeseable cualquier contacto especialmente de la electrónica de los servo elementos con el fluido transportado, que es al mismo tiempo muy agresivo en virtud de contaminaciones especialmente con sulfuro de hidrógeno.

Este blindaje de elementos de la válvula de estrangulamiento tanto del fluido en circulación como también del entorno, por una parte, y, por otra parte, la ausencia absoluta de emisiones con los conceptos de la válvulas de estrangulamiento conocidas solamente se pueden conseguir con un gasto considerablemente incrementado para las juntas de obturación así como bajo requerimientos estrictos de las calidades del material y de la superficie. Además, existen por parte de los usuarios reservas considerables frente al empleo de sistemas y medios de obturación no metálicos en el empleo submarino.

Los documentos EP 0 308 878 A1 y EP 681 130 A1 publican válvulas de bloqueo cabeza esférica giratoria, el documento FR 2 536 825 A1 publica válvulas de bloqueo con pistón movido linealmente, accionado a través de una rosca de ajuste, en las que, respectivamente, el árbol giratorio en la carcasa de la válvula y el servo elemento fuera de la carcasa están conectados a través de un acoplamiento magnético. De esta manera, el fluido en circulación está separado del medio ambiente, sin que sea necesaria la obturación de piezas móviles, que atraviesan la carcasa.

El documento DE-A-1263430 publica una válvula de estrangulamiento con una carcasa, que presenta un orificio de entrada para un fluido bajo una presión de entrada, un estrangulador, por medio del cual se puede estrangular el fluido a una presión de salida, y un orificio de salida para el fluido, así como con un servo elemento colocado en el exterior en la carcasa, con un árbol giratorio y un pistón, que es desplazable axialmente dentro de la carcasa, en la que por medio del servo elemento se puede inducir una rotación del árbol y a través de la rotación del árbol se puede inducir un desplazamiento axial del pistón y a través del desplazamiento axial del pistón se puede ajustar una sección transversal de estrangulamiento del estrangulador, con imanes primarios colocados en el servo elemento, con imanes secundarios colocados en el árbol, de manera que una rotación del servo elemento es transmitida por medio de acoplamiento magnético de los imanes primarios con los imanes secundarios sobre el árbol.

Problema La invención tiene el problema de proponer una válvula de estrangulamiento para aplicaciones submarinas, en particular en el transporte de petróleo y gas con secciones transversales grandes del tubo

Solución Partiendo de las válvulas de estrangulamiento conocidas, se propone de acuerdo con la invención que la válvula de estrangulamiento presente unos imanes primarios colocados en el servo elemento, unos imanes secundarios colocados en el árbol así como un mecanismo roscado de cuerpos rodantes colocado en el árbol, en la que una rotación del servo elemento por medio del acoplamiento magnético de los imanes primarios con los imanes secundarios se transmite sobre el árbol y se convierte por medio del mecanismo roscado de cuerpos rodantes en el desplazamiento axial del pistón.

A través del acoplamiento magnético – como en el estado de la técnica de acuerdo con el documento DE 87 12 878 U1 -el servo elemento y el espacio interior de la carcasa están separados totalmente uno del otro sin necesidad de obturación de partes móviles. El árbol giratorio – y en el tipo de construcción axial, además el husillo de conmutación – están rodeados totalmente por el fluido en circulación y, por lo tanto, están descargados de presión en dirección axial.

Los momentos de ajuste, que pueden ser transmitidos a través del acoplamiento magnético desde el servo elemento sobre el árbol giratorio, son pequeños y no alcanzan especialmente los valores necesarios en los componentes de volumen grande conocidos, empleados típicamente en la aplicación submarina. A través del empleo de un mecanismo roscado de cuerpos rodantes se reduce significativamente la potencia de pérdida durante la transición del movimiento de rotación del árbol al movimiento de traslación y manteniendo, por lo demás, esencialmente inalterado el principio de construcción, el par de ajuste necesario en el árbol.

Los mecanismos roscados de cuerpos rodantes son sistemas de accionamiento conocidos especialmente a partir de aplicaciones en máquinas de mecanización de metales. Para la transición entre movimiento de rotación y movimiento de traslación, se emplean bolas o barras roscadas (“rodillos”) . La resistencia de rodadura considerablemente más reducida, en comparación con la fricción de deslizamiento entre roscas, de los elementos de rodadura posibilita una transmisión casi sin pérdidas. Los rendimientos de los mecanismos roscados de rodillos y de bolas son esencialmente comparables. Los mecanismos roscados de rodillos (“roller screw”) están constituidos, por una parte, claramente más compactos que los... [Seguir leyendo]

1. Válvula de estrangulamiento (1, 25) con una carcasa (2) , que presenta un orificio de entrada (3) para un fluido bajo una presión de entrada, un estrangulador (4, 27) , que presenta una jaula de estrangulamiento (15) en forma de tubo, por medio del cual se puede estrangular el fluido a una presión de salida, y un orificio de salida (5) para el fluido, así como con un servo elemento (11, 32) colocado en el exterior en la carcasa (2) , con un árbol giratorio (13) y un pistón (16) , que es desplazable axialmente dentro de la carcasa (2) en la jaula de estrangulamiento (15) en forma de tubo, en la que por medio del servo elemento (11, 32) se puede inducir una rotación del árbol (13) y a través de la rotación del árbol (13) se puede inducir un desplazamiento axial del pistón (16) y a través del desplazamiento axial del pistón (16) se puede ajustar una sección transversal de estrangulamiento del estrangulador (4, 27) , con imanes primarios colocados en el servo elemento (11, 32) , con imanes secundarios colocados en el árbol (13) , con un mecanismo roscado (20) de cuerpos rodantes colocado en el árbol (13) , de manera que una rotación del servo elemento (11, 32) es transmitida por medio de acoplamiento magnético de los imanes primarios con los imanes secundarios sobre el árbol (13) y se convierte por medio del mecanismo roscado (20) de cuerpos rodantes en el desplazamiento axial del pistón (16) .

2. Válvula de estrangulamiento (1, 25) de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizada por un husillo de conmutación (21, 26) , en la que la rotación del servo elemento (11, 32) es convertida por medio del mecanismo roscado de cuerpos rodantes (20) en primer lugar en un movimiento lineal del husillo de conmutación (21, 26) , así como por un mecanismo de cremallera dentado inclinado (22) , por medio del cual se convierte el movimiento lineal en el desplazamiento axial del pistón (16) .

3. Válvula de estrangulamiento (1, 25) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la rotación del servo elemento (11, 32) se convierte por medio del mecanismo roscado de cuerpos rodantes (20) directamente en el desplazamiento del pistón (16) .

4. Válvula de estrangulamiento (1, 25) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por un elemento de accionamiento electromotor para el ajuste de la sección transversal de estrangulamiento.

5. Válvula de estrangulamiento (1, 25) de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizada porque el servo elemento (11, 32) está configurado como estator y el árbol (13) está configurado como rotor del elemento de accionamiento, así como los imanes primarios están configurados como electroimanes y los imanes secundarios están configurados como imanes permanentes.

6. Válvula de estrangulamiento (1, 25) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por un elemento de resorte (23) , que partiendo desde una posición básica del pistón (16) se tensa con la rotación del servo elemento (11, 32) y por medio de la cual se retorna el pistón (16) a la posición básica.

7. Válvula de estrangulamiento (1, 25) de acuerdo con las reivindicaciones 2 y 6, caracterizada porque el elemento de resorte (23) está colocado en el husillo de conmutación (21, 26) y se tensa a través de su movimiento lineal.

8. Válvula de estrangulamiento (1, 25) de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizada porque el elemento de resorte (23) está dispuesto dentro de la carcasa (2) .

9. Válvula de estrangulamiento (1, 25) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque el elemento de resorte (23) está colocado en el servo elemento (11, 32) y se tensa a través de la rotación del servo elemento (11, 32) .

10. Válvula de estrangulamiento (1, 25) de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizada porque en la posición básica del pistón (16) , la sección transversal de estrangulamiento está abierta al máximo.

11. Válvula de estrangulamiento (1, 25) de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizada porque el mecanismo roscado de cuerpos rodantes (20) cumple las Normas NACE e ISO para protección contra corrosión en la industria del aceite y del gas.