BRPI0711817A2 - regulador de pressão de gás aperfeiçoado - Google Patents

Abstract

REGULADOR DE PRESSãO DE GáS APERFEIçOADO. Trata-se de um regulador de pressão de gás (1) que compreende um corpo principal (2) tendo um primeiro tubo de entrada de gás (4) e um segundo tubo de saída de gás (6), uma passagem de gás calibrada (8) através da qual o gás flui a partir do primeiro tubo (4) para o segundo tubo (6), um obturador (9) alojado pelo menos parcialmente no corpo principal (2) e um elemento silenciador (102) também alojado no corpo (2).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "REGULADOR DE PRESSÃO DE GÁS APERFEIÇOADO".

Campo Técnico

A presente invenção se refere a um regulador de pressão de gás.

Em particular, a invenção refere-se a um regulador de pressão equipado com um dispositivo de redução de ruído.

Estado da Técnica

Os reguladores de pressão usados nos dias de hoje também são conhecidos em geral como "redutores de pressão", pois sua ação de regulagem é atingida ao reduzir a pressão de distribuição de gás por meio de elementos de fluxo laminar.

Basicamente, os reguladores conhecidos na técnica anterior compreendem um corpo principal com uma entrada através o gás flui para dentro a uma pressão elevada e uma saída através da qual o gás flui para fora a uma pressão reduzida. Este corpo principal aloja meios para controlar e regular o fluxo de gás.

Os meios de controle e regulagem compreendem ao menos um obturador, ativado por sistemas de mola e diafragma que permitem que o obturador deslize em seu eixo mecânico, e um dispositivo piloto que mede a pressão do gás a montante e a jusante do regulador e que controla correspondentemente o diafragma de acionamento do obturador.

O obturador, geralmente de formato cilíndrico pode mover-se axialmente entre duas posições limite: uma primeira posição de interrupção de gás, que está substancialmente em contato com um respectivo alojamento e uma segunda posição de abertura total correspondente ao tamanho máximo da porta de fluxo de gás.

O fluxo de gás é interrompido por meio de um anel ou bloco de vedação, normalmente fixado no obturador móvel e adaptado de forma a engatar-se ao alojamento. O efeito de fluxo laminar de gás é, portanto, concentrado no alojamento.

Isso cria uma grande quantidade de ruído quando o redutor está operando em condições de estado estacionário.

O ruído é causado pelos processos físicos que ocorrem durante a redução de pressão: o gás flui para fora da seção restrita definida pelo diafragma a uma velocidade alta que, sob condições de queda de pressão "hipercrítica", pode chegar até mesmo à velocidade do som; portanto, a velocidade gás fluindo para fora da seção restrita difere consideravelmente da velocidade do gás no tubo a jusante, e essa diferença cria bolhas de gás de tamanhos variados (conhecidos no jargão da indústria como "bolhas de turbulência"), as quais são expelidas continuamente pelo próprio fluxo de gás. As oscilações de pressão causadas por esse processo produzem ruído. Quanto maior é a velocidade do fluxo, maior é o ruído. O ruído causado por este efeito é transmitido ao tubo a jusante, que por sua vez se torna uma fonte de ruído.

Além disso, durante a queda de pressão "hipercrítica", a mudança da pressão de fluxo de entrada para a pressão de fluxo de saída ocorre em etapas não-estacionárias (chamadas de "ondas de choque") as quais causam surtos crescentes de ruído. Essas ondas também causam vibrações mecânicas que produzem ainda mais ruído.

Nos últimos anos, os fabricantes de reguladores de pressão têm concentrado suas pesquisas em dispositivos de silenciamento tendo em vista a redução de emissões de ruídos do regulador.

Até o presente momento, dois tipos de dispositivos de silenciamento são usados: silenciadores que atuam na fonte do ruído e silenciadores que reduzem o ruído efetivamente gerado.

Os reguladores do primeiro tipo incluem tanto dispositivos de divisão de fluxo quanto dispositivos que separam o estágio de pressão total em uma multiplicidade de estágios de pressões inferiores.

Os reguladores do segundo tipo, os quais reduzem o ruído gerado, atuam através da absorção e estão localizados a jusante da área de laminação do gás. Esses dispositivos geralmente compreendem cartuchos feitos de materiais porosos projetados com o intuito de absorver as ondas sonoras.

De todos os dispositivos mencionados, os dispositivos de absorção de som são os mais complexos e inconvenientes, pois os cartuchos precisam ser posicionados no interior dos corpos dos reguladores de pressão. O corpo do regulador deve, portanto, ser maior para acomodar o cartucho, o que, por sua vez, significa reguladores mais pesados e custos maiores.

Os dispositivos que operam através da separação do estágio de pressão são também muito complexos, mesmo na etapa de projeto, envolvendo complicações consideráveis na própria estrutura do regulador.

Dos dispositivos mencionados acima, os divisores de fluxo são sem dúvida os mais práticos e econômicos, pois eles compreendem basicamente uma superfície através da qual o gás passa e que divide o fluxo de gás em uma multiplicidade de fluxos menores, o que, como demonstrado em diversos experimentos, reduz consideravelmente a quantidade de ruído produzido. Entretanto, esses dispositivos não são totalmente livres de desvantagens.

A desvantagem principal é que eles não podem ser instalados a não ser que o regulador de pressão esteja totalmente desmontado Isso significa que uma vez que certo tipo de dispositivo silenciador tenha sido instalado, este não poderá ser substituído sem a completa desmontagem do regulador. Em muitos casos, entretanto, o dispositivo silenciador que já foi instalado em um regulador deve ser substituído, pois este excede os níveis permitidos de ruído ou porque este deve ser adaptado a diferentes condições de fluxo.

O dispositivo silenciador pode também precisar ser substituído quando estiver desgastado.

Nessas situações, a substituição dos dispositivos silenciadores nos reguladores de pressão do estado da técnica envolve dificuldades de montagem consideráveis.

Revelação da Invenção

O objetivo da presente invenção é obter um regulador de pressão que supere as desvantagens supramencionadas e que seja simples, barato de montar e de manutenção prática.

As características técnicas desta invenção, de acordo com os objetivos supramencionados, podem ser facilmente deduzidas com base no conteúdo das reivindicações anexas, em especial a reivindicação 1, e também em quaisquer reivindicações que dependem, seja direta ou indiretamente, da reivindicação 1.

Breve Descrição dos Desenhos

Ademais, as vantagens da invenção transparecem na descrição detalhada a seguir, com referência aos desenhos em anexo que ilustram uma concretização preferida da invenção apresentada a título meramente representativo, sem restringir o âmbito do conceito inventivo, e em que: A Figura 1 ilustra uma concretização preferida do regulador de pressão de acordo com a invenção em uma seção transversal esquemática.

A Figura 2 é uma vista em perspectiva por cima de duas partes desmontadas do regulador de pressão da Figura 1;

A Figura 3 é uma vista em perspectiva de cima das duas partes da Figura 2 antes de serem montadas;

A Figura 4 é uma vista em perspectiva de cima das duas partes da Figura 2 depois de serem montadas;

A Figura 5 é uma vista esquemática em seção transversal do regulador de pressão da Figura 1 durante as etapas de montagem/desmontagem mostradas nas Figuras 2 a 4;

A Figura 6 é uma vista esquemática da seção de elevação lateral de outra concretização das partes mostradas na Figura 2;

A Figura 7 é uma vista em seção esquemática das duas partes da Figura 6 depois de serem montadas;

Descrição Detalhada das Concretizações

Preferidas da Invenção

Com referência à Figura 1, o algarismo 1 denota em sua totalidade um regulador de pressão de gás construído de acordo com esta invenção.

O regulador de pressão 1 compreende um corpo principal 2 com uma abertura de entrada 3 através da qual o gás entra a uma primeira pressão de distribuição, a referida abertura de entrada 3 sendo conectada a um respectivo primeiro tubo de entrada 4, e uma abertura de saída de gás 5 conectada a um respectivo segundo tubo de saída 6 no qual o gás flui a uma pressão diferente da pressão de distribuição.

O segundo tubo de saída 6 está localizado a jusante do primeiro tubo de entrada 4 em relação à direção, indicada pela seta Fl, em que o gás flui através do regulador 1.

Entre o primeiro tubo 4 e o segundo tubo 6, há um corpo axialmente simétrico 7, o qual será descrito detalhadamente abaixo, com o referido corpo 7 definindo uma passagem de gás calibrada 8.

O regulador 1 também compreende, dentro dele, um obturador 9 que se move longitudinalmente ao longo de uma linha definida D para ajustar a abertura da passagem calibrada 8 entre uma primeira posição final, ilustrada na Figura 1, na qual a passagem é fechada, e uma posição totalmente aberta, que não está ilustrada nos desenhos em anexo.

O obturador 9 compreende um corpo cilíndrico oco 10 com um eixo geométrico central A, em sua extremidade inferior 9a, um elemento 11 para bloquear a passagem calibrada 8.

O elemento de interrupção 11 compreende dois blocos 11a, Ilb ligados ao corpo cilíndrico 10, os dois blocos 11a, Ilb possuindo, apertado entre eles, um bloco de vedação 12 projetado para engatar-se à respectiva ranhura de localização 101 de modo a fechar a passagem de gás 8. Como mostrado em 2, a ranhura 101 é anular e é formada integralmente no corpo axialmente simétrico 7.

A passagem de gás calibrada 8 é mostrada na Figura 1 em uma condição substancialmente fechada e, em uso, é definida pela brecha criada entre o bloco de vedação 12 e a respectiva ranhura de localização 101 quando o obturador 9 se move.

Com referência à Figura 1, o corpo principal 2 possui um dispositivo 14 encaixado sobre ele para ativar o obturador 9, o dispositivo 14 compreendendo uma primeira cobertura primeiro invólucro côncavo superior 15 e um segundo invólucro côncavo inferior 16, acoplados de tal forma que suas concavidades se defrontem para definir um volume delimitado V.

O volume V aloja um diafragma anular 17, cuja borda externa é retida com firmeza entre os dois invólucros 15, 16, o diafragma 17 dividindo o volume V em duas câmaras VI, V2, cujo tamanho volumétrico varia em função dos parâmetros de operação do regulador de pressão 1.

O dispositivo de acionamento 14 também compreende dois flanges 18 e 19, superior e inferior, respectivamente, que retêm com firmeza uma borda interna do diafragma anular 17 entre eles.

O regulador 1 também compreende um revestimento cilíndrico 13 que aloja de forma deslizante o obturador 9, sendo o revestimento 13 acoplado ao invólucro côncavo inferior 16. Observando em mais detalhes, conforme ilustrado claramente na Figura 5, o invólucro inferior 16 possui uma abertura circular central 200, cuja superfície interna possui uma parte roscada 201.

De forma semelhante, uma parte 13a da superfície externa do revestimento cilíndrico 13 é roscada de forma que ela possa ser atarraxada na parte roscada 201 do invólucro 16.

Sendo assim, o revestimento 13 pode ser inserido no e retirado do corpo principal 2 sem a necessidade de remover o invólucro inferior 16 de seu alojamento.

Os dois flanges 18, 19 são unidos de form'a segura um ao outro e conectados ao obturador 9 por meio de vários elementos de fixação 21.

O corpo cilíndrico 10 do obturador 9 aloja uma unidade de mola reguladora 30 compreendendo uma mola helicoidal 31 atuando por compressão ao longo de seu eixo geométrico A, e uma primeira e uma segunda placa reguladora 33, 34, respectivamente superior e inferior, posicionadas em contato com as respectivas extremidades opostas da mola 31.

A chapa inferior do regulador 34 se apóia em uma saliência circunferencial formada dentro do corpo cilíndrico oco 10.

Uma porca anular 45 é atarraxada na respectiva parte roscada por dentro na extremidade superior 9b do obturador 9. O regulador 1 também compreende um elemento silenciador 102 do tipo divisor de fluxo alojado no corpo axialmente simétrico 7.

Como claramente mostrado nas Figuras 2 a 4, o elemento silenciador 102 compreende uma parede substancialmente cilíndrica 103 com uma multiplicidade de orifícios 104 formados na mesma para formar as aberturas através das quais o gás passa. Para maior clareza, apenas alguns dos orifícios 104 são mostrados nos desenhos acompanhantes.

Em outra concretização, ilustrada nas Figuras 6 e 7, o elemento silenciador 102 compreende uma parede cilíndrica 110 feita a partir de uma tela metálica.

A parede cilíndrica 110 compreende duas bordas circunferenciais 112 opostas, onde os respectivos anéis de reforço 113 são encaixados de modo a permitir que o corpo axialmente simétrico 7 seja montado.

Com referência à Figura 2, a qual ilustra o elemento 102 e o corpo 7 removido do regulador 1, o corpo axialmente simétrico 7 compreende uma parede periférica cilíndrica 10 com uma multiplicidade de janelas 71, as quais possuem formato aproximadamente quadrangular e são igualmente espaçadas ao redor da circunferência da própria parede 70.

Cada uma das janelas 71 forma uma respectiva porta através da qual o gás passa do primeiro tubo 4 para o segundo tubo 6 do regulador 1. Como foi dito, a Figura 2 ilustra claramente o elemento silenciador 102 removido do corpo simétrico 7; sendo o elemento 102 feito, preferencialmente mas não necessariamente, de chapa metálica com os orifícios 104 formados na mesma.

O efeito dos orifícios 104 é o de dividir o fluxo de gás que passa entre o primeiro tubo 4 e o segundo tubo 6 em uma multiplicidade de fluxos menores, pelo menos por uma curta distância na proximidade da área de regulagem da pressão de gás. Como resultado dessa divisão, baseado nos eventos dinâmicos de fluido substancialmente conhecidos os quais não serão descritos, pois eles não se encaixam no âmbito da invenção, a quantidade de ruído gerado é consideravelmente reduzida. Essa redução foi demonstrada experimentalmente.

O corpo axialmente simétrico 7 também compreende uma porção anular 72 começando na área inferior 70a da parede cilíndrica 70 e estendendo-se em direção ao interior do próprio corpo 7.

Conforme ilustrado nas Figuras 1 e 2, a porção anular 72 forma as ranhuras de localização 101 do obturador 9, mencionadas acima.

A porção anular 72 do corpo 7 adicionalmente compreende uma cavidade 73, também anular.

Como claramente ilustrado nos desenhos acompanhantes e descrito em mais detalhes abaixo, o elemento silenciador 102 é alojado de forma removível no corpo axialmente simétrico 7. Observando em mais detalhes, com referência às Figuras 2 e 4, a cavidade anular 73 mencionada acima, formada na porção 72, se acomoda na configuração montada, em uma borda inferior 103a da parede cilíndrica 103 do elemento silenciador 102.

Como ilustrado na Figura 2, o elemento silenciador 102 tem uma ruptura em sua circunferência, em outras palavras, uma brecha na parede cilíndrica 103, com a referida ruptura sendo projetada para permitir o elemento 102 seja elasticamente deformado. A Figura 3 mostra como a deformação elástica reduz a dimensão circunferencial do elemento silenciador 102.

A ruptura circunferencial é preferencial, mas não necessariamente, formada no elemento de chapa metálica 102.

Se o elemento silenciador 102 compreender uma parede 110 formada de tela metálica, ela não possui a ruptura circunferencial.

Em outras possíveis concretizações do elemento silenciador 102 que não são ilustradas, a parede cilíndrica 103 é feita de plástico ou material cerâmico em vez de metal.

Em outras palavras, a superfície lateral da parede cilíndrica 103 que define o elemento silenciador 102 não é contínua e, portanto, tem duas bordas de extremidade 103b, 103c uma de frente pra outra, as quais são separadas quando removidas do corpo axialmente simétrico 7. A elasticidade do material do qual a parede 103 é feita permite que as duas extremidades espaçadas 103b, 103c sejam movidas para mais perto uma da outra com um esforço mínimo pela deformação elástica da própria parede cilíndrica 103. Mover as paredes 103b, 103c para mais perto uma da outra reduz a dimensão circunferencial total do elemento silenciador 102 de modo que este possa ser inserido no corpo axialmente simétrico 7, como claramente ilustrado nas Figuras 3 e 4.

Uma vez dentro do corpo axialmente simétrico 7 em uma configuração elasticamente deformada, o elemento silenciador 102 exerce uma força elástica correspondente em uma direção substancialmente radial contra uma face interna 70b da parede cilíndrica 70 do corpo axialmente simétrica 7.

Como ilustrado na Figura 1, o corpo axialmente simétrico 7 é posicionado entre o revestimento 13 e uma parte do corpo principal 2 de forma que o gás que flui do tubo de entrada 4 para a passagem calibrada 8 seja forçado a seguir uma trajetória bem definida.

A força elástica mencionada acima mantém o elemento silenciador 102 e o corpo axialmente simétrico 7 unidos firmemente, impedindo-os de deslizar em relação um ao outro mesmo se o gás fluir através do regulador 1 sob alta pressão.

Se o elemento silenciador 102 compreender uma parede 110 feita de tela metálica, ela é vantajosamente inserido dentro do corpo axialmente simétrico 7 de forma que os anéis de reforço 113 sejam pressionados contra a face interna 70b do corpo 7 mantendo firmemente assim o corpo 7 no lugar correto durante a operação, mas permitindo que ela seja facilmente removida para fins de manutenção e/ou de substituição da mesma.

As Figuras 1 a 5 mostram como o corpo axialmente simétrico 7 é posicionado em um alojamento circunferencialmente escalonado 202 formado no corpo principal do regulador 1 e, quando o regulador 1 é montado, o corpo é mantido no lugar correto pelo revestimento 13. Na extremidade inferior 13b do revestimento 13, há um respectivo degrau 203 projetado para engate com a borda superior 70c do corpo axialmente simétrico 7.

Como ilustrado na Figura 5, o corpo axialmente simétrico 7 e/ou o elemento silenciador 102 pode ser encaixado(a) e/ou extraído do regulador de pressão 1 por meio da simples remoção de certas partes do próprio regulador 1 sem, por exemplo, ter de remover o invólucro inferiorló.

Também, graças ao corpo axialmente simétrico 7, diferentes tipos de silenciadores, como por exemplo, chapa metálica perfurada ou tela metálica, podem ser usados alternadamente, e podem ser facilmente removidos e encaixados.

Claims (13)

1. Regulador de pressão de gás, compreendendo: - um corpo principal (2) com um primeiro tubo de entrada de gás (4) e um segundo tubo de saída de gás (6); - uma passagem de gás calibrada (8) através da qual o gás flui do primeiro tubo (4) para o segundo tubo (6); - um obturador (9) alojado, ao menos parcialmente, no corpo principal (2) e móvel para ajustar a abertura da passagem calibrada (8) entre uma posição final na qual a passagem (8) está totalmente aberta e uma posição final na qual a passagem (8) está fechada; o obturador, quando na posição final fechada, engatando-se a uma respectiva ranhura de localização (101); um elemento silenciador (102) localizado na passagem calibrada (8) para reduzir o ruído produzido no interior do regulador de pressão, um elemento silenciador (102) compreendendo uma parede substancialmente cilíndrica (103), tendo uma multiplicidade de aberturas (104) através da qual o gás passa; o regulador de pressão sendo caracterizado por compreender, na passagem de gás (8), um corpo axialmente simétrico (7) para alojar o elemento silenciador (102); a ranhura de localização (101) sendo integrada com o corpo axialmente simétrico (7).

2. Regulador, de acordo com a reivindicação -1, caracterizado pelo fato de que o corpo axialmente simétrico (7) compreende uma parede periférica (70) com uma multiplicidade de janelas (71), cada uma das quais forma uma respectiva porta através da qual o gás passa.

3. Regulador de pressão, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o corpo axialmente simétrico (7) compreende uma porção anular (72) estendendo-se a partir da parede periférica (70) em direção ao interior do próprio corpo (7), a porção anular (72) formando a ranhura de localização (101) do obturador.

4. Regulador de pressão, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o elemento silenciador (102) é alojado de forma removível na parede periférica (70) do corpo axialmente simétrico (7).

5. Regulador de pressão, de acordo com as reivindicações 3 e 4, caracterizado pelo feto de que a porção anular (72) compreende uma cavidade anular (73) que acomoda a borda inferior (103a) da parede cilíndrica (103) do elemento silenciador (102).

6. Regulador, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o elemento silenciador (102) tem uma ruptura em sua circunferência projetada para permitir que o elemento silenciador (102) seja elasticamente deformado de modo a reduzir sua dimensão circunferencial.

7. Regulador de pressão, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o elemento silenciador (102), quando elasticamente deformado, é inserido na parede periférica (70) do corpo axialmente simétrico (7).

8. Regulador de pressão, de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o elemento silenciador (102) exerce uma força elástica em uma direção substancialmente radial contra a parede periférica (70) do corpo axialmente simétrico.

9. Regulador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o elemento silenciador (102) é feito de chapa metálica e as aberturas (104) para a passagem do gás são orifícios circulares.

10. Regulador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o elemento silenciador (102) é formado de uma tela metálica rígida.

11. Regulador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o elemento silenciador (102) é feito de material cerâmico.

12. Regulador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o elemento silenciador (102) é feito de plástico.

13. Regulador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, em que o obturador (9) é alojado de forma deslizante em um revestimento cilíndrico (13), fixado de forma estável no corpo principal, caracterizado pelo fato de que o corpo axialmente simétrico (7) é posicionado entre o revestimento (13) e uma parte do corpo principal (2) de tal forma que o gás fluindo da passagem calibrada (8) seja forçado a seguir uma trajetória bem definida.