BRPI0519219B1 - VALVE, SPECIAL FOR COMPRESSORS - Google Patents
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Abstract
Description
“VÁLVULA, EM ESPECIAL PARA COMPRESSORES” DESCRIÇÃO“VALVE, ESPECIALLY FOR COMPRESSORS” DESCRIPTION
Antecedentes e sumário da invenção [001] A presente invenção se refere a uma válvula, em especial uma válvula para compressores alternativos do tipo recíproco.Background and summary of the invention [001] The present invention relates to a valve, in particular a valve for reciprocating reciprocating compressors.
[002] As válvulas do tipo usado atualmente nos ditos compressores geralmente são válvulas automáticas, que compreendem um corpo da válvula, chamado de sede, que consiste de uma chapa com vários canais de fluxo axial formados nela, estes podendo ser concêntricos ou não. A abertura e o fechamento dos ditos canais são realizados pelo obturador, um membro que pode consistir de vários elementos ou um só elemento. Em qualquer caso, os obturadores estão sujeitos à ação de meios de tensão elástica, normalmente molas de compressão helicoidais, cilíndricas e feitas de metal. As molas são alojadas em um corpo da válvula (chamado de contrasede) que consiste de uma chapa em que se forma o fluxo através dos canais. Os supracitados alojamentos de mola também podem conter elementos de proteção de mola, de preferência feitos de material termoplástico, e que tem a função de eliminar o contato de metal entre a superfície da mola e as peças externas de metal, como por exemplo, as paredes do alojamento, formadas na contra-sede ou no próprio obturador.[002] The valves of the type currently used in said compressors are generally automatic valves, which comprise a valve body, called the seat, which consists of a plate with several axial flow channels formed in it, these can be concentric or not. The opening and closing of said channels are carried out by the obturator, a member that can consist of several elements or a single element. In any case, the shutters are subject to the action of elastic tensioning means, usually helical, cylindrical and made of metal compression springs. The springs are housed in a valve body (called the counter-seat) that consists of a plate on which the flow through the channels is formed. The aforementioned spring housings may also contain spring protection elements, preferably made of thermoplastic material, which have the function of eliminating the metal contact between the spring surface and the external metal parts, such as the walls housing, formed in the counter-seat or in the shutter itself.
[003] A maioria das ditas molas é do tipo “compressão”, com uma hélice cilíndrica ou cônica. As ditas molas, feitas de arame de aço, são formadas de um número total de espiras equivalente à soma das espiras ativas e das espiras não ativas. As espiras não ativas estão em contato com as espiras adjacentes, além disso, as ditas espiras são adequadamente fixadas no chão, em suas extremidades, para que a dita mola tenha boa estabilidade axial.[003] Most of the said springs are of the “compression” type, with a cylindrical or conical propeller. Said springs, made of steel wire, are formed from a total number of turns equivalent to the sum of the active turns and the non-active turns. The non-active turns are in contact with the adjacent turns, in addition, said turns are properly fixed to the ground, at their ends, so that said spring has good axial stability.
[004] As molas fazem parte de uma das partes mais fundamentais da válvula; de fato, as altas freqüências de abertura / fechamento produzem, nas molas e nas peças em contato com elas, desgaste dos mais diversos tipos e em vários níveis. De acordo com o estado da técnica, grande[004] The springs are part of one of the most fundamental parts of the valve; in fact, the high frequencies of opening / closing produce, in the springs and in the parts in contact with them, wear of the most diverse types and in several levels. According to the state of the art, great
Petição 870190001732, de 07/01/2019, pág. 7/15Petition 870190001732, of 01/07/2019, p. 7/15
2/6 parte do dito desgaste, que é produzido pelo movimento da mola, foi analisado e definido, sendo classificado como segue:2/6 part of the said wear, which is produced by the movement of the spring, was analyzed and defined, being classified as follows:
A) desgaste entre a superfície externa da mola e a superfície da cavidade do alojamento, desgaste este que é eliminado pela introdução de elementos plásticos para inserção entre a mola e o alojamento;A) wear between the external surface of the spring and the surface of the housing cavity, which wear is eliminated by the introduction of plastic elements for insertion between the spring and the housing;
B) desgaste entre a extremidade inferior da mola e a superfície de suporte da cavidade do alojamento, que é eliminado pela introdução de elementos plásticos;B) wear between the lower end of the spring and the support surface of the housing cavity, which is eliminated by the introduction of plastic elements;
C) desgaste entre a extremidade superior da mola e a superfície de contato com o obturador, que é eliminado pela introdução de elementos plásticos ou pela introdução de obturadores feitos de plástico.C) wear between the upper end of the spring and the contact surface with the plug, which is eliminated by the introduction of plastic elements or by the introduction of plug made of plastic.
[005] Apesar dessas melhorias, a mola continua a ser uma das partes mais cruciais da válvula e a principal causa de mau funcionamentos. Em conseqüência da criação de compressores cada vez mais rápidos e das constantes tentativas de eliminar o óleo no gás comprimido, houve um aumento nos problemas relativos à confiabilidade dos componentes anteriormente mencionados.[005] Despite these improvements, the spring remains one of the most crucial parts of the valve and the main cause of malfunctions. As a result of the creation of increasingly faster compressors and the constant attempts to eliminate oil in the compressed gas, there was an increase in problems related to the reliability of the components mentioned above.
[006] Portanto, o objetivo da presente invenção é o de proporcionar uma válvula para compressores, em que as características de desgaste das molas sejam otimizadas em relação aos das conhecidas no estado da técnica, garantindo assim ao compressor uma vida útil maior.[006] Therefore, the objective of the present invention is to provide a valve for compressors, in which the wear characteristics of the springs are optimized in relation to those known in the state of the art, thus guaranteeing the compressor a longer service life.
[007] Conseqüentemente, a presente invenção diz respeito a uma válvula, em especial para compressores, que compreende uma sede dotada de pelo menos uma passagem de fluxo, um membro obturador capaz de obstruir a dita passagem de fluxo e móvel em relação à dita sede em uma determinada direção, e meios para submeter elasticamente à tensão o dito obturador, capazes de forças o dito obturador para uma determinada posição, e que são ativos na direção de movimento deste; os ditos meios de tensão elástica compreendem pelo menos uma mola de compressão helicoidal e cilíndrica caracterizada pela presença, entre todas as espiras e ao longo de[007] Consequently, the present invention relates to a valve, especially for compressors, comprising a seat provided with at least one flow passage, a plug member capable of obstructing said flow passage and movable in relation to said seat in a given direction, and means to elastically subject said shutter, capable of forces said shutter to a certain position, and which are active in its direction of movement; said means of elastic tension comprise at least one helical and cylindrical compression spring characterized by the presence, between all turns and along
Petição 870190001732, de 07/01/2019, pág. 8/15Petition 870190001732, of 01/07/2019, p. 8/15
3/6 toda a seção de operação da dita mola, de aberturas entre as espiras.3/6 the entire operating section of said spring, with openings between the turns.
[008] De acordo com ainda outro aspecto da válvula de acordo com a presente invenção, a dita mola de compressão helicoidal e cilíndrica é dotada, entre todas as espiras e em toda a seção de operação, de aberturas entre as espiras, e a diferença no diâmetro entre as espiras de extremidade, as quais são preferencialmente espiras terminais cônicas abertas, e as espiras diretamente adjacentes é da ordem de pelo menos uma vez e meio, de preferências duas vezes a seção transversal do arame de metal que forma a dita mola.[008] In accordance with yet another aspect of the valve according to the present invention, said helical and cylindrical compression spring is provided, between all turns and in the entire operating section, with openings between the turns, and the difference in diameter between the end turns, which are preferably open conical end turns, and the directly adjacent turns are of the order of at least one and a half times, preferably twice the cross section of the metal wire that forms the said spring.
[009] Em uma concretização preferida, ambas as espiras de extremidade têm dimensões menores do que as das espiras diretamente adjacentes. Vantajosamente, a válvula de acordo com a presente invenção pode ser equipada com membros de proteção, preferencialmente feitos de material plástico, e dispostos dentro do alojamento que acomoda a mola, que protegem ainda mais contra o desgaste da mola.[009] In a preferred embodiment, both end turns are smaller than those of directly adjacent turns. Advantageously, the valve according to the present invention can be equipped with protection members, preferably made of plastic material, and arranged inside the housing that accommodates the spring, which further protects against wear of the spring.
Breve Descrição dos Desenhos [010] Outras vantagens e aspectos característicos dos dispositivos de acordo com a presente invenção serão revelados na seguinte descrição de uma concretização da presente invenção, apresentada unicamente a título exemplificativo não restritivo, com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais:Brief Description of the Drawings [010] Other advantages and characteristic features of the devices according to the present invention will be revealed in the following description of an embodiment of the present invention, presented solely by way of non-restrictive example, with reference to the accompanying drawings, in which:
[011] A Figura 1 é uma vista em seção transversal de uma concretização da válvula de acordo com a presente invenção;[011] Figure 1 is a cross-sectional view of an embodiment of the valve according to the present invention;
[012] A Figura 2 é um detalhe em seção transversal da válvula de acordo com a Figura 1, em outra configuração operativa;[012] Figure 2 is a cross-sectional detail of the valve according to Figure 1, in another operational configuration;
[013] A Figura 3 é uma vista plana da mola usada na válvula de acordo com a invenção; e [014] As Figuras 4A e 4B são duas vistas em seção transversal da mola, na condição de repouso e na condição de compressão, respectivamente.[013] Figure 3 is a plan view of the spring used in the valve according to the invention; and [014] Figures 4A and 4B are two cross-sectional views of the spring, in the resting condition and in the compression condition, respectively.
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Descrição da concretização preferida da invenção [015] A Figura 1 ilustra uma concretização da válvula de acordo com a presente invenção, em que o número 1 indica a sede da dita válvula, compreendendo uma chapa 101 dotada de vários furos passantes axiais e excêntricos 111 que atuam como passagens de fluxo para o fluido, e tendo um furo passante central, axial, roscado 201 ao qual a extremidade roscada 306 do parafuso 6 se acopla correspondentemente. A chapa 101 também tem ranhuras 121 formadas nela, as quais se comunicam com os furos passantes 111. A parte central do parafuso 6 também tem, montada nesta, a bucha 406 e a contra-sede 2 dotada de um furo passante axial central 302; a sede 1, a bucha 406 e a contra-sede 2 são fixados juntos por meio da porca 106 atarraxada na extremidade roscada 206 do parafuso 6. Os dutos passantes axiais 102 são formados na contra-sede 2.Description of the preferred embodiment of the invention [015] Figure 1 illustrates an embodiment of the valve according to the present invention, in which the number 1 indicates the seat of said valve, comprising a plate 101 provided with several axial and eccentric through holes 111 which act as flow passages for the fluid, and having a central, axial, threaded through hole 201 to which the threaded end 306 of the screw 6 mates accordingly. The plate 101 also has grooves 121 formed in it, which communicate with the through holes 111. The central part of the screw 6 also has, mounted on it, the bushing 406 and the counter-seat 2 provided with a central axial through hole 302; the seat 1, the bushing 406 and the counter-seat 2 are fixed together by means of the nut 106 screwed in the threaded end 206 of the screw 6. The axial through ducts 102 are formed in the counter-seat 2.
[016] O obturador 4 é disposto entre a sede 1 e a contra-sede 2, sendo coaxial e concêntrico com a bucha 406 e axialmente deslizante ao longo desta por meio de seu furo axial central 304. O obturador tem aberturas excêntricas 104 formadas neste, as quais são alternadas axialmente em relação aos furos axiais 111 da chapa 101 da sede 1, enquanto que essas aberturas estão em alinhamento com os dutos 102 formados na contra-sede 2. A sede 1 e a contra-sede 2 são, além disso, unidas por meio do pino 401 que é inserido dentro do furo cego 301 formado na chapa 101 e passa através do furo 204 do obturador 4 e entra no furo cego 202 da contra-sede 2.[016] The obturator 4 is disposed between the seat 1 and the counter-seat 2, being coaxial and concentric with the bushing 406 and axially sliding along it through its central axial hole 304. The obturator has eccentric openings 104 formed in this , which are axially alternated in relation to the axial holes 111 of the plate 101 of seat 1, while these openings are in alignment with the ducts 102 formed in the counter seat 2. The seat 1 and the counter seat 2 are furthermore , joined by means of the pin 401 which is inserted into the blind hole 301 formed in the plate 101 and passes through the hole 204 of the plug 4 and enters the blind hole 202 of the counter-seat 2.
[017] A contra-sede 2 também é dotada do alojamento cilíndrico 402 dentro do qual é disposta a mola de compressão helicoidal e cilíndrica 5, as espiras de extremidade 105 tendo um diâmetro menor do que o das espiras 205 diretamente adjacentes àquelas. As buchas 412 e 422 são dispostas dentro do alojamento 402, as ditas buchas sendo de preferência feitas de material termoplástico, ou similar, com a função de eliminar o contato de metal da mola 5 com o alojamento associado 402. A parede de extremidade da bucha 412 exerce pressão, graças à ação da mola 5, contra a superfície do[017] The counter-seat 2 is also provided with the cylindrical housing 402 within which the helical and cylindrical compression spring 5 is arranged, the end turns 105 having a smaller diameter than the turns 205 directly adjacent to them. The bushings 412 and 422 are arranged inside the housing 402, said bushings being preferably made of thermoplastic material, or similar, with the function of eliminating the metal contact of the spring 5 with the associated housing 402. The end wall of the bush 412 exerts pressure, thanks to the action of spring 5, against the surface of the
Petição 870190001732, de 07/01/2019, pág. 10/15Petition 870190001732, of 01/07/2019, p. 10/15
5/6 obturador 4 que, na figura, aparece aberto devido à ação do fluxo de fluido que passa pelos furos 111 na chapa 101 da sede 1. A mola 5 nessa figura é ilustrada como comprimida dentro do alojamento 402.5/6 obturator 4 which, in the figure, appears open due to the action of the fluid flow that passes through the holes 111 in the plate 101 of the seat 1. The spring 5 in that figure is shown as compressed inside the housing 402.
[018] A Figura 2 ilustra um detalhe em seção transversal da válvula de acordo com a Figura 1; partes idênticas são indicadas pelos mesmos números. Nesta, a válvula é ilustrada na condição fechada, com o obturador 4, que está em contato com as ranhuras 121 na chapa 101 que se comunicam, como pode ser visto na Figura 1, com os furos 111 através dos quais flui o fluido. Aqui, ilustra-se mola 5 na condição de equilíbrio, expandida se comparada à condição ilustrada na Figura 1.[018] Figure 2 illustrates a cross-sectional detail of the valve according to Figure 1; identical parts are indicated by the same numbers. In this, the valve is illustrated in the closed condition, with the plug 4, which is in contact with the grooves 121 in the plate 101 that communicate, as can be seen in Figure 1, with the holes 111 through which the fluid flows. Here, spring 5 is shown in the equilibrium condition, expanded compared to the condition illustrated in Figure 1.
[019] A Figura 3 ilustra uma vista plana da mola 5 que age sobre o obturador 4 da válvula; como se pode observar, a espira de extremidade 105 visível na figura tem um diâmetro menor do que o da espira 205 adjacente àquela. As Figuras 4A e 4B, por outro lado, dão ênfase ao fato de que a presença das aberturas entre as espiras, junto com a diferença no diâmetro entre as espiras de extremidade cônicas abertas 105 e as espiras diretamente adjacentes 205, faz com que não haja interferência de todas as espiras ao longo da seção de operação útil.[019] Figure 3 shows a plan view of the spring 5 acting on the valve plug 4; as can be seen, the end loop 105 visible in the figure has a smaller diameter than the loop 205 adjacent to it. Figures 4A and 4B, on the other hand, emphasize the fact that the presence of openings between the turns, together with the difference in diameter between the open tapered end turns 105 and the directly adjacent turns 205, means that there is no interference from all turns along the useful operating section.
[020] O princípio de operação da válvula de acordo com a presente invenção se tornará evidente com base na descrição a seguir. A válvula do tipo ilustrado na Figura 1 normalmente é usada em compressores, e opera com freqüências de abertura e fechamento nitidamente elevadas. Consequentemente, os meios de tensão elástica que agem sobre o obturador 4 estão sujeitos a desgastes substanciais, o que afeta de forma irrecuperável a operação correta da válvula. A mola 5 tem características projetadas para garantir que ela seja danificada em um nível consideravelmente menor do que as molas helicoidais cilíndricas comuns. Uma das principais causas de desgaste das molas em questão está ligada ao fato de que as ditas espiras situam-se em planos paralelos entre si, perpendiculares ao eixo geométrico da mola, mas inclinadas em relação ao plano de extensão da hélice, a saber, em[020] The principle of operation of the valve according to the present invention will become evident based on the following description. The valve of the type illustrated in Figure 1 is normally used in compressors, and operates with markedly high opening and closing frequencies. Consequently, the elastic tension means acting on the plug 4 are subject to substantial wear, which irretrievably affects the correct operation of the valve. Spring 5 has features designed to ensure that it is damaged to a considerably lesser extent than ordinary cylindrical coil springs. One of the main causes of wear of the springs in question is linked to the fact that the said turns are located in parallel planes, perpendicular to the geometric axis of the spring, but inclined in relation to the extension plane of the propeller, namely, in
Petição 870190001732, de 07/01/2019, pág. 11/15Petition 870190001732, of 01/07/2019, p. 11/15
6/6 relação aos planos em que se encontram as outras espiras da mola. Essa inclinação diferente de fato resulta na má distribuição da carga na mola e a torna propensa ao desgaste.6/6 with respect to the planes in which the other turns of the spring are located. This different slope in fact results in poor load distribution on the spring and makes it prone to wear.
[021] Nesse caso, o efeito do desgaste é bastante reduzido e até mesmo quase eliminado por inteiro, graças à presença das aberturas entre as espiras, junto com a redução no diâmetro das ditas espiras de extremidade 105 em relação às espiras diretamente adjacentes. Como pode se observar nas Figuras 4A e 4B, as características dessa mola, a presença de aberturas entre as espiras e a diferença no diâmetro entre as ditas espiras de extremidade são de forma a assegurar, durante a compressão da dita mola, a ausência de interferência entre todas as espiras ao longo de toda a seção de operação útil (ver Fig. 4B); por consequência, as espiras da mola não tenderão a se desgastar, a mola tenderá a funcionar da forma mais próxima à configuração inicial e sua vida útil de funcionamento será apreciavelmente aumentada.[021] In this case, the effect of wear is greatly reduced and even almost completely eliminated, thanks to the presence of openings between the turns, together with the reduction in the diameter of said end turns 105 in relation to the directly adjacent turns. As can be seen in Figures 4A and 4B, the characteristics of this spring, the presence of openings between the turns and the difference in diameter between said end turns are such as to ensure, during the compression of said spring, the absence of interference between all turns along the entire useful operating section (see Fig. 4B); as a result, the coils of the spring will not tend to wear out, the spring will tend to work in the closest way to the initial configuration and its service life will be appreciably increased.
[022] Vantajosamente, inserindo-se as buchas termoplásticas 412 e 422 dentro do alojamento 402, é possível eliminar ainda mais o contato de metal entre a mola 5 e as paredes da contra-sede 2 e / ou do obturador 4.[022] Advantageously, by inserting the thermoplastic bushings 412 and 422 into the housing 402, it is possible to further eliminate the metal contact between the spring 5 and the walls of the counter-seat 2 and / or the plug 4.
[023] A válvula assim projetada será capaz, por um lado, de garantir, mesmo em altas freqüências, uma operação precisa, e por outro lado, a vida útil média dos meios de tensão elástica, e, portanto, da própria válvula, é prolongada consideravelmente.[023] The valve thus designed will be able, on the one hand, to guarantee, even at high frequencies, a precise operation, and on the other hand, the average service life of the elastic tension means, and, therefore, of the valve itself, is considerably extended.
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