ES2198499T3 - Valvulas de control en linea. - Google Patents
Valvulas de control en linea.Info
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
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- F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
- F16K1/12—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with streamlined valve member around which the fluid flows when the valve is opened
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Abstract
SE DESCRIBEN ESTRUCTURAS DE VALVULAS DE CONTROL EN LINEA QUE COMPRENDEN UN CONJUNTO DE VALVULAS DEL TIPO PISTON Y UNA PLURALIDAD DE CAMARAS DE CONTROL (C1, C2, C3, C4) CONTROLADAS A TRAVES DE UNO O MAS PUERTOS DE CONTROL (CP1, CP2) PARA FORMAR UNA VALVULA NORMALMENTE ABIERTA QUE SE PUEDE CERRAR A BASE DE CONTROLAR LA PRESION HIDRAULICA APLICADA AL PUERTO DE CONTROL (CP1, CP2). TAMBIEN SE DESCRIBEN VALVULAS QUE TIENEN UNA ESTRUCTURA EQUILIBRADA Y QUE POR TANTO COMPRENDEN UNOS ACCIONADORES RELATIVAMENTE PEQUEÑOS PARA ABRIR Y CERRAR LA VALVULA.
Description
Válvulas de control en línea.
La presente invención se refiere a válvulas para
controlar el flujo de un fluido (líquidos o gases) a través de una
tubería. La invención especialmente útil con respecto al tipo de
válvula de control en línea descrita en nuestra Patente US 4.681.130
anterior y por tanto se describe a continuación con respecto a ese
tipo de válvula de control.
La patente arriba mencionada describe una válvula
de control en línea que normalmente está abierta y que pasa a una
posición cerrada aplicando una presión de fluido, por ejemplo la
presión de entrada, a dos cámaras de control dentro de la válvula
que actúan ambas en conjunto para producir una fuerza de cierre
combinada sustancialmente mayor que la fuerza de apertura producida
por la presión de entrada aplicada a la cara corriente arriba del
miembro de válvula, asegurando de tal modo mejor el cierre rápido
y seguro de la válvula contra la presión de entrada.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar válvulas de control en línea que pueden ser de
construcción similar a la de la patente arriba mencionada pero que
incluyen un número de mejoras y variaciones que permiten la
construcción de las válvulas para una gran variedad de aplicaciones
diferentes.
De acuerdo con un aspecto de la presente
invención, se proporciona una válvula de control en línea que
comprende:
una carcasa con un orificio de entrada, un
orificio de salida corriente abajo del orificio de entrada, y un
asiento de la válvula entre dichos dos orificios; y un conjunto de
válvula en dicha carcasa; dicho conjunto de válvula incluye: un
miembro de válvula que se puede mover desde y hacia dicho asiento
de la válvula y con una cara corriente arriba que mira hacia el
asiento de la válvula y una cara corriente abajo que mira hacia el
orificio de salida; un vástago de válvula fijado en el miembro de
válvula y que se extiende corriente abajo del mismo; una cabeza de
pistón llevada por el vástago de válvula en el extremo corriente
abajo del mismo y con una cara corriente abajo que define una
primera cámara de control con una primera superficie de la carcasa;
una pestaña cilíndrica fijada en y que se extiende corriente abajo
del miembro de válvula y rodea dicho vástago de válvula pero que
termina poco antes de dicha cabeza de pistón para definir una
segunda cámara de control con el miembro de válvula, el vástago de
válvula y una segunda superficie de dicha carcasa; un pasillo para
el flujo del fluido a través de dicha carcasa para permitir que
pase por ella el fluido en la condición abierta del miembro de
válvula; un pasillo para el control de presión a través de dicho
vástago de válvula que establece comunicación entre dichas primera
y segunda cámaras de control de tal manera que la presión del
fluido en dicha primera cámara actúa en la cara corriente abajo de
la cabeza de pistón tendiendo a moverla y el miembro de válvula
hacia dicho asiento de la válvula, y de tal manera que la presión
del fluido en dicha segunda cámara actúa en la cara corriente
abajo del miembro de válvula y tiende a moverlo y el miembro de
válvula también hacia dicho asiento de la válvula; la cara
corriente arriba de la cabeza de pistón y una tercera superficie de
la carcasa definen una tercera cámara de control de tal manera que
la presión del fluido en ella actúa en la cara corriente arriba de
la cabeza de pistón y tendiendo a moverla y el miembro de válvula
hacia la posición abierta del miembro de válvula desde dicho asiento
de la válvula; y un orificio que comunica con dicha tercera cámara
de control caracterizado porque dicho orificio es un orificio de
control para aplicar fluido en él para mover el miembro de válvula
hacia su posición abierta desde dicho asiento de la válvula,
pudiendo conectarse dicho orificio de control a una fuente de
presión del fluido.
Las demás características de la invención serán
obvias en la siguiente descripción.
La invención se describe, a modo de ejemplo,
solamente haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los
que:
La figura 1 es una vista de sección longitudinal
que ilustra una forma de una válvula de control normalmente
abierta, construida de acuerdo con la presente invención,
mostrándose el miembro de válvula en posición normalmente abierta,
la cual asume en presencia de presión de entrada de un fluido;
La figura 2 es una vista similar a la de la
figura 1 pero que ilustra el miembro de válvula en su posición
cerrada cuando se aplica una presión de control a su orificio de
control;
La figura 3 es una vista transversal similar a la
figura 2 pero a lo largo de una línea de sección en rotación 45
para mostrar mejor la estructura interna;
La figura 4 es una vista fragmentaria ampliada,
que ilustra la construcción de una salida unidireccional de la
cámara de amortiguación en la válvula de control de las figuras
1-3;
La figura 5 ilustra mediante diagramas una
batería de válvulas de control de acuerdo con la figura 1 y una
forma de controlar las válvulas;
La figura 6 es una vista de sección longitudinal
que ilustra una forma de válvula de control normalmente cerrada,
construida de acuerdo con la presente invención;
La figura 6a es una vista de sección transversal
a lo largo de la línea 6a-6a de la figura 6;
La figura 7 es una vista similar a la figura 6
pero a lo largo de una línea de sección en rotación 45 para mostrar
mejor la estructura interna;
La figura 8 ilustra la válvula de control de las
figuras 6 y 7 en su condición abierta;
La figura 9 es una vista de sección longitudinal
que ilustra otra forma de válvula de control normalmente cerrada,
construida de acuerdo con la presente invención;
La figura 10 ilustra la válvula de la figura 9 en
su condición abierta accionada;
La figura 11 es una vista fragmentaria ampliada
que ilustra en particular la construcción del sello flexible en el
conjunto de válvula;
Las Figuras 11a-11c ilustran
varias condiciones del sello flexible de la figura 11.
La válvula de control normalmente abierta
ilustrada en las figuras 1-4 comprende una carcasa,
designada generalmente 10, que incluye una sección cilíndrica
exterior 11, preferentemente de metal, una sección cilíndrica
interior 12, preferentemente de plástico, un tubo de acoplamiento
de entrada 13 en el extremo corriente arriba de la carcasa, y un
tubo de acoplamiento de salida 14 en el extremo corriente abajo de
la carcasa. Los dos tubos de acoplamiento 13, 14 también
preferentemente de metal, tienen una configuración cónica y están
soldados a la pared lateral de metal exterior 11. Los conjuntos de
reborde 15 refuerzan las juntas soldadas de los dos tubos de
acoplamiento 13,14 a la sección cilíndrica exterior 11 y sellos 16
sellan la sección cilíndrica interior 12 con respecto a los tubos de
acoplamiento 13, 14.
El tubo de acoplamiento de entrada 13 incluye un
orificio de entrada 17 para que el fluido entre en la carcasa, y
el tubo de acoplamiento de salida 14 incluye un orificio de salida
18 para que salga el fluido. El tubo de acoplamiento de entrada 13
está formado en su superficie interior con un asiento de la válvula
cónico 19 que puede cooperar con el conjunto de válvula dentro de
la carcasa para controlar el flujo del fluido desde el orificio de
entrada 17 hasta el orificio de salida 18.
El conjunto de válvula dentro de la carcasa 10 se
designa generalmente 20. Incluye un miembro de válvula 21 con forma
hidrodinámica, que consta de una cubierta de válvula cónica 21a y
un cuerpo de válvula 21b, que asegura un sello flexible 22 anular
alrededor de la periferia exterior de la cubierta de la válvula y
que se puede mover hacia y desde el asiento de la válvula cónico
19. El miembro de válvula 21 está conectado con un actuador que
incluye un vástago de válvula 23 unido a rosca al miembro de
válvula 21 que se extiende corriente abajo del mismo. El extremo
corriente abajo del vástago de válvula 23 lleva una cabeza de
pistón 24 con una anilla de sellado 24a que se puede mover dentro
de un cilindro 25, en forma de forro cilíndrico, dentro de la
sección de la carcasa 12.
El miembro de válvula 21 se impulsa a la
condición de válvula cerrada ilustrada en la figura 1 mediante un
muelle 26 entre la cabeza de pistón 24 y una pared radial,
definida por una tapa posterior 27, en el extremo corriente abajo de
la carcasa 10 adyacente a su orificio de salida 18. La tapa 27
tiene una configuración de araña, estando formada por una
pluralidad de nervios que se extienden radialmente 27a (figura 1)
para definir entre ellos una pluralidad de pasillos que se extienden
axialmente 27b (figura 3) hasta el orificio de salida 18. Las
superficies exteriores de los nervios 27a están formadas
complementariamente a la cara cónica interior 14a del tubo de
acoplamiento de salida 14 de tal manera que el muelle 26 oprime
firmemente la tapa 27 contra el tubo de acoplamiento 14 mientras
que los pasillos 27b entre los nervios 27a definen amplios
pasillos axiales para el flujo del fluido hacia el orificio de
salida 18.
La sección de la carcasa 12 está formada
similarmente con una pluralidad de nervios que se extienden
radialmente 12a (figura 1) alineados con nervios 27a de la tapa 27
y que definen una pluralidad de pasillos que se extienden axialmente
12b (figura 3) alineados con pasillos 27b de la tapa 27 para el
flujo del fluido a través de la válvula de control cuando el
conjunto de válvula 20 está en su posición abierta (figura 3).
El conjunto de válvula 20 incluye además una
pestaña cilíndrica 28 formada íntegramente con un cuerpo 21b del
miembro de válvula 21 y que se extiende corriente abajo del mismo
para rodear la parte respectiva del vástago de válvula 23. La
pestaña cilíndrica 28 se puede mover dentro de un entrante
cilíndrico 29 formado axialmente a través de los nervios 12a de la
sección de la carcasa 12. La superficie interior de la pestaña
cilíndrica 28 esta sellada con respecto a la carcasa mediante una
anilla de sellado 30, mientras que la superficie exterior de la
pestaña no está sellada y permite el flujo libre del fluido a
través de los pasillos axiales 12b en la sección de la carcasa
12.
El vástago de válvula 23 esta formado con una
sección corriente arriba 23a rodeada por una pestaña 28 del miembro
de válvula 21, y una sección corriente abajo 23b adyacente a la
cabeza de pistón 24. La sección corriente abajo 23b es de un
diámetro exterior mayor que la sección corriente arriba 23a, para
definir una pared anular 23c entre las dos secciones. La sección
corriente arriba 23a está sellada con respecto a la carcasa
mediante una anilla de sellado 31, y la sección corriente abajo 23b
está sellada con respecto a la carcasa mediante una anilla de
sellado 32. Las anillas de sellado 30 y 31 están sobre una pared
que se extiende radialmente 12c de la sección de la carcasa 12 y
se mantienen en su sitio mediante una placa de retención 33
asegurada mediante fiadores 34.
Se verá que la construcción de la válvula de
control, como arriba descrita, define varias cámaras con carcasa
10, especialmente la sección de la carcasa 12, como sigue:
(1) La cámara C1 se define mediante la cara
corriente abajo de la cabeza de pistón 24, la superficie 10a del
cilindro de la carcasa 25, y la cara contraria de la tapa 27. Como
se describirá a continuación más especialmente, la cámara C1 sirve
como primera cámara de control y produce una fuerza que tiende a
mover el miembro de válvula 21 de su posición normalmente abierta
a una posición cerrada cuando se aplica fluido con presión a
través de un orificio de control CP1, que comunica con la cámara C1
a través de un pasillo en uno de los nervios de la carcasa 12a. La
cámara C1 incluye un desagüe 35 a la atmósfera, pero este desagüe
está atascado de tal manera que no es eficaz en la construcción
normalmente abierta de las figuras 1-3.
(2) La cámara C2 se define mediante la cara
corriente abajo del cuerpo de válvula 21b incluyendo la cara
interior de su pestaña cilíndrica 28, la superficie 10b (en la
placa de retención 33 de la pared radial 12c) de la sección de la
carcasa 12, y la superficie exterior del vástago de válvula 23. La
cámara C2 se comunica con la cámara C1 a través de un pasillo
axial 36a y un pasillo radial 36b en el vástago de válvula 23.
Además, la cámara C2 sirve como cámara de control que produce una
fuerza que intensifica la producida en la cámara C1 para mover el
miembro de válvula 21 de su posición normalmente abierta a su
posición cerrada cuando se aplica una presión de control a través
del orificio de control CP1.
(3) La cámara C3 se define mediante la cara
corriente arriba de la cabeza de pistón 24, las porciones
adyacentes del vástago de válvula 23, y la superficie 10c del
cilindro de la carcasa 25. La cámara C3 se comunica con un segundo
orificio de control CP2 a través de un pasillo en uno de los
nervios de la carcasa 12a de tal manera que cuando el miembro de
válvula 21 está cerrado y se aplica fluido con presión sobre el
orificio de control CP2, el miembro de válvula 21 se mueve hacia su
posición abierta, como se describirá a continuación más
especialmente.
(4) La cámara C4 se define mediante una pared
anular 23c del vástago de válvula 23 y una superficie 10d en una
pared radial 12c de la sección de la carcasa 12. La cámara C4
sirve como cámara de amortiguación para amortiguar el movimiento del
miembro de válvula 21 hasta su posición de cierre final para
prevenir impactos repentinos del miembro de válvula contra el
asiento de la válvula 19. La cámara de amortiguación C4 está
sellada mediante una anilla de sellado 32 en el vástago de válvula
23 y una anilla de sellado 31 en la pared radial 12c de la
carcasa.
Para drenar el fluido de la cámara de
amortiguación C4, se forma el vástago de válvula 23 con una salida
de pequeño diámetro, que incluye un taladro axial 37 que se
comunica con una ranura anular 38, en un lugar en el vástago del
pistón 23, ligeramente por debajo de su anilla de sellado 32. Como
se muestra especialmente en la figura 4, la ranura anular 38 tiene
un extremo interior 38a cerrado mediante una anilla de sellado 39.
La salida así producida es una salida unidireccional, que permite
que el fluido fluya únicamente de las cámaras de amortiguación C4
en dirección al orificio de control CP2.
La sección de la carcasa 12 se forma además con
una pluralidad de muescas que se extienden axialmente 40 desde el
orificio de control CP2, pero que terminan poco antes de la pared
radial 12c.
Como se describirá a continuación más
especialmente, la construcción es tal que la cámara de
amortiguación C4 es eficaz al retardar o amortiguar el movimiento
de cierre del conjunto de válvula 20, únicamente en el movimiento
final a su posición cerrada, para amortiguar el impacto del
miembro de válvula 21 contra el asiento de la válvula 19. La
fuerza que se produce en la cámara C4 también es eficaz para
intensificar el movimiento de apertura final del conjunto de
válvula.
La válvula de control ilustrada en las figuras
1-4 funciona de la siguiente manera:
Cuando la válvula de control no está conectada a
la línea, o si está conectada, la línea no está todavía bajo
presión, el conjunto de válvula estará en posición cerrada como se
ilustra en la figura 2, bajo la influencia del muelle 26. Sin
embargo, cuando la válvula de control está conectada a la línea y
la línea está bajo presión, la presión de entrada se aplica a la
cara corriente arriba del miembro de válvula 21, moviendo así el
conjunto de válvula 20 a su condición abierta como se ilustra en la
figura 1. Además, la válvula ilustrada está en condición
normalmente abierta cuando la línea está bajo presión.
En el caso de que falle la presión de entrada, la
fuerza aplicada por la presión corriente abajo contra la
superficie 28a de la pestaña de válvula 28, y también la fuerza
aplicada por el muelle 26, mueven el conjunto de válvula 20 a su
condición cerrada (figura 1), previniendo así el reflujo de fluido
de la tubería corriente abajo (no mostrada) a través del orificio
de salida 18, el orificio de entrada 17, y la tubería corriente
arriba (no mostrada) conectada al orificio de entrada.
Cuando se desea cerrar la válvula, se aplica
fluido con presión sobre el orificio de control CP1. Normalmente
esto se realiza utilizando una válvula piloto (por ejemplo,
válvula piloto 45 en la figura 5), que conecta el orificio de
control CP1 con la presión de entrada. Cuando esto ocurre, la
presión de entrada se aplica a la cámara de control C1 y también a
través de los pasillos 36a y 36b a través del vástago de válvula 23,
a la cámara de control C2.
La presión dentro de la cámara de control C1
produce una fuerza contra la cabeza de pistón 24 que tiende a mover
el conjunto de válvula 20 hacia su posición cerrada (por ejemplo
hacia la derecha en la figura 3), siendo la magnitud de esta fuerza
igual a la presión dentro de la cámara C1 multiplicada por el área
del diámetro exterior (D1) de la cabeza de pistón 24. La presión
dentro de la cámara C2 produce una fuerza que también actúa en la
dirección para mover el conjunto de válvula 20 hacia su condición
cerrada; es decir, incrementando la fuerza producida en la cámara
C1. Sin embargo, la fuerza producida en la cámara C2 actúa en la
cara corriente abajo del miembro de válvula 21 y tiene una
magnitud que corresponde al diámetro interior (D2) de la pestaña
cilíndrica 28, menos el diámetro exterior (D3) de la sección del
vástago de válvula 23a.
Cuando el conjunto de válvula esta en condición
abierta como se ilustra en la figura 1, la fuerza que actúa para
mantener el conjunto de válvula en su condición abierta es igual a
la presión de entrada multiplicada por el área correspondiente al
diámetro exterior (D4) del manguito cilíndrico 28. Esta fuerza que
actúa para mantener la válvula abierta es inferior a la suma de
las fuerzas producidas por la presión aplicada a través del
orificio de control CP1 a las cámaras C1 y C2, y por la presión
corriente abajo aplicada a la superficie 28a de la pestaña 28,
actuando todas para cerrar el conjunto de válvula. Por tanto el
conjunto de válvula empezará a moverse hacia su condición
cerrada.
Durante el movimiento inicial del conjunto de
válvula 20 hacia su condición cerrada, la cámara C4 se comunica con
la atmósfera a través de muescas 40 y el orificio de control CP2
de tal manera que no se acumule presión dentro de la cámara C4 lo
que puede retardar el movimiento del conjunto de válvula hacia su
posición cerrada. Conforme el conjunto de válvula se acerca a su
posición cerrada, cuando su sello 32 pasa el extremo (extremo
derecho) de las muescas 40, la cámara C4 se convierte en una
cámara sellada y por tanto actúa como amortiguador de los
movimientos de cierre del conjunto de válvula. El grado de
amortiguación, especialmente al controlar el flujo de un líquido
(no compresible), depende de la velocidad de flujo permitida por el
taladro de salida 37 y la ranura anular 38.
La superficie 28a de la pestaña 28 también actúa
para amortiguar el movimiento de cierre final del conjunto de
válvula. Como se ha indicado anteriormente, la presión corriente
abajo actúa contra la superficie 28a de la pestaña en la dirección
hacia la que tiende a moverse el conjunto de válvula a su posición
cerrada. Según el conjunto de válvula se acerca a su posición
cerrada la presión diferencial a lo largo del conjunto de válvula
aumenta debido a la mayor resistencia al flujo, reduciendo así la
presión de salida aplicada a la superficie 28a de la pestaña
conforme el conjunto de válvula se acerca a su posición de cierre
final.
La reapertura de la válvula de control se puede
conseguir simplemente interrumpiendo la presión sobre el orificio
de control CP1, en cuyo caso la presión de entrada aplicada sobre
el miembro de válvula 21 moverá el conjunto de válvula a la
posición abierta ilustrada en la figura 1.
También se puede volver a abrir la válvula
interrumpiendo la presión sobre el orificio de control CP1 y
aplicando presión sobre el orificio de control CP2. Cuando esto se
realiza, el fluido bajo presión dentro de la cámara C3 produce una
fuerza de apertura contra la cara corriente arriba de la cabeza de
pistón 24, que junto con la fuerza de apertura producida por la
presión de entrada contra el miembro de válvula 21, mueve el
conjunto de válvula a su condición abierta como se ilustra en la
figura 3.
El orificio de control CP2 se puede utilizar
solamente para reabrir la válvula cuando la presión de entrada es
baja o cuando se aplica vacío a la entrada. Este orificio de
control también se puede utilizar junto con el orificio de control
CP1 para regular o reducir los movimientos del conjunto de
válvula.
Cuando se cierra la válvula y se aplica fluido
con presión sobre el orificio de control CP2 para abrir la válvula,
la anilla de sellado 39 previene que el fluido bajo presión pase a
través del taladro de salida 37 y la ranura anular 38 a la cámara
de amortiguación C4. Así pues, al inicio de la apertura de la
válvula sólo el área de la superficie de la cámara C3 (definida
por el diámetro D1 menos D5), junto con la presión de entrada
aplicada al miembro de válvula 21, es eficaz para abrir el conjunto
de válvula. Sin embargo, en cuanto el sello 32 del vástago de
válvula 23 pasa el extremo derecho de las muescas 40, la presión
dentro de la cámara C3 también se aplica a la cámara C4,
aumentando así la fuerza de apertura.
La presencia de la anilla de sellado 39 también
permite controlar selectivamente una batería de válvulas de forma
más sencilla cuando todas las válvulas están cerradas. Así, como se
ilustra en la figura 5, una batería de válvulas
41-43 conectadas en paralelo a una tubería de
alimentación común 44 puede controlarse individualmente mediante
una válvula piloto independiente 45-47, conectada
cada una al orificio de control CP1 de su válvula respectiva, y
una válvula piloto común 48 conectada al orificio de control CP2
de todas las válvulas. Así al aplicar presión (por ejemplo, la
presión de entrada) a todos los orificios de control CP2 a través
de la válvula piloto común 48, cada válvula 41-43
puede cerrarse selectivamente, en relación con la tubería corriente
abajo 49, interrumpiendo la aplicación de fluido con presión al
orificio de control respectivo CP1 a través de la válvula piloto
45-47 respectiva.
Las Figuras 6-8 ilustran una
válvula generalmente con la misma construcción que la arriba
descrita en relación con las figuras 1-4, pero
incluyendo ciertas modificaciones para convertirla en una válvula
normalmente cerrada (cuando la presión de entrada se aplica sobre
ella), en vez de una válvula normalmente abierta como en la
construcción de las figuras 1-4. Una ventaja
importante de una válvula normalmente cerrada es que ofrece un
cierre a prueba de fallos de la válvula en el caso de que haya una
avería en el sistema de presión de control. Para facilitar la
comprensión, aquellos elementos que generalmente son los mismos
que en la válvula de las figuras 1-4 se
identifican con las mismas referencias numéricas.
Un cambio en la construcción es que la válvula
normalmente cerrada de las figuras 6-8 está formada
con un pasillo axial 50 a través de su miembro de válvula 21,
estableciendo comunicación con un pasillo axial 36a en el vástago de
válvula de tal manera que la presión de entrada también se aplica
a la cámara C1 que actúa en la cara corriente abajo de la cabeza
de pistón 24 y a la cámara C2 que actúa en la cara corriente abajo
del cuerpo de válvula 21b, ambas produciendo fuerzas que tienden a
mover el conjunto de válvula 20 a su condición cerrada como se
ilustra en las figuras 6 y 7. Otro cambio es que no necesita el
orificio de control CP1 a través de la sección de la carcasa 12
que se comunica con las cámaras C1 y C2, y por ello el orificio de
control CP1 está obstruido, dejando un único orificio de control
CP2 comunicándose con la cámara C3. Otro cambio es que la cámara C3
está en comunicación continua con la cámara C4 a través de la
muesca 40 y un taladro 51 de mayor diámetro que el taladro de
salida 37 en la construcción de las figuras 1-3,
suprimiéndose también las anillas de sellado 32 y 39 de la
construcción de las
\hbox{figuras
1-3.}
La construcción de las figuras
6-8 incluye un pistón 52 formado con una pluralidad
de lengüetas de montaje 53 que se extienden radialmente,
distanciadas alrededor de su circunferencia para montarse sobre el
extremo corriente abajo del pistón 24. El pistón 52 está cerrado
en su extremo corriente arriba por la pared del extremo 55. Su
extremo corriente abajo se recibe por deslizamiento en una cavidad
cilíndrica 56 en la tapa 27 e incluye una anilla de sellado 56a
para así definir otra cámara C5. La última cámara incluye el
muelle 26 y vierte a la atmósfera a través de un desagüe 35. Por
ello, el desagüe 35 en la construcción de las figuras
6-8 no está obstruido como lo está en la
construcción de las figuras 1-3.
La pared de extremo 55 del pistón 52 está
distanciada del pasillo axial 36a a través del vástago de válvula
23 de tal manera que no bloquea este pasillo axial. Este espacio
57 se comunica con la cámara C1 a través de los espacios 58 (figuras
6a, 7) entre las lengüetas de montaje 53. Así, la presión de
entrada se aplica a la cámara C1 a través de los pasillos axiales
50 y 36a, y los espacios 57 y 58. Como en la construcción de las
figuras 1-3, la presión producida en la cámara C1
también se aplica a la cámara C2 y las fuerzas producidas en las
dos cámaras tienden a cerrar la válvula en oposición a la fuerza
producida por la presión de entrada contra el miembro de válvula 21
que tiende a abrir la válvula. Sin embargo, como se distingue de la
construcción de las figuras 1-3, la fuerza de
cierre producida en la cámara C1 se reduce por el área de sección
transversal exterior del pistón 52 (ya que la cámara C5 vierte a la
atmósfera). A la fuerza de cierre se opone la fuerza de apertura
producida en las cámaras C3 y C4 cuando una presión de control se
aplica a través del orificio de control CP2.
Cuando la válvula de control ilustrada en las
figuras 6-8 está conectada con una tubería de
alimentación de agua, la presión de entrada se aplica a la cara
corriente arriba del miembro de válvula 21, produciendo así una
fuerza que tiende a abrir la válvula. Sin embargo, la presión de
entrada también se aplica a través de los pasillos 50 y 36a a la
cámara C1, y a través del pasillo 36b a la cámara C2, produciendo
ambas fuerzas que tienden a cerrar la válvula. Estas últimas
fuerzas, junto con la fuerza producida por la presión corriente
abajo (cuando la válvula no está cerrada) contra la superficie 28a,
y la fuerza producida por el muelle 26, son suficientemente mayores
que la fuerza de apertura de tal manera que la válvula está en la
condición normalmente cerrada como se ilustra en la figura 6.
Cuando se ha de abrir la válvula de las figuras
6-8, una presión de control se aplica (por ejemplo
la presión de entrada) sobre el orificio de control CP2. Esta
presión de control se aplica a las dos cámaras C3 y C4 (la segunda
a través de las muescas 40 y el taladro 51) produciendo una fuerza
de apertura, que junto con la fuerza de apertura aplicada por la
presión de entrada contra la cara corriente arriba del miembro de
válvula 21, es suficiente para mover el conjunto de válvula hasta
su condición abierta como se ilustra en la figura 8. Cuando se
suprime la presión en el orificio de control CP2 la válvula
volverá a su condición normalmente cerrada.
En todos los demás aspectos, la válvula de
control ilustrada en las figuras 6-8 está
construida y funciona sustancialmente de la misma manera que la
arriba descrita.
Las figuras 9-10 ilustran una
construcción de válvula normalmente cerrada similar a la de las
figuras 6-8. Sin embargo, en este caso los pasillos
axiales 50 a través del miembro de válvula 21 y su vástago de
válvula 23 se extienden a través del pasillo axial 36a a la cámara
C5 entre el extremo corriente abajo del vástago de válvula 23 y la
tapa posterior 27. Mientras que en la construcción de las figuras
6-8, la cámara C5 vierte a la atmósfera, en la
construcción de las figuras 9 y 10 la cámara C5 no lo hace así,
sino que está sellada mediante una anilla de sellado 60 entre la
superficie exterior del extremo corriente abajo del vástago de
válvula 23 y la superficie interior de la cavidad 61 en la tapa
posterior 27. Por tanto, en esta construcción, el desagüe 35
(figura 8) está obstruido, pero el orificio de control CP1 (por
ejemplo figura 1) vierte a la atmósfera.
También la superficie exterior de la pestaña de
válvula 28 lleva una anilla de sellado 62 y la superficie de la
sección de la carcasa 12 formada con un entrante anular 29 para la
pestaña de válvula está formada con una pluralidad de muescas 63 que
se extienden axialmente, estableciendo así la comunicación entre
las cámaras C6 y C2.
Se verá que en la construcción de las figuras 9 y
10, la presión de entrada aplicada a la cara corriente arriba del
miembro de válvula 21 produce una fuerza de apertura que se
equilibra sustancialmente mediante la suma de las fuerzas de cierre
producidas por la presión de entrada en las cámaras C5, C2 y C6 .
La fuerza de cierre producida por el muelle 26 será, por tanto
suficiente para mover el conjunto de válvula hacia su condición
normalmente cerrada.
Cuando se desea abrir la válvula, se aplica una
presión de control sobre el orificio de control CP2 (figura 8),
siendo ésta normalmente la presión de entrada. Cuando se aplica
presión sobre el orificio CP2, se produce una fuerza de apertura en
las cámaras C3 y C4, que cuando se añade a la fuerza de apertura
producida por la presión de entrada contra la cara corriente
arriba del miembro de válvula 21, es suficiente para abrir la
válvula.
En todos los demás aspectos, la válvula de
control normalmente cerrada ilustrada en las figuras 9 y 10 puede
construirse y funcionar sustancialmente de la misma manera que la
arriba descrita en relación con las figuras 6-8.
La figura 11 ilustra una construcción preferida
que se puede utilizar en cualquiera de las válvulas de control
arriba descritas para el miembro de válvula 21 y su sello flexible
anular 22, que se puede unir con el asiento cónico 19 del tubo de
acoplamiento de entrada 13. La figura 11a ilustra el sello flexible
anular en su posición de cierre inicial; la figura 11b lo ilustra
en su posición de cierre final; y la figura 11c ilustra
esquemáticamente cómo el miembro de válvula elimina sustancialmente
el fenómeno de rechinamiento.
El sello flexible anular, designado generalmente
22 en la figura 11, incluye una pestaña cónica 70 formada con una
periferia exterior engrosada 71 que une el asiento de la válvula
cónico 19 en la condición cerrada del conjunto de válvula. La
pestaña cónica 70 está fijada con un perno 72 entre la cubierta de
válvula cónica 21a en el lado corriente arriba y el cuerpo de
válvula 21b en el lado corriente abajo apoyándose contra una
anilla de apoyo 73 y tiene una configuración cónica complementaria
como estas dos partes del miembro de válvula 21.
La cara corriente arriba del cuerpo de válvula
21b está formada con una muesca anular 75 que recibe la cara
corriente abajo de la periferia anular engrosada 71 del sello
flexible 22. La muesca 75 tiene una sección transversal trapezoidal,
estando formada con una cara de fondo 75a sustancialmente en
paralelo a la cara corriente arriba del miembro de válvula cónico
21, y opuesto a las caras laterales 75b, 75c sustancialmente en
paralelo al eje longitudinal del conjunto de válvula 20.
Un elemento de anclaje 77 se recibe en la muesca
75 y tiene una configuración complementaria a esa muesca. Además,
está formado con un nervio a cola de milano anular 76 que se recibe
en una ranura a cola de milano complementaria 78 formada en la
cara corriente abajo de la periferia anular engrosada 71 de la
anilla de sellado 22.
La cara corriente arriba de la periferia exterior
engrosada 71 de la anilla de sellado 22 está formada con una
sección anular exterior 79 de grosor que se estrecha, disminuyendo
el grosor en dirección hacia fuera. La sección anular 79 se define
mediante una pared anular interior 79a en un ángulo obtuso con la
cara corriente arriba del miembro de válvula cónico 21, y una
pared anular exterior 79b en un ángulo obtuso menor con la cara
corriente arriba del miembro de válvula cónico 21. La cara exterior
79c de la sección anular 79, que entra en contacto sellante con el
asiento de la válvula cónico 19, tiene una configuración
curva.
El extremo exterior de la cubierta de válvula 21a
termina en la cara 79a del sello flexible 22 y tiene una
configuración complementaria a esta cara. El extremo exterior de
la sección anular exterior 79 del sello flexible 22, definido por la
cara 79b, está normalmente espaciado de la cara 21c en el extremo
exterior del cuerpo de válvula 21b.
Según el miembro de válvula 21 se acerca al
asiento de la válvula cónico 19, la cara 79c del sello flexible 22
primero se une al asiento cónico 19 (figura 11a) y esta sección
del sello flexible se deforma contra la cara 21c del cuerpo de
válvula 21b en la posición de cierre final (figura 11b) del
miembro de válvula 12. Además, como se ilustra en la figura 11b, la
cara 79b del sello flexible 22 se presiona contra la cara 21c del
cuerpo de válvula 21b para producir un sello firme en relación con
el asiento cónico 19 en la posición cerrada de la válvula.
La construcción del sello de válvula 22, como se
ilustra en la figura 11, se ha descubierto que asegura firmemente
el sello 22 al miembro de válvula 21 contra fuerzas muy grandes
que tienden a descolocar el sello del miembro de válvula,
especialmente en el caso de un flujo inverso del fluido por la
válvula. También, como se muestra especialmente en la figura 11c,
la periferia exterior del sello 22 es suficientemente flexible por
lo que, cuando la válvula sólo está ligeramente abierta, esta
periferia exterior oscila con el flujo en relación con el asiento
de la válvula cónico 19 para regular el flujo. Se ha descubierto
también que este tipo de construcción elimina sustancialmente el
rechinamiento cuando el miembro de válvula se acerca a su posición
de cierre final.
Claims (24)
1. Una válvula de control en línea, que
comprende: una carcasa (10) con un orificio de entrada (17), un
orificio de salida (18) corriente abajo del orificio de entrada, y
un asiento de la válvula (19) entre dichos dos orificios; y un
conjunto de válvula (20) en dicha carcasa; dicho conjunto de
válvula incluye: un miembro de válvula (21) que se puede mover
desde y hacia dicho asiento de la válvula (19) y con una cara
corriente arriba que mira hacia el asiento de la válvula (19) y una
cara corriente abajo que mira hacia el orificio de salida; un
vástago de válvula (23) fijado en el miembro de válvula y que se
extiende corriente abajo del mismo; una cabeza de pistón (24)
llevada por el vástago de válvula (23) en el extremo corriente
abajo del mismo y con una cara corriente abajo que define una
primera cámara de control (C1) con una primera superficie (10a) de
la carcasa; una pestaña cilíndrica (28) fijada en y que se extiende
corriente abajo del miembro de válvula (21) y rodea dicho vástago
de válvula (23) pero que termina poco antes de dicha cabeza de
pistón para definir una segunda cámara de control (C2) con el
miembro de válvula, el vástago de válvula y una segunda superficie
(10b) de dicha carcasa; un pasillo (12b, 27b) para el flujo del
fluido a través de dicha carcasa para permitir que pase por ella
el fluido en la condición abierta del miembro de válvula; un
pasillo (36a) para el control de presión a través de dicho vástago
de válvula (23) que establece comunicación entre dichas primera y
segunda cámaras de control (C1, C2) de tal manera que la presión
del fluido en dicha primera cámara actúa en la cara corriente
abajo de la cabeza de pistón tendiendo a moverla y el miembro de
válvula (21) hacia dicho asiento de la válvula (19), y de tal
manera que la presión del fluido en dicha segunda cámara (C2)
actúa en la cara corriente abajo del miembro de válvula (21) y
tiende a moverlo y el miembro de válvula también hacia dicho asiento
de la válvula; la cara corriente arriba de la cabeza de pistón
(24) y una tercera superficie (10c) de la carcasa definen una
tercera cámara de control (C3) de tal manera que la presión del
fluido en ella actúa en la cara corriente arriba de la cabeza de
pistón tendiendo a moverla y el miembro de válvula (21) hacia la
posición abierta del miembro de válvula desde dicho asiento de la
válvula (19); y un orificio (CP2) que comunica con dicha tercera
cámara de control (C3) caracterizado porque dicho orificio es
un orificio de control para aplicar fluido en él para mover el
miembro de válvula hacia su posición abierta desde dicho asiento
de la válvula, pudiendo conectarse dicho orificio de control (CP2)
a una fuente de presión del fluido.
2. La válvula de acuerdo con la reivindicación 1
en la que dicho vástago de válvula (23) incluye: una sección
corriente arriba (23a) que define dicha segunda cámara de control
(C2) con dicho miembro de válvula, su pestaña cilíndrica (28), y
dicha segunda superficie (10b) de la carcasa; y una sección
corriente abajo (23b) que define dicha tercera cámara de control
(C3) con la cara corriente abajo de la cabeza de pistón y dicha
tercera superficie (10c) de la carcasa; siendo dicha sección
corriente abajo (23b) de un diámetro exterior mayor que dicha
sección corriente arriba (23a) para producir una pared anular
(23c) que define una cámara de amortiguación (C4) entre dicha pared
anular, la parte adyacente de dicha sección corriente arriba y una
cuarta superficie (10d) de dicha carcasa, cuya cámara de
amortiguación (C4) es eficaz para amortiguar el movimiento del
vástago de válvula y por tanto del miembro de válvula, a la
posición de cierre del miembro de válvula.
3. La válvula de acuerdo con la reivindicación 2,
en la que dicha cámara de amortiguación (C4) incluye un sello (32)
entre la superficie exterior del vástago de válvula y la carcasa,
y una abertura de salida de pequeño diámetro (37, 38) a través del
vástago de válvula que conecta dicha cámara de amortiguación a dicho
orificio de control para verter el fluido en la cámara de
amortiguación a través del orificio de control y así amortiguar el
movimiento del miembro de válvula a su posición cerrada.
4. La válvula de acuerdo con la reivindicación 3,
en la que dicha salida de pequeño diámetro (37, 38) es una salida
unidireccional que permite que el fluido fluya únicamente en la
dirección de dicha cámara de amortiguación a dicho orificio de
control.
5. La válvula de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 3 ó 4, en la que dicho sello (32) de dicha cámara
de amortiguación está definido por una anilla de sellado en un
primer lugar en la superficie exterior de dicha sección corriente
abajo (23b) del vástago de válvula, estando formada dicha
superficie exterior con un pasillo que se extiende axialmente (40)
y que va de dicho orificio de control a un segundo lugar en la
superficie exterior de dicho vástago de válvula entre dicho primer
lugar y dicho orificio de control, por lo que la cámara de
amortiguación es eficaz para amortiguar el miembro de válvula
únicamente durante el movimiento final del mismo a su posición
cerrada.
6. La válvula de acuerdo con la reivindicación 5
en la que dicho pasillo que se extiende axialmente (40) está
compuesto de una pluralidad de entrantes formados entre dicha
tercera superficie de la carcasa y la superficie exterior de la
sección corriente abajo del vástago de válvula que se extiende
axialmente desde dicho segundo lugar hasta la cara corriente
arriba de la cabeza de pistón.
7. La válvula de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6, que incluye además un muelle (26) que
actúa en la cara corriente abajo de la cabeza de pistón e impulsa
la cabeza de pistón y el miembro de válvula hacia su posición
cerrada.
8. La válvula de acuerdo con la reivindicación 7
en la que dicho muelle (26) está interpuesto entre la cara
corriente abajo de la cabeza de pistón y una tapa (27) que se
puede unir con una quinta superficie de la carcasa en dicho orificio
de salida, estando formada dicha tapa con una pluralidad de
pasillos de fluido (27b) a través de ella para que pase el fluido
hacia dicho orificio de salida.
9. La válvula de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 8, en la que dicha pestaña cilíndrica
(28) del conjunto de válvula se puede mover en un entrante anular
(29) formado axialmente en la carcasa, estando sellada la superficie
interior de la pestaña con respecto a la carcasa para definir
dicha segunda cámara de control (C2), no estando sellada la
superficie exterior de dicha pestaña con respecto a la carcasa para
permitir que el fluido fluya entre dicha pestaña y la carcasa en
posición abierta del miembro de válvula.
10. La válvula de acuerdo con la reivindicación
9, en la que el diámetro de dicho asiento de la válvula (19) es
mayor que el diámetro interior de dicha pestaña (28) pero inferior
al diámetro exterior de dicha pestaña.
11. La válvula de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 10, en la que el pasillo para el flujo
del fluido a través de la carcasa incluye una pluralidad de
pasillos que se extienden axialmente (12b, 27b) definidos por una
pluralidad de nervios que se extienden radialmente formados en
dicha carcasa.
12. La válvula de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 11, en la que dicho miembro de válvula
(21) normalmente está en su posición abierta por la presión del
fluido en dicho orificio de entrada aplicada a la cara corriente
arriba del miembro de válvula; dicha carcasa incluye otro orificio
de control (CP1) que comunica con dicha primera cámara de control
(C1) para aplicar presión de fluido en la misma en una dirección
para mover el miembro de válvula hacia su posición cerrada con
respecto a dicho asiento de la válvula.
13. La válvula de acuerdo con la reivindicación
1, en la que dicho miembro de válvula (21) y dicho vástago de
válvula (23) se forman con un pasillo axial (50) por el que se
establece comunicación entre la cara corriente arriba del miembro de
válvula y la cara corriente abajo de la cabeza de pistón de tal
manera que la presión del fluido en dicho orificio de entrada se
aplica también a la cabeza de pistón en una dirección, normalmente
para mover el miembro de válvula hacia su posición cerrada.
14. La válvula de acuerdo con la reivindicación
13, en la que dicho pasillo axial (50) establece comunicación
entre la cara corriente arriba del miembro de válvula y la cara
corriente abajo de la región exterior de la cabeza de pistón.
15. La válvula de acuerdo con la reivindicación
13, en la que dicho pasillo axial (50) establece comunicación
entre la cara corriente arriba del miembro de válvula y la cara
corriente abajo de la región central de la cabeza de pistón.
16. La válvula de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 15, en la que dicho asiento de la válvula
(19) tiene una configuración cónica que aumenta de diámetro en la
dirección corriente abajo; dicho miembro de válvula (21) también
tiene una configuración cónica y lleva un sello flexible anular
(22) que se puede unir con dicho asiento de la válvula cónico en
la posición cerrada del miembro de válvula.
17. La válvula de acuerdo con la reivindicación
16, en la que dicho miembro de válvula (21) incluye una cubierta de
válvula corriente arriba (21a) y un cuerpo de válvula corriente
abajo (21b), y en la que dicho sello flexible anular (22) incluye
una pestaña cónica (70) fijada entre dichos cubierta de válvula
cónica y cuerpo de válvula; dicho sello flexible anular además
incluye una periferia exterior engrosada (71) con una sección
interior que se recibe en un entrante anular (75) formado en la
periferia exterior de dicho cuerpo de válvula, y una sección
exterior con una cara anular expuesta por dicha cubierta de
válvula cónica para sellar la unión con dicho asiento de la válvula
cónico.
18. La válvula de acuerdo con la reivindicación
17, en la que dicho entrante (75) en el cuerpo de la válvula
incluye un nervio a cola de milano (76) que recibe y entrelaza con
una muesca a cola de milano (78) formada en la cara corriente abajo
de dicha periferia exterior engrosada del sello flexible anular.
19. La válvula de acuerdo con la reivindicación
18, en la que dicha muesca (78) del cuerpo de válvula está
distanciada hacia dentro desde su borde exterior, y dicho nervio a
cola de milano (76) está formado en una placa de anclaje recibida en
dicha muesca en el cuerpo de válvula.
20. La válvula de acuerdo con la reivindicación
19, en la que dicha muesca (78) incluye una cara de fondo
sustancialmente en paralelo a la cara corriente arriba de la
cubierta de válvula cónica, y opuesta a las caras laterales
sustancialmente en paralelo al eje longitudinal del conjunto de
válvula.
21. La válvula de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 17 a 20, en la que dicha sección anular
exterior (71) del sello flexible anular tiene un grosor que se
estrecha que disminuye hacia fuera y está definida por una pared
interior en un ángulo obtuso con la cara corriente arriba de la
cubierta de válvula cónica , y una pared exterior en un ángulo
obtuso menor con la cara corriente arriba de la cubierta de válvula
cónica, terminando dicha cubierta de válvula cónica en, y teniendo
una configuración complementaria, a dicha pared interior del sello
flexible anular.
22. La válvula de acuerdo con la reivindicación
21, en la que el extremo exterior de dicha sección exterior del
sello flexible anular cubre, y normalmente está distanciada de,
una superficie exterior en el extremo exterior de dicho cuerpo de
válvula pero se puede deformar por la presión de cierre en unión
con ella.
23. Una válvula de control en línea de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende
además: un pistón (52) montado en dicha cara corriente abajo de
dicha cabeza de pistón (24), teniendo dicho pistón un extremo
corriente arriba que está cerrado y un extremo corriente abajo que
se recibe en una cavidad cilíndrica (56) en dicha carcasa y define
así una cámara de salida (C5) que vierte a la atmósfera.
24. Una válvula de control en línea de acuerdo
con la reivindicación 23, en la que dicho pistón (52) se monta en
dicha cara corriente abajo de dicha cabeza de pistón (24) de tal
manera que permite que la presión se comunique entre dicho orificio
de entrada y dicha cara corriente abajo de dicha cabeza de
pistón.
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