ES2204530T3 - Valvula para cilindros de gas. - Google Patents
Valvula para cilindros de gas.Info
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Abstract
Válvula para cilindros de gas que comprende: un cuerpo de válvula (10) que presenta una cámara de válvula (30), un paso de entrada (28) y un paso de salida (34), comunicando dichos pasos de entrada y de salida (28 y 34) con dicha cámara de válvula (30); un cuerpo obturador (38) que puede moverse con relación a un asiento de válvula (40) en dicho cuerpo de válvula (10), en el que está situado dicho asiento de válvula (40) entre dicha cámara de válvula (30) y dicho paso de salida (34), a fin de que dicha cámara de válvula (30) permanezca bajo la presión del cilindro de gas cuando dicha válvula esté cerrada; una espiga de válvula (48, 60, 80) conectada a dicho cuerpo obturador (38) para mover éste último entre una posición de cierre, en la que dicho cuerpo obturador (38) se aloja en dicho asiento de válvula (40) para sellar la descarga de gas a través de dicho asiento de válvula (40), y una posición abierta, en la que dicho cuerpo obturador (38) está separado de dicho asiento de válvula (40) para permitir así la descarga de gas desde el cilindro de gas a través de dicho asiento de válvula (40); y un primer elemento de diafragma (50) que forma una pared flexible de dicha cámara de válvula (30), caracterizado porque dicho primer elemento de diafragma (50) está conectado mecánicamente a través de dicha espiga de válvula (48, 60, 80) a dicho cuerpo obturador (38), a fin de que la presión de gas que actúa en dicha cámara de válvula (30) en dicho primer elemento de diafragma (50) cuando dicha válvula está cerrada arrastra dicho cuerpo obturador (38) por medio de dicha espiga de válvula (48, 60, 80) hacia dicho asiento de válvula (40) deformando elásticamente dicho primer elemento de diafragma (50).
Description
Válvula para cilindros de gas.
La presente invención se refiere a una válvula
para cilindros de gas y más particularmente a una válvula para
cilindros de gas con un elemento de diafragma para una utilización
con gases de pureza alta y de pureza muy alta.
Las válvulas para cilindros de gas se emplean
para sellar y para control la descarga de gas desde los cilindros
de gas. En algunas aplicaciones, el gas que se dispensa desde el
cilindro de gas debe permanecer libre de impurezas. Esto resulta
especialmente importante en la industria de los semiconductores
donde cualquier impureza en el gas puede afectar de modo negativo a
las propiedades eléctricas del dispositivo y puede hacer disminuir
enormemente el rendimiento de la producción. En la mayoría de los
casos se trata también de gases muy corrosivos y tóxicos.
Comúnmente, las válvulas utilizadas para gases de
pureza alta, muy alta y/o gases altamente corrosivos o gases
tóxicos son válvulas de diafragma. Tales válvulas de diafragma se
dan a conocer por ejemplo en las patentes US nº 5.516.078 o nº
5.823.509. Éstas incluyen un cuerpo de válvula que cuenta con una
cámara de válvula, un paso de entrada y un paso de salida. El paso
de entrada comunica con la cámara de válvula a través de un
alojamiento. En la cámara de válvula se dispone de un cuerpo
obturador que puede desplazarse con relación al asiento de válvula.
Una espiga de válvula está conectada al cuerpo obturador para poder
desplazar éste último entre una posición de cierre, en la que el
cuerpo obturador está alojado en su asiento de válvula de manera que
se pueda cerrar la descarga de gas a través de la válvula, y una
posición abierta, en la que el cuerpo obturador está separado del
asiento de válvula de manera que se permita realizar la descarga de
gas desde el cilindro de gas a través del asiento de válvula. Un
elemento de diafragma forma una pared flexible de la cámara de
válvula opuesta al asiento de válvula. Éste forma una separación de
sellado entre la cámara de válvula y una cámara de la espiga en la
que se encuentra alojada la espiga de válvula. La espiga de válvula,
el cuerpo obturador y el elemento de diafragma están fusionados
entre sí, de manera que un movimiento reciproco de la espiga de la
válvula deforma de modo elástico el elemento de diafragma.
Deberá observarse que el paso de salida de las
válvulas mencionadas anteriormente está en comunicación directa con
la cámara de válvula, de manera que la humedad atmosférica ambiental
puede pasar a ésta última cuando la válvula está cerrada. La
humedad atmosférica podría condensarse en la cámara de válvula. Si
entonces se descarga un gas corrosivo a través de la cámara de
válvula, la condensación acumulada allí formará inevitablemente
ácidos fuertes en la cámara de válvula. Estos ácidos fuertes
podrían por ejemplo atacar el elemento de diafragma en la cámara de
válvula.
Deberá también observarse que las válvulas
mencionadas anteriormente se utilizan generalmente con cilindros de
gas a alta presión. Con lo cual ocurre que se requieren fuerzas de
cierre elevadas para poder mantener el cuerpo obturador en una
posición de sellado en su asiento y para poder abrirlo.
El documento
DE-A-859.583 da a conocer una
válvula de gas diseñada para funciones de control de flujo en
relación con un control de baja regulación. Éste incluye una
carcasa de válvula que dispone de una cámara de válvula, un paso de
entrada y un paso de salida que comunica con la cámara de válvula.
Un disco de válvula se desplaza mediante un muelle de cierre sobre
un primer alojamiento de válvula, que está situado entre la cámara
de válvula y el paso de salida. Consecuentemente, la cámara de
válvula queda bajo la presión de gas cuando se cierra la válvula.
Un cuerpo de válvula está situado en la cámara de válvula y allí se
encuentra asociado con un segundo asiento de válvula. Un orificio
axial conecta el primer asiento de válvula con el segundo asiento
de válvula. El cuerpo de válvula queda conectado holgadamente al
disco de la válvula mediante un árbol de válvula hueco que se
extiende a través del orificio axial, de manera que queda separado
axialmente del segundo asiento cuando la válvula de disco se aloja
en el primer asiento. Una membrana metálica forma una pared de
separación hermética al gas entre la cámara de válvula y un árbol de
accionamiento exterior. Éste último es capaz de empujar axialmente
mediante la membrana sobre el cuerpo de válvula. En un primer paso;
el eje accionador empuja a través del cuerpo de válvula y el árbol
de válvula hueco separando, de modo axial, el disco de válvula desde
el primer asiento de válvula. Por el segundo asiento de válvula un
flujo elevado de gas se establece hacia el interior del árbol hueco
y a continuación por el primer asiento de válvula y en el paso de
salida. En un segundo paso, el árbol de actuación empuja el cuerpo
de la válvula en el segundo asiento de válvula. Ahora un flujo
reducido de gas se establece a través de una boquilla limitadora
de flujo del cuerpo de válvula en el interior del árbol hueco y
entonces fluye por el primer asiento de válvula dirigiéndose hacia
el paso de salida. Cuando el árbol de accionamiento no ejerce
presión axial a través de la membrana al cuerpo de válvula,
entonces el resorte de cierre empuja el disco de válvula hacia el
primer asiento de válvula y cierra la válvula. Deberá tenerse en
cuenta, que cuando la válvula está cerrada, el resorte de cierre
debe garantizar que la presión de gas que actúa sobre el disco de
válvula alojada en el primer asiento de válvula no abra la
válvula.
Existe la necesidad de una válvula para cilindros
de gas mejorada en la cual el elemento de diafragma esté mejor
protegido contra la corrosión y para la que se necesiten fuerzas de
cierre menores para mantener el cuerpo obturador en una posición de
sellado en su alojamiento y para su abertura.
Válvula para cilindros de gas según la invención
que comprende un cuerpo de válvula con una cámara de válvula, un
paso de entrada y un paso de salida. El paso de entrada y el paso
de salida se comunican con la cámara de válvula. Un cuerpo obturador
puede moverse con relación a un asiento de válvula en el cuerpo de
válvula. Una espiga de válvula está conectada al cuerpo obturador
para mover este último entre una posición de cierre - en la que el
cuerpo obturador se encuentre en el asiento de válvula para efectuar
el sellado de la descarga de gas a través del asiento de válvula -
y una posición abierta en la que el cuerpo obturador esté separado
del asiento de válvula para permitir así la descarga de gas desde
el cilindro de gas a través del asiento de válvula. Un primer
elemento de diafragma forma una pared flexible de la cámara de
válvula. Este primer elemento de diafragma está conectado
mecánicamente a la espiga de válvula, de manera que un movimiento
reciproco de la espiga de válvula deforma elásticamente el primer
elemento de diafragma. Según un aspecto importante de la invención,
el asiento de válvula está situado entre la cámara de válvula y el
paso de salida. El paso de entrada está en comunicación directa en
cuanto a la presión con la cámara de válvula, a fin de que la
cámara de válvula quede bajo la presión del cilindro de gas cuando
la válvula esté cerrada. El cuerpo obturador está dispuesto, en
dirección a la descarga de gas, corriente abajo del asiento de
válvula, para permitir que la presión del cilindro de gas que actúa
en el primer elemento de diafragma en la cámara de válvula tienda a
arrastrar el cuerpo obturador hacia su asiento de válvula. En primer
lugar, se podrá apreciar que - cuando la válvula está cerrada - la
cámara de válvula que contiene el primer elemento de diafragma está
sellada gracias al cuerpo obturador relativo a la conexión de
salida. Por consiguiente la humedad atmosférica ambiental no puede
entrar en la cámara de válvula y condensarse en el primer elemento
de diafragma, además se apreciará que - cuando la primera válvula
está cerrada - la cámara de válvula que contiene el primer elemento
de diafragma está en comunicación de presión con el interior del
cilindro de gas. Por consiguiente, la presión del cilindro de gas
actúa sobre el primer elemento de diafragma y contribuye a la
fuerza de cierre manteniendo el cuerpo obturador en su
alojamiento.
En una forma de realización preferida, la sección
transversal sellada en la cámara de válvula por el primer elemento
de diafragma es mayor que la sección transversal sellada con el
cuerpo obturador alojada en el asiento. Debido a ello - cuando la
válvula está cerrada - una fuerza de presión positiva presionará el
cuerpo obturador en su alojamiento.
Una forma de realización preferida de la válvula
cuenta adicionalmente con una o más de las siguientes
características. La espiga se extiende axialmente a través del
primer elemento de diafragma, donde una soldadura estanca al gas
proporciona de forma ventajosa una conexión hermética al gas entre
la espiga y el primer elemento de diafragma. El cuerpo de válvula
cuenta con una cámara de espiga con un resalte donde el primer
elemento de diafragma reposa con su borde exterior en el resalte y
está conectado ventajosamente allí por una soldadura estanca al
gas. La válvula podría adicionalmente comprenden un segundo
elemento de diafragma separado axialmente del primer elemento de
diafragma en la cámara de espiga. En este caso, un canal en el
cuerpo de la válvula permitirá de modo ventajoso realizar un vacío
parcial en la cámara de espiga entre el primero y el segundo
elementos de diafragma, de manera que se pueda comprobar si el
último todavía puede proporcionar la hermeticidad al gas
requerida.
La válvula está provista ventajosamente de un
capuchón de sellado con un dispositivo integrado de bloqueo para
presionar el cuerpo obturador firmemente contra su asiento, cuando
el capuchón de sellado se coloca en la conexión de salida.
El paso de salida se aloja de forma ventajosa en
una conexión de salida que se fija de forma que se puede desmontar
en el cuerpo de válvula.
En una forma de realización preferida la válvula
adicionalmente comprende un actuador lineal. Este actuador lineal se
ensambla luego de forma ventajosa en el cuerpo de válvula y
conectado a la espiga de válvula mediante un mecanismo de palanca.
Este último se monta de forma preferente en el exterior del cuerpo
de válvula, lateralmente. Éste incluye por ejemplo un brazo de
palanca conectado mediante una articulación a una varilla de
actuación del actuador, y una articulación intermedia para el brazo
de palanca en cuerpo de válvula. Este brazo de palanca presenta un
extremo libre que descansa en una superficie de apoyo en un extremo
de la espiga de válvula, para permitir presionar la espiga de
válvula en el cuerpo de válvula.
Una forma de realización preferida del cuerpo de
válvula incluye: un plato para montar la válvula en un cilindro de
gas; un cuello relativamente delgado que cuenta en su interior con
la mayor parte del paso de entrada, y un primer cuerpo transversal
soportado por el cuello relativamente delgado. El primer cuerpo
transversal dispone en su interior de la cámara de válvula, el
asiento de válvula y el paso de salida en lo mismo. Aloja el cuerpo
obturador, la espiga de válvula y el primer elemento de diafragma;
donde el eje de movimiento de la espiga es transversal al cuello
relativamente delgado. El cuerpo de válvula puede adicionalmente
incluir un segundo cuerpo transversal soportado en el primer cuerpo
transversal. Este segundo cuerpo transversal a su vez aloja un
actuador lineal, tal como por ejemplo un cilindro neumático, donde
el eje de movimiento del actuador lineal también es transversal al
cuello relativamente delgado.
La presente invención se describirá a
continuación, a título de ejemplo, haciendo referencia a los
dibujos que acompañan, en los cuales:
figura 1: es una representación tridimensional de
una válvula para cilindros de gas según la invención;
figura 2: es una sección longitudinal de la
válvula de la figura 1;
figura 3: es una sección transversal de la
válvula de la figura 1.
La válvula mostrada en las figuras es una válvula
para cilindros de gas particularmente adecuada para una utilización
con gases muy puros, muy corrosivos y a alta presión.
Refiriéndose simultáneamente a las figuras 1 y 2,
puede señalarse que la válvula incluye un cuerpo de válvula 10 que
comprende un plato 12, que debe fijarse a un cilindro de gas de
alta presión 14, una porción de cuello relativamente larga y delgada
16 que se proyecta hacia la parte superior desde el plato 12, un
primer cuerpo transversal 18 soportado por la porción de cuello 16,
y un segundo cuerpo transversal 20 soportado en el primer cuerpo
transversal 18. El primer cuerpo transversal 18 aloja el conjunto de
válvula como tal. Cuenta con una conexión de salida estandarizada
22 para conectarle un conducto de gas (no mostrado). En las figuras
esta conexión de salida 22 está cerrada por un capuchón de sellado
24. El segundo cuerpo transversal 20 aloja un cilindro neumático 26
para accionar la válvula. Debe señalarse que el cuello
relativamente largo y delgado 16 constituye una característica
importante de seguridad de la válvula. Ya que es mucho menos rígido
que un cuerpo de válvula masivo, presenta mucha más tendencia a
deformarse que a romperse, cuando por ejemplo el cilindro de gas
está implicado en un accidente durante el transporte.
Tal como puede observarse en la figura 2, la
porción de cuello 16 cuenta con un paso de entrada 28. Cuando la
válvula está montada en el cilindro de gas 14, el extremo inferior
del paso de entrada 28 desemboca en el interior 29 del cilindro de
gas 14. El extremo superior del paso de entrada 28 desemboca en la
cámara de válvula 30, la cual está situada en el primer cuerpo
transversal 18.
Haciendo referencia ahora a la figura 3, el
conjunto de válvula como tal se describirá en detalle a
continuación. La cámara de válvula 30 se comunica a través de una
abertura del asiento 32 con un paso de salida 34. Este último está
situado en la conexión de salida 22. Este paso de salida 34 forma
una cámara 36 inmediatamente a continuación de la abertura del
asiento 32. Un cuerpo obturador 38 está alojado en esta cámara 36.
En la figura 3 el cuerpo obturador 38 se aloja en un asiento 40,
que rodea a la abertura del asiento 32 en la cámara 36. En esta
posición del cuerpo obturador 38 la cámara de válvula 30 está
sellada con relación al paso de salida 34. Debido a ello, por una
parte, no se puede descargar gas a través de la válvula y, por otra
parte, no puede entrar humedad atmosférica ambiental en la cámara
de válvula 30.
El cuerpo obturador 38 incluye un anillo de
sellado blando 42, el cual está fijado entre un capuchón 44 y un
resalte 46 de una primera parte de espiga 48. Esta última se
extiende axialmente a través de la abertura del asiento 32 y de la
cámara de válvula 30. Su sección transversal es menor que la
sección transversal de la abertura del asiento 32, así el cuerpo
obturador puede levantarse de su asiento 40 al pulsar axialmente la
parte de espiga 48 a través de la abertura del asiento 32 hacia la
cámara 36, donde un paso de gas anular se forma en la abertura del
asiento 32 alrededor de la parte de espiga 48. A través de esta
abertura anular el gas puede descargar desde la cámara de válvula 30
al paso de salida 34.
Un primer elemento de diafragma 50 que consiste
de forma preferente en un conjunto de diafragmas metálicos en forma
de sándwich (no mostrados) forman una pared flexible de la cámara
de válvula 30 axialmente opuesta a la abertura del asiento 32. El
número de diafragmas dispuestos en forma de sándwich que forman el
elemento de diafragma 50 variará en función del tamaño de la
válvula, de la selección de materiales, de la presión de diseño y
de otros factores. El material de los diafragmas se elegirá de forma
que garantice un comportamiento elástico y a fatiga, y si la
válvula se utiliza con gases muy corrosivos, una resistencia
excelente a la corrosión. Un material adecuado podría ser por
ejemplo, una aleación de cromo níquel y molibdeno.
Un árbol 51 de la primera parte de espiga 48 se
extiende a través de un orificio central del primer elemento de
diafragma 50. El borde interior del elemento de diafragma 50
descansa en un resalte que está formado en la cámara de válvula 30
por un reborde 52 de la primera parte de espiga 48. Una soldadura
circumferencial 54 conecta el elemento de diafragma 50 a la primera
parte de espiga 48 de forma estanca al gas.
Una cámara de espiga 56 está situada en el lado
opuesto del primer elemento de diafragma 50. La cámara de espiga 56
presenta una sección transversal mayor que la cámara de válvula 30,
para que se forme un resalte 58 en la transición desde la cámara de
espiga 56 y la cámara de válvula 30. El primer elemento de diafragma
50 descansa con su borde exterior en el resalte 58. Una soldadura
circumferencial 59 conecta el borde exterior del elemento de
diafragma 50 con el resalte 58 de forma estanca al gas. Como
consecuencia, el elemento de diafragma 50 separa la cámara de
válvula 30 de forma estanca al gas desde la cámara de espiga
56.
Como la primera parte de espiga 48 y el primer
elemento de diafragma 50 está rígidamente unidos entre sí, un
movimiento recíproco de la primera parte de espiga 48, deforma
elásticamente el primer elemento de diafragma 50. En la figura 3 el
cuerpo obturador 38 está descansando en su asiento 40. Visto desde
la cámara de válvula 30, el primer elemento de diafragma 50 tiene
una superficie con curvatura cóncava. Si la primera parte de espiga
48 se desplaza hacia la derecha para levantar el cuerpo obturador 38
desde su asiento 40 (es decir, para abrir la válvula), la curvatura
de la superficie cóncava del primer elemento de diafragma 50
decrecerá gradualmente. Debe señalarse que la máxima carrera de
abertura de la primera parte de espiga 48 y la curvatura inicial de
la superficie del primer elemento de diafragma 50 se seleccionan
para que el primer elemento de diafragma 50 mantenga una curvatura
residual de la superficie cóncava en la carrera máxima de abertura
de la primera parte de espiga 48.
Como el paso de entrada 28 está en comunicación
directa de presión con la cámara de válvula 30, la cámara de válvula
30 está bajo la presión del cilindro cuando se cierra la válvula,
es decir, cuando el cuerpo obturador 38 está en su alojamiento 40.
Se apreciará que la presión en la cámara con gas 30 produce una
fuerza de cierre (es decir, una fuerza que presiona el cuerpo
obturador 38 en su alojamiento 40) que es proporcional a la
diferencia entre la sección transversal sellada por el primer
elemento de diafragma 50 y la sección transversal sellada por el
cuerpo obturador 38 que se aloja en su asiento 40. Como la sección
transversal sellada por el primer elemento de diafragma 50 es
generalmente mucho mayor que la sección transversal sellada por el
cuerpo obturador 38 alojado en su asiento 40, se concluye que la
presión del cilindro de gas genera una fuerza elevada que mantiene
el cuerpo obturador 38 en la posición cerrada en su alojamiento
40.
Una segunda parte de la espiga 60 está fijada al
árbol 51 que se extiende a través del orificio central del primer
elemento de diafragma 50, para así sujetar el borde interior del
primer elemento de diafragma 50 entre el reborde 52 y un borde
anular elevado 62 de la segunda parte de la espiga 60. Esta
sujeción proporciona una estanqueidad al gas adicional en el caso
de que exista algún problema con la soldadura circumferencial
54.
El numeral de referencia 64 muestra un segundo
elemento de diafragma, que está espaciado axialmente desde el primer
elemento de diafragma 50 en la cámara de espiga 56. Este segundo
elemento de diafragma 64 es del mismo tipo que el primer elemento
de diafragma 50.
Un árbol 65 de la segunda parte de la espiga 60
se extiende a través de un orificio central del segundo elemento de
diafragma 64. El borde interior del segundo elemento de diafragma
64 descansa en un resalte de la segunda parte de la espiga 60. Una
soldadura circumferencial 66 conecta el segundo elemento de
diafragma 64 con la segunda parte de la espiga 60 de forma estanca
al gas.
Un primer montaje anular 68 está situado en la
cámara de espiga 56 entre el primer y el segundo elemento de
diafragma 50 y 64. Cuenta con una primera superficie cóncava
encarada al primer elemento de diafragma 50 y una segunda superficie
plana encarada al segundo elemento de diafragma 64. Un borde anular
exterior de la primera superficie cóncava se mantiene contra el
borde exterior del primer elemento de diafragma 50. El segundo
elemento de diafragma 64 descansa con su borde exterior en la
segunda superficie.
Una pieza de conexión 70 se proyecta desde el
montaje anular 68 a través de una abertura lateral en el cuerpo de
válvula 10. Esta pieza de conexión 70 tiene un paso 72 en su
interior, el cual desemboca en el orificio central del montaje 68
donde está alojada la segunda parte de la espiga 60. El propósito
de esta pieza de conexión 70 consiste en, por una parte, impedir la
rotación del montaje 68, y por otra parte, ser capaz de crear un
vacío parcial en la cámara de espiga entre el primer y el segundo
elemento de diafragma 50 y 64. Este vacío parcial permite verificar
que ambos elementos de diafragma 50 y 64 todavía cumplen
adecuadamente su función de sellado. La pieza de conexión 70 está
cerrada por un capuchón de sellado 74 durante la operación normal
de la válvula.
Un segundo montaje anular 76 está situado en la
cámara de espiga 56 en el lado opuesto del segundo elemento de
diafragma 64. El segundo montaje 76 dispone de una primera
superficie cóncava encarada al segundo elemento de diafragma 64,
donde un borde anular exterior de esta primera superficie se apoya
contra el borde exterior del segundo elemento de diafragma 64, que
descansa en el primer montaje 68.
Un capuchón a rosca 78 está roscado en una rosca
exterior del primer cuerpo transversal 22. Este capuchón a rosca 78
comprime el segundo montaje anular 76 de forma firme en la cámara
de espiga 56, para sujetar así el borde exterior del segundo
elemento de diafragma 64 entre el primer y el segundo montaje 68 y
76 y presionar de modo firme el primer montaje 68 con su borde
anular exterior en el borde exterior del primer elemento de
diafragma 50.
Una tercera parte de la espiga (80) está fijada
en el árbol 65 que se extiende a través del orificio central del
segundo elemento de diafragma 64, para sujetar el borde interior
del segundo elemento de diafragma 64 entre el resalte de la segunda
parte de la espiga 60 y una cara convexa frontal de la tercera
parte de la espiga 80. Esta sujeción proporciona una estanqueidad
al gas adicional en el caso de que hubiera cualquier problema con
la soldadura circumferencial 66. Un anillo de sellado 82 sella la
tercera parte de la espiga (80) en el orificio central del segundo
montaje anular 76.
Se apreciará que la válvula descrita proporciona
una seguridad muy alta contra fugas de gas en el lado de la espiga
de válvula. En el caso de que ocurriera un fallo del primer
elemento de diafragma 50 se producirá una fuga de gas a través del
intersticio anular entre la segunda parte de la espiga 60 y el
primer montaje 68. Esta fuga no obstante se detendrá en el segundo
elemento de diafragma 64, y por consiguiente no se producirá escape
de gas del cuerpo de válvula, (debe señalarse en este contexto, que
un fallo del primer elemento de diafragma 50 que dé como resultado
una fuga de gas a través del intersticio anular entre el primer
montaje 68 y la pared que delimita la cámara 56 es altamente
improbable). Incluso en el caso que ocurriera un fallo adicional
del segundo elemento de diafragma 64, no pueden escapar grandes
cantidades de gas de la cámara de espiga 56. En este caso la fuga
se detendrá o limitará sustancialmente por el anillo de sellado 82.
Adicionalmente, tal como se ha indicado anteriormente, la pieza de
conexión 74 permite comprobar de forma regular con un vacío parcial
relativamente elevado que ambos elementos de diafragma 50 y 64
todavía cumplen de forma adecuada su función de sellado.
La tercera parte de la espiga 80 se extiende a
través del orificio central del capuchón a rosca 78 en una cámara
de resorte 84 situada en el capuchón a rosca 78. En esta cámara de
resorte 84 está alojado un medio de resorte, que comprende
preferentemente un conjunto de varios resortes planos 86, que se
apoyan en el capuchón a rosca 78 para ejercer en la tercera parte
de la espiga 80, a través de un disco 88 fijado a este último, una
fuerza elástica que tiende a arrastrar el cuerpo obturador 38 en su
asiento de válvula 40. La válvula puede en consecuencia operarse
como una válvula normalmente cerrada. Cuando el cuerpo obturador 38
se aloja en su asiento de válvula 40, la fuerza total de cierre que
actúa en el cuerpo obturador 38 es debida, por una parte, a la
presión del cilindro de gas que actúa en la cámara de válvula 30 en
el primer elemento de diafragma 50, y por otra parte, a la fuerza
elástica producida por los resortes 86. Por ello, los resortes 86
pueden ser de menores dimensiones, y al mismo tiempo mantener la
misma seguridad con relación a una descarga de gas no deseada.
La tercera parte de la espiga dispone de forma
fija en la misma de una punta 90 que se proyecta lateralmente fuera
del cuerpo de la válvula. Como puede apreciarse mejor en las
figuras 1 y 2, la punta 90 forma una superficie de apoyo para un
mecanismo de palanca 92, conectado de forma operativa con el
cilindro neumático 26 a la espiga de válvula para presionar a esta
última hacia la cámara de espiga 56, para levantar así el cuerpo
obturador 38 desde su asiento 40 y por tanto abrir la válvula.
En referencia ahora a la figura 2, se debe
señalar que el cilindro neumático 26 alojado en el segundo cuerpo
transversal 20 se trata de un cilindro de simple efecto, es decir,
un cilindro que es capaz exclusivamente de producir una carrera en
una dirección, es decir, para abrir la válvula, la carrera de
retroceso se producirá por los resortes 86. El cilindro incluye dos
pistones 100 y 102 montados en un actuador común o vástago del
pistón 104. El primer pistón 100 está montado en una primera cámara
de cilindro 106. El segundo pistón 102 está montado en una segunda
cámara de cilindro 108. Un fluido neumático entra en la primera
cámara 106 a través de una conexión neumática 109 y en la segunda
cámara 108 a través de un paso anular 110. Una rueda manual 112
permite producir manualmente una carrera en la misma dirección que
el fluido neumático al ejercer una fuerza de empuje en un extremo
libre 114 de la varilla de actuación 104. Esta rueda manual 112
puede también utilizarse para bloquear la válvula en posición
abierta.
El mecanismo de palanca 92 incluye un brazo de
palanca 120 conectado mediante una primera articulación 122 a un
extremo libre 124 de la varilla de actuación 104. Una articulación
intermedia 126 conecta el brazo de palanca a un anillo de soporte
128 roscado en el capuchón a rosca 78. El brazo de palanca cuenta
con un extremo libre 130 que se apoya en la punta 90 de la espiga
de válvula.
Si el cilindro neumático es presurizado con el
fluido neumático, la varilla de actuación 104 es impulsada en
dirección de la flecha 132 y hace girar el brazo de palanca 120
sobre la articulación 126 para empujar así con su extremo libre 130
la espiga de válvula contra la acción del resorte mencionado
anteriormente y la fuerza de presión hacia el interior del cuerpo
de válvula para abrir allí la válvula. Un tope mecánico (no se
muestra) determina la carrera máxima posible de la espiga de
válvula. Si el cilindro neumático es despresurizado los resortes 86
impulsan la espiga de válvula en la dirección opuesta. La punta 90
de la espiga de válvula hace girar el brazo de palanca 120 sobre la
articulación 126 para empujar la varilla de actuación 124 en la
dirección opuesta a la flecha 132 hasta que el cuerpo obturador 38
se aloje de nuevo en su asiento de válvula 40.
En referencia a la figura 1, se deberá señalar
que el mecanismo de palanca 92 está situado en el exterior del
cuerpo de válvula 10 de modo lateral al mismo. Para proteger el
mecanismo de palanca 92 de daños mecánicos, se proporciona un
capuchón de protección de dos piezas 140, 142, que está montado de
forma que puede desmontarse sobre el extremo de la válvula en el
lugar donde está situado el mecanismo de palanca 92.
Con referencia de nuevo a la figura 3, la
conexión de salida 22 y su capuchón de sellado 24 se describirán en
detalle a continuación.
En primer lugar se apreciará que la conexión de
salida 22 está fijada de modo desmontable al cuerpo de válvula. Está
claro que, la conexión de salida es la que corre el mayor riesgo de
sufrir corrosión. La conexión de salida separada 22 puede
realizarse por ejemplo con un material de calidad más alta que la
del resto del cuerpo de válvula 10, sin que ello incremente
substancialmente el precio de la válvula. Adicionalmente, la
conexión de salida separada 22 puede cambiarse ocasionando un coste
relativamente bajo en el caso que se detecte corrosión. La conexión
de salida 22 está fijada al cuerpo de válvula 10 mediante la ayuda
de un anillo roscado 150. Este último presiona la conexión de salida
desmontable 22 con una superficie de sellado plana de modo firme
contra una correspondiente superficie de sellado plana del cuerpo
de válvula 10. Un anillo de sellado metálico, preferentemente del
tipo anular 152, está situado en una ranura entre las superficies
planas de sellado y proporciona una conexión estanca al gas. Los
vástagos 154 evitan que la conexión de salida 22 gire cuando el
anillo roscado 150 se rosque al cuerpo de válvula 10.
El capuchón de sellado 24 está construido de modo
especial para que se adecue particularmente para su utilización con
la válvula descrita anteriormente. Cuenta en su interior con un
dispositivo de cierre para cerrar la válvula en la posición de
cierre durante el transporte. Este dispositivo de cierre incluye un
pulsador 156 que se extiende hacia el interior del paso de salida
34 en la conexión de salida 22 para empujar el cuerpo obturador 38
de modo firme contra su alojamiento 40. Un resorte 158 que está
asociado con el pulsador 156 para limitar la fuerza de empuje
ejercida en el cuerpo obturador 38 cuando el capuchón de sellado 24
se rosca en la conexión de salida 22. Un anillo de sellado 160 sella
el pulsador 156 en el paso de salida 34 de manera que todavía se
reduce más el riego de un escape de gas.
Se podrá apreciar que el capuchón de sellado 24
descrito anteriormente constituye una característica de seguridad
importante para la válvula. Éste evita, por ejemplo que el cuerpo
obturador 38 pueda salirse de su alojamiento 40, cuando el cilindro
de gas esté sujeto a vibraciones durante el transporte. De este
modo un gas tóxico podría acumularse en la conexión de salida
debajo del capuchón de sellado 24, con lo cual el gas podría
liberarse cuando se retirara el capuchón de sellado. También evita
que la válvula pueda abrirse de forma manual siempre y cuando el
capuchón de sellado 24 este roscado en la conexión de salida
22.
Claims (22)
1. Válvula para cilindros de gas que
comprende:
un cuerpo de válvula (10) que presenta una cámara
de válvula (30), un paso de entrada (28) y un paso de salida (34),
comunicando dichos pasos de entrada y de salida (28 y 34) con dicha
cámara de válvula (30);
un cuerpo obturador (38) que puede moverse con
relación a un asiento de válvula (40) en dicho cuerpo de válvula
(10), en el que está situado dicho asiento de válvula (40) entre
dicha cámara de válvula (30) y dicho paso de salida (34), a fin de
que dicha cámara de válvula (30) permanezca bajo la presión del
cilindro de gas cuando dicha válvula esté cerrada;
una espiga de válvula (48, 60, 80) conectada a
dicho cuerpo obturador (38) para mover éste último entre una
posición de cierre, en la que dicho cuerpo obturador (38) se aloja
en dicho asiento de válvula (40) para sellar la descarga de gas a
través de dicho asiento de válvula (40), y una posición abierta, en
la que dicho cuerpo obturador (38) está separado de dicho asiento
de válvula (40) para permitir así la descarga de gas desde el
cilindro de gas a través de dicho asiento de válvula (40); y
un primer elemento de diafragma (50) que forma
una pared flexible de dicha cámara de válvula (30),
caracterizado porque
dicho primer elemento de diafragma (50) está
conectado mecánicamente a través de dicha espiga de válvula (48, 60,
80) a dicho cuerpo obturador (38), a fin de que la presión de gas
que actúa en dicha cámara de válvula (30) en dicho primer elemento
de diafragma (50) cuando dicha válvula está cerrada arrastra dicho
cuerpo obturador (38) por medio de dicha espiga de válvula (48, 60,
80) hacia dicho asiento de válvula (40) deformando elásticamente
dicho primer elemento de diafragma (50).
2. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque la sección transversal sellada en dicha
cámara de válvula (30) por medio de dicho primer elemento de
diafragma (50) es mayor que la sección transversal sellada por medio
de dicho cuerpo obturador (38) alojado en su asiento de válvula
(40).
3. Válvula según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque presenta medios de resorte (86)
asociados con dicha espiga (48, 60, 80), de forma que éstos tienden
a arrastrar dicho cuerpo obturador (38) en dicho asiento de válvula
(40).
4. Válvula según la reivindicación 1, 2 ó 3,
caracterizada porque dicha espiga (48, 60, 80) se extiende
axialmente a través de dicho primer elemento de diafragma (50), en
el que una soldadura estanca al gas (66) conecta dicha espiga (48,
60, 80) a dicho primer elemento de diafragma (50).
5. Válvula según la reivindicación 4,
caracterizada porque dicho cuerpo de válvula (10) cuenta con
una cámara de espiga (56) con un resalte (58) en donde reposa dicho
primer elemento de diafragma (50) con su borde exterior apoyado en
dicho resalte (58).
6. Válvula según la reivindicación 5,
caracterizada porque una soldadura estanca al gas (59)
conecta dicho borde exterior a dicho resalte (58).
7. Válvula según las reivindicaciones 5 ó 6,
caracterizada porque presenta un segundo elemento de
diafragma (64) separado axialmente de dicho primer elemento de
diafragma (50) en dicha cámara de espiga (56).
8. Válvula según la reivindicación 7,
caracterizada porque presenta un canal (72) en dicho cuerpo
de válvula (10) para crear un vacío parcial en la cámara de válvula
(56) entre dicho primer (50) y segundo elementos (64) de
diafragma.
9. Válvula según la reivindicación 5 y cualquiera
de las reivindicaciones 6, 7 u 8, caracterizada porque
comprende:
un primer montaje anular (68) dispuesto en dicha
cámara de espiga (56) entre dichos primero y segundo elementos de
diafragma (50 y 64), presentando dicho primer montaje (68) una
primera superficie encarada a dicho primer elemento de diafragma
(50), y una segunda superficie encarada a dicho segundo elemento de
diafragma (64), en donde un borde anular exterior de dicha primera
superficie se mantiene contra dicho borde exterior de dicho primer
elemento de diafragma (50), y dicho segundo elemento de diafragma
(64) descansa con su borde exterior en dicha segunda superficie; un
segundo montaje anular (76) dispuesto en dicha cámara de espiga
(56) en el lado opuesto de dicho segundo elemento de diafragma
(64), presentando dicho segundo montaje (76) una primera superficie
cóncava encarada a dicho segundo elemento de diafragma (64), en
donde un borde anular exterior de dicha primera superficie se apoya
contra dicho borde exterior de dicho segundo elemento de diafragma
(64); medios para presionar dicho segundo montaje anular (76) de
modo firme en el interior de dicha cámara de espiga (56) para
sujetar así dicho segundo elemento de diafragma (64) entre dichos
primero y segundo montajes (68 y 76) y para presionar dicho primer
montaje (68) con su borde anular exterior de modo firme contra dicho
borde exterior de dicho primer elemento de diafragma (50).
10. Válvula según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque comprende:
una conexión de salida (22) que presenta dicho
paso de salida (34) en la misma;
un capuchón de sellado (24) para colocarse en
dicha conexión de salida (22);
un dispositivo de cierre integrado en dicho
capuchón de sellado (24) para empujar dicho cuerpo obturador (38)
de modo firme contra su alojamiento (40), cuando dicho capuchón de
sellado (24) está colocado en dicha conexión de salida (22).
11. Válvula según la reivindicación 10,
caracterizada porque dicho dispositivo de cierre
comprende:
un pulsador (156) para empujar dicho cuerpo
obturador (38) firmemente contra su alojamiento (40);
un resorte (158) asociado con dicho pulsador
(156) para limitar la fuerza de empuje ejercida en dicho cuerpo
obturador (38).
12. Válvula según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque comprende:
una conexión de salida (22) que está provista de
dicho paso de salida (34) en la misma, siendo dicha conexión de
salida (22) fijada a dicho cuerpo de válvula (10) de forma que
puede desmontarse.
13. Válvula según la reivindicación 12,
caracterizada porque un anillo de roscado (150) para
presionar dicha conexión de salida que se puede desmontar (22) con
una superficie de sellado plana de modo firme contra una
correspondiente superficie de sellado plana de dicho cuerpo de
válvula (10).
14. Válvula según la reivindicación 13,
caracterizada porque presenta medios de sellado anulares
(152) dispuestos entre dichas superficies de sellado planas.
15. Válvula según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque comprende:
un actuador lineal montado en dicho cuerpo de
válvula (10), y
un mecanismo de palanca (92) que conecta de modo
operativo dicho actuador lineal a dicha espiga de válvula (48, 60,
80) para mover dicho cuerpo obturador (38) desde dicha posición de
cierre hacia dicha posición abierta.
16. Válvula según la reivindicación 15,
caracterizada porque dicho mecanismo de palanca (92) está
dispuesto en el exterior de dicho cuerpo de válvula (10) de modo
lateral al mismo.
17. Válvula según la reivindicación 16,
caracterizada porque presenta un capuchón (140, 142) que
está montado de modo que se puede desmontar en dicho cuerpo de
válvula (10) para proteger dicho mecanismo de palanca (92).
18. Válvula según la reivindicación 16 ó 17,
caracterizada porque
dicho actuador incluye una varilla de actuación
(104);
dicho mecanismo de palanca (92) incluye un brazo
de palanca (120) conectado por medio de una articulación (122) a
dicha varilla de actuación (104), y a una articulación intermedia
(126) para dicho brazo de palanca (120) en dicho cuerpo de válvula
(10);
dicha espiga de válvula (48, 60, 80) presenta una
punta (90) que se proyecta en el exterior de dicho cuerpo de
válvula (10); y
dicho brazo de palanca (120) presenta un extremo
libre (130) que se apoya contra una superficie de apoyo en dicha
punta (90), de manera que es capaz de empujar dicha espiga de
válvula (48, 60, 80) en el interior de dicho cuerpo de válvula
(10).
19. Válvula según cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 18, caracterizada porque dicho
actuador lineal es un cilindro neumático (26).
20. Válvula según cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 19, caracterizada porque dicho
actuador comprende un dispositivo de actuación manual para empujar
manualmente dicha espiga de válvula (48, 60, 80) en el interior de
dicho cuerpo de válvula (10).
21. Válvula según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 20, caracterizada porque dicho cuerpo
de válvula (10) comprende:
un plato (12) para montar dicha válvula en un
cilindro de gas (14);
un cuello relativamente delgado (16) en donde se
encuentra casi todo el paso de entrada (28); y
un primer cuerpo transversal (18) soportado por
dicha cuello (16) relativamente delgado, dicho primer cuerpo
transversal (18) alojando dicha cámara de válvula (30) y dicho
asiento (40) y dicho paso de salida (34) y alojando dicho cuerpo
obturador (38) y dicha espiga de válvula (48, 60, 80) y dicho
primer elemento de diafragma (50), en donde el eje de movimiento de
dicha espiga (48, 60, 80) es transversal a dicho cuello
relativamente delgado (16).
22. Válvula según la reivindicación 21,
caracterizada porque dicho cuerpo de válvula (10) incluye
además:
un segundo cuerpo transversal (20) soportado en
dicho primer cuerpo transversal (18), alojando dicho segundo cuerpo
transversal (20) un actuador lineal en donde el eje de movimiento
de dicho actuador lineal es transversal a dicho cuello relativamente
delgado (16).
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