ES2216411T3 - Valvula de regulacion del flujo accionada por piloto. - Google Patents
Valvula de regulacion del flujo accionada por piloto.Info
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Abstract
Una válvula de regulación de caudal controlada por piloto tiene una cámara de control de presión que recibe un elemento de recepción de presión móvil para movimientos comunes junto con un elemento de válvula principal (4) de dicha válvula reguladora de caudal controlada por piloto en relación con un asiento de válvula fijo (1) y por una presión diferencial ejercida en dicho elemento de recepción de presión de ambas caras de superficie, además tiene una trayectoria de fuga 816) de pequeña sección transversal que se extiende entre dicha cámara de control de presión (8) y uno de los dos lados a ascendente o descendente de dicho asiento de válvula (1), y tiene una válvula de control de presión diferencial constante para controlar la presión en el interior de dicha cámara de control de presión (8) o para bloquear una trayectoria de piloto que se extiende entre dichos lados ascendente y descendente.
Description
Válvula de regulación del flujo accionada por
piloto.
La presente invención se refiere a una válvula de
regulación del flujo accionada por piloto, como se define en la
parte de preámbulo de la reivindicación 1.
Tales válvulas son útiles para regular el flujo
de un fluido manteniendo una presión diferencial constante entre el
lado de aguas arriba y el lado de aguas abajo del asiento de la
válvula. Las aplicaciones típicas de dichas válvulas son: regulación
del flujo de agua presurizada calentada que pasa por un
intercambiador de calor que genera una pérdida de presión,
regulación del flujo de refrigerante a través de una válvula de
expansión en una ciclo de refrigeración que utiliza dióxido de
carbono como dicho refrigerante, regulación del caudal de
combustible a través de una válvula de inyección de combustible
controlable para la inyección directa en un motor de combustión
interna, etc., es decir, aplicaciones donde el fluido se somete al
menos temporalmente a un diferencial de presión grande.
Convencionalmente, en válvulas de regulación del
flujo accionadas por piloto de este tipo una vía piloto se extiende
entre el lado de aguas abajo del asiento de la válvula y la cámara
de control de la presión. El miembro de válvula principal es abierto
y cerrado desde el lado de aguas abajo asistido por una válvula de
control diferencial de presión constante accionada por dicho
solenoide. El paso en el lado de aguas arriba del asiento de la
válvula y la cámara de control de la presión se comunican con otro a
través de una vía de fuga de sección transversal pequeña. Sin
embargo, la cámara de control de la presión a través de dicha vía de
fuga mantiene entonces alta presión en relación con la presión aguas
abajo cuando la vía piloto es cerrada durante el cierre de la
válvula principal. Debido al diferencial de alta presión el fluido
fluirá entonces desde la cámara de control de la presión hasta el
lado de aguas abajo a través de la vía piloto y sus proximidades y
se producirá siempre de forma inconveniente un flujo mayor que un
cierto grado.
Adicionalmente, en una válvula de regulación del
flujo accionada por piloto como se conoce en la práctica la presión
de fluido inicial no actúa para generar una fuerza de cierre en el
miembro de válvula principal en un estado donde el miembro de
válvula principal ha alcanzado su estado completamente cerrado de
manera que un muelle relativamente fuerte es necesario para retener
dicho estado completamente cerrado. Entonces, para abrir de nuevo el
miembro de válvula principal, debe producirse una presión
diferencial de funcionamiento más fuerte que la fuerza del muelle.
Dicha presión diferencial de funcionamiento reduce la presión de
fluido a medida que se controla por la válvula de regulación del
flujo, debido a que la válvula no responde a menos que la presión de
fluido inicial sea suficientemente alta para compensar dicha pérdida
de presión y para superar la fuerza del muelle. Esto es un
inconveniente aparente, particularmente cuando la presión inicial
del fluido en el lado de aguas arriba es baja. Se limita todo el
intervalo de presión accionable.
En la válvula de regulación del flujo accionada
por piloto, como se conoce en la figura 2 de US 4.431.020 A, el
miembro de válvula principal es equilibrado con presión con respecto
a la presión de fluido alta en el lado de aguas arriba del asiento
de la válvula principal. Para conseguir una fuerza de cierre
suficiente para el miembro de válvula principal se necesitan dos
muelles de cierre de alta velocidad, uno de ellos que acciona
directamente el miembro de válvula principal en la dirección de
cierre, el otro que acciona la superficie delantera del miembro de
recepción de presión en la cámara de control de la presión. Dicho
conjunto de muelles de cierre fuerte proporcionado para el miembro
de válvula principal necesita una presión diferencial relativamente
alta ajustada por la válvula piloto de control de la presión
diferencial cuando la válvula principal es llevada en un estado
abierto para regular el flujo. Esto significa que en una primera
fase de funcionamiento de la válvula de regulación del flujo, a
saber hasta que el miembro de válvula principal puede ser abierto
por impulso, la regulación del flujo es llevada a cabo solamente por
la válvula piloto. Como una consecuencia, en el caso de una presión
de fluido inicial alta en el lado de aguas arriba del asiento de la
válvula se necesita en la válvula piloto un electroimán de
accionamiento indeseablemente fuerte. Además, la característica de
regulación del flujo de la válvula de regulación del flujo accionada
por piloto muestra una flexión considerable en la transición desde
la regulación del flujo por la válvula piloto hasta la regulación
del flujo por el miembro de válvula principal. Puesto que la válvula
piloto es accionada por su electroimán en la dirección de apertura,
se necesita un muelle de cierre de velocidad relativamente alta para
asegurar un estado de cierre estable del miembro de válvula de la
válvula piloto. Dicho muelle de cierre de alta velocidad necesita un
electroimán fuerte en la válvula piloto. Los muelles fuertes
proporcionados para el miembro de válvula principal y el miembro de
válvula de la válvula piloto provocan inevitablemente pérdidas de
presión significativas en el funcionamiento de la válvula de
regulación del flujo accionada por piloto.
En la válvula de regulación del flujo accionada
por piloto como se conoce a partir de US 5.687.759, el miembro de
recepción de la presión acoplado al miembro de válvula principal es
accionado directamente por la alta presión en el lado de aguas
arriba del asiento de la válvula. El miembro de válvula piloto es
accionado por el electroimán en la dirección de apertura. Tanto el
miembro de válvula principal como el miembro de válvula piloto
necesitan muelles de cierre fuertes que provocan inevitablemente
pérdidas de presión significativas durante el funcionamiento de la
válvula de regulación del flujo accionada por piloto. El muelle de
cierre fuerte del miembro de válvula de la válvula piloto, tiene que
evitar que la fuga pase por el miembro de válvula principal cerrado
pero necesita un electroimán fuerte para el accionamiento de la
válvula piloto. En caso de presión relativamente baja en el lado de
aguas arriba del asiento de la válvula el miembro de válvula
principal no puede llevarse en un estado abierto sino cualquier
regulación del flujo es realizada por la válvula piloto. La
característica de regulación del flujo total puede variar para la
misma corriente suministrada al electroimán entre una condición con
presión aguas arriba alta y una condición con presión aguas arriba
alta.
Es un objeto de la invención proporcionar una
válvula de regulación del flujo accionada por piloto del tipo que se
describe, eliminando los inconvenientes de las válvulas
convencionales, de tal manera que la válvula de regulación del flujo
accionada por piloto tiene un rendimiento operativo mejorado, no
necesita presión diferencial alta indeseable para respuesta y
elimina el peligro de flujos de fuga indeseables en el estado
cerrado. Una parte de dicho objeto es crear una válvula de
regulación del flujo accionada por piloto capaz de detener
definitivamente un flujo de fluido al lado de aguas abajo cuando se
cierra la vía piloto, aunque la presión de fluido aguas arriba es
alta. Además, debe proporcionarse una válvula de regulación del
flujo accionada por piloto que tiene una eficiencia de presión buena
y no provoca pérdidas de presión indeseables en el fluido.
Dichos objetos pueden conseguirse con las
características como las contenidas en la reivindicación 1.
El accionamiento respectivo de la válvula de
control de la presión diferencial tanto abre como cierra el miembro
de válvula principal o ajusta su posición relativa en el asiento de
la válvula para el flujo de fluido constante deseado. Este
rendimiento operativo se consigue sin una pérdida de presión
indeseable, puesto que la vía de fuga permite rebajar la presión en
la cámara de control de la presión suficientemente para abrir el
miembro de válvula principal sin una pérdida de presión
significativa. Además, puesto que la válvula de control de la
presión diferencial constante puede llevarse selectivamente también
en una posición de bloqueo entonces la vía piloto será bloqueada de
forma segura evitando cualquier flujo de fuga indeseado desde el
lado de alta presión al lado de baja presión incluso en caso de
presión de entrada alta extrema. Puesto que el interior de la cámara
de control de la presión mantiene una presión baja como también el
paso en el lado de aguas abajo, no se produce flujo de fuga desde la
cámara de control de la presión al lado de aguas abajo, aunque la
presión en el paso en el lado de aguas arriba del miembro de válvula
principal cerrado pueda ser extremadamente alta.
De acuerdo con la reivindicación 10, la pérdida
de presión creada inevitablemente por el intercambiador de calor
puede utilizarse para accionar la válvula de regulación del flujo.
Esto se realiza conectando la cámara de control de la presión a
través de la vía de fuga con el lado de aguas abajo del asiento de
la válvula. La válvula de control de la presión diferencial
constante está situada entre una tubería en el lado de aguas arriba
del intercambiador de calor y la cámara de control de la presión. Un
rendimiento operativo muy seguro puede obtenerse incluso cuando es
baja la presión de fluido inicial en el lado de aguas arriba. La
válvula de regulación del flujo muestra una buena eficiencia de
presión sin crear pérdidas de presión de fluido significativas.
Las formas de realización preferidas están
contenidas en las otras reivindicaciones dependientes.
Las formas de realización de la invención se
explicarán con la ayuda de dibujos. En el dibujo:
La figura 1 es una sección longitudinal de una
válvula de regulación del flujo accionada por piloto (primera forma
de realización de la invención).
Las figuras 2 y 3 son secciones longitudinales de
una forma de realización adicional de la invención en un estado
abierto y en un estado completamente cerrado, respectivamente, y
La figura 4 es un diagrama de bloques y sección
longitudinal de una forma de realización adicional de la
invención.
Las válvulas de regulación del flujo accionadas
por piloto de acuerdo con la presente invención son utilizadas
principalmente cuando la válvula tiene que ser accionada bajo una
presión diferencial grande con un fluido de alta presión. Éste puede
ser el caso para una válvula de expansión en un ciclo de
refrigeración, por ejemplo utilizando dióxido de carbono como un
refrigerante, para una válvula de control de combustible por
inyección directa para un motor de combustión interna, o para una
válvula de control de flujo para sistemas de alta presión de agua o
similares.
La forma de realización de la válvula de
regulación del flujo accionada por piloto como se muestra en la
figura 1 tiene un asiento de la válvula en forma de anillo 1 formado
en la mitad de una tubería que contiene fluido de alta presión, por
ejemplo con una presión de 50 a 100 veces la presión atmosférica o
más. Una tubería 2 está prevista en el lado de aguas arriba del
asiento de la válvula 1, mientras una tubería 3 está prevista en el
lado de aguas abajo de dicho asiento de la válvula 1. El asiento de
la válvula 1 está formado dentro de la tubería 2 en el lado de
aguas arriba. Se proporciona un miembro de válvula principal 4 que
tiene una configuración cilíndrica con una cara extrema que está
cerrada en el lado de aguas arriba y se dispone por la inserción y
ajuste en el asiento de la válvula 1 de una manera libremente móvil
en la dirección de su eje longitudinal. Sobre una superficie de
pared lateral de dicho miembro de válvula principal 4 puede
proporcionarse una ranura para la regulación del flujo. En el lado
de aguas arriba del miembro de válvula principal 4 se forma una
porción de válvula de parada 6 como una proyección en forma de
pestaña. Tan pronto como la porción de válvula de parada 6 es
presionada hacia el asiento de la válvula 1, la válvula tiene su
estado completamente cerrado, como se muestra.
Desde la tubería 3 en el lado de aguas abajo está
derivada una cámara de control de la presión cilíndrica 8. La cámara
de control de la presión 8 tiene un diámetro mayor que el asiento de
la válvula 1. Un miembro de recepción de presión en forma de disco o
pistón 9 es insertado de una manera libremente móvil de forma axial
dentro de la cámara de control de la presión 8. En esta forma de
realización la cámara de control de la presión 8 está cerrada por un
mamparo exterior 17. El miembro de recepción de presión 9 es
acoplado al miembro de válvula principal 4 dentro de un cuerpo unido
por un miembro de acoplamiento en la forma de una barra de conexión
10 que se extiende en la dirección axial de la cámara de control de
la presión 8. El miembro de válvula principal 4 y el miembro de
recepción de presión 9 tienen que moverse simultáneamente en
relación con el asiento de la válvula 1. Los muelles de bobina de
compresión 12, 13 están previstos para prevenir traqueteo del
miembro de válvula principal 4 y el miembro de recepción de presión
9.
El miembro de válvula principal 4 está recibiendo
presión en la tubería 2 (lado de aguas arriba) en una superficie y
presión en la tubería 3 (lado de aguas abajo) en la superficie
opuesta. El miembro de recepción de presión 9 está recibiendo
presión o presión piloto en la cámara de control de la presión 8 en
su superficie superior y también la presión en la tubería 3 (lado de
aguas abajo) en su superficie opuesta. La cámara de control de la
presión 8 se comunica con el lado de aguas abajo tanto (como se
muestra) a través de una vía de fuga 16 de sección transversal
pequeña prevista en una línea piloto de derivación o directamente
(indicado por líneas punteadas) a través de una apertura de fuga 16
en el miembro de recepción de presión 9 directamente.
El área de la sección transversal o de recepción
de presión de la cámara de control de la presión 8 y el miembro de
recepción de presión 9, respectivamente, es menor (por ejemplo 2 a
10 veces menor) que el área de recepción de presión o área de la
sección transversal del asiento de la válvula 1. Por lo tanto,
controlando la presión piloto en la cámara de control de la presión
8 el estado del miembro de válvula principal 4 entre sus posiciones
abierta y cerrada se controla por medio de miembro de recepción de
presión 9 y miembro de acoplamiento o barra de conexión 10.
Una vía piloto 15 se extiende desde el lado de
aguas arriba de la tubería 2 a la cámara de control de la presión 8
y se desvía el asiento de la válvula 1. Dentro de la vía piloto 15
se disponen en serie una válvula de control de la presión
diferencial constante 20 para la vía piloto 15 y, opcionalmente, una
válvula de cierre 30. La vía piloto 15 consta de tres porciones 15A,
15B, 15C entre las que la porción 15A está conectando dicho lado de
aguas arriba con la entrada de la válvula de control de la presión
20; la porción 15B está interconectando un asiento de la válvula 21
de dicha válvula de control de la presión diferencial constante 20 y
un asiento de la válvula 31 de válvula de cierre 30; y la porción C
está conectando el asiento de la válvula 31 con el lado de aguas
abajo. El área de la sección transversal de la vía piloto 15 es
preferentemente mayor que el área de la sección transversal de la
vía de fuga 16.
La válvula de cierre 30 está accionada
electromagnéticamente para abrir o cerrar simplemente la línea
piloto por medio de un cuerpo de válvula de cierre 32 que colabora
con el asiento de la válvula 31. Dentro de la válvula de cierre
piloto 30, un núcleo de hierro móvil 33 soporta el cuerpo de la
válvula 32. El núcleo de hierro móvil 33 está dispuesto para
cooperar con el núcleo de hierro fijo 35. Un muelle de cierre de la
válvula 36 (muelle helicoidal de compresión) está interpuesto entre
ambos núcleos de hierro 33, 35. La bobina electromagnética 34 sirve
para atraer el núcleo de hierro móvil 33 a través del núcleo de
hierro fijo 35 contrario a la fuerza de cierre del muelle de cierre
36 y para abrir dicha válvula de cierre 30. Sin excitar corriente
para bobina electromagnética 34 dicho muelle de cierre 36 está
manteniendo la válvula de cierre 30 en su estado cerrado. Como
sigue, esta forma de realización se describirá cuando dicha válvula
de cierre 30 está en su estado abierto (bobina electromagnética 34
excitada).
Dicha válvula de control de la presión
diferencial constante 20 es también una válvula de presión
diferencia accionada electromagnéticamente con un cuerpo de válvula
piloto cónico 22 dispuesto en el lado de aguas abajo del asiento de
la válvula piloto 21. El cuerpo de válvula piloto 22 está acoplado a
un núcleo de hierro móvil 23 que es accionable por una bobina
electromagnética hacia el núcleo de hierro fijo 25 por el campo
magnético tan pronto como se excita la bobina electromagnética 24.
La corriente en la bobina electromagnética 24 está creando una
fuerza de cierre para el cuerpo de válvula piloto 22 en relación con
el asiento de la válvula 21. La magnitud de dicha fuerza de cierre
se ajusta por la corriente suministrada a la bobina electromagnética
24.
Cuando el valor de una corriente suministrada a
la bobina electromagnética 24 se mantiene constante, el cuerpo de
válvula piloto 22 se abre tan pronto como la presión diferencial
entre el lado de aguas arriba y el lado de aguas abajo del asiento
de la válvula piloto 21 (es decir la presión diferencial entre la
entrada y la salida de la ruta piloto 15) está excediendo la fuerza
creada por el valor de corriente constante. El cuerpo de válvula
piloto 22 se cierra tan pronto como la presión diferencial es más
pequeña que la fuerza creada por dicho valor de corriente constante.
De esta manera la presión diferencial entre la entrada y la salida
de la vía piloto 15 se mantiene constante. Variando o seleccionando
el valor de la corriente suministrada a la bobina electromagnética
24 de la válvula 20 el valor de presión diferencial 13 entre la
entrada y la salida de la vía piloto puede controlarse
arbitrariamente. El valor de presión diferenciales está un mínimo en
un estado donde no se suministra corriente a la bobina
electromagnética 24. Por el contrario, si se suministra corriente
máxima a la bobina de electroimán 24, la conexión entre la entrada y
la salida de la vía de giro 15 se bloquea.
La presión piloto en la cámara de control de la
presión 8 corresponde a la presión en la salida de vía piloto 15.
Como, por válvula de control de la presión diferencial constante 20,
la presión diferencial entre el lado de aguas arriba y dicha cámara
de control de la presión 8 pueden mantenerse constante, por lo
tanto, el estado de abertura del miembro de válvula principal 4 se
controla así como el flujo del fluido de presión que sigue de
tubería 2 en el lado de aguas arriba a la tubería 3 en el lado de
aguas abajo. Como consecuencia, dicho flujo puede mantenerse también
constante. Cambiando el valor de la corriente suministrada a la
bobina electromagnética 24 el flujo desde la tubería 2 a la tubería
3 puede controlarse de forma arbitraria.
En el caso de que la válvula de regulación del
flujo accionada por piloto como se describe el valor de corriente
para la bobina electromagnética 34 de dicha válvula de cierre 30 se
ajusta a OFF (no corriente) dicha válvula de cierre está bloqueando
la vía piloto 15 por medio del muelle de cierre 36. La cámara de
control de la presión 8 se comunica entonces a través de la vía de
fuga 16 con el lado de aguas abajo o tubería 3 de manera que la
presión de piloto en la cámara de control 8 finalmente es la misma
presión baja P1 que en la tubería 3 en el lado de aguas abajo.
Debido a la presión diferencial entre la presión
P1 en el lado de aguas abajo y la presión alta en la tubería 2 en el
lado de aguas arriba, la porción de válvula de detención 6 del
miembro de válvula principal 4 es empujada hacia el asiento de la
válvula 1. El miembro de válvula principal 4 se ajusta a un estado
completamente cerrado. Puesto que la cámara de control de la presión
8 tiene la misma presión baja P1 que la tubería 3 en el lado de
aguas abajo, no puede producirse flujo de fuga desde la cámara de
control de la presión 8 dentro de la tubería 3 aunque la presión en
la tubería 2 en el lado de aguas arriba puede ser muy alta. Puede
obtenerse un estado de flujo cero estable.
En la forma de realización adicional de la figura
2 la vía piloto 15 está formada en el interior de dicha válvula de
regulación del flujo, a saber por un taladro axialmente pasante
formado en el miembro de acoplamiento o la barra de conexión 10
desde el lado inferior del miembro de válvula principal 4 al asiento
de la válvula 21 previsto en el extremo superior de dicho taladro
pasante (porción 15A), además, por un taladro interior de núcleo de
hierro fijo 25, un paso de flujo entre la periferia del núcleo de
hierro móvil 23 y el miembro de recepción 9 de presión en forma de
manguito conectado fijamente al núcleo de hierro fijo 25 (porción
15B), y por un taladro en la porción superior del miembro de
recepción 9 de presión que se introduce en la cámara de control de
la presión 8 (porción 15C). El cuerpo de válvula piloto 22 de
válvula de control 20 de presión diferencial proporcionado dentro de
dicha vía piloto 15 está constituido por una barra con un extremo
cónico inferior asentado con holgura dentro del taladro de núcleo de
hierro fijo 25 y que es accionable por el núcleo de hierro móvil 23.
La bobina electromagnética 24 para atraer el núcleo de hierro móvil
23 a través del núcleo de hierro fijo 25 se dispone externamente así
alrededor de los componentes mencionados anteriormente. La válvula
de cierre 30 está constituida por el asiento de la válvula 31 en el
taladro de la porción superior del miembro de recepción 9 de presión
y el cuerpo de válvula de cierre 32 que se proyecta desde el extremo
superior del núcleo de hierro móvil 23 hacia el asiento de la
válvula 31. Los muelles de prevención de traqueteo 12, 13 son
recibidos en la cámara de control de la presión 8 y por debajo del
miembro de válvula principal 4, respectivamente. En esta forma de
realización, el núcleo de hierro móvil 23 así como la bobina
electromagnética 24 sirven también para accionar la válvula de
cierre 30 para ajustar tanto el estado cerrado como el estado
abierto de la válvula de cierre 30. La cámara de control de la
presión 8 está cerrada por una cubierta en forma de crisol 17 que
define una pared de separación asegurada firmemente a la estructura
de transporte de la bobina electromagnética 24 de manera que todos
los componentes móviles son recibidos dentro. La vía de fuga 16 con
sección transversal pequeña está constituida entre la periferia
exterior del miembro de recepción de presión 9 y el lado interior de
la pared de separación 17 y se extiende sobre varias muescas
circunferenciales 19 del núcleo de hierro fijo 25 (tres muescas
circunferenciales formadas en la superficie periférica exterior del
núcleo de hierro fijo 25 para reducir una posible pérdida de presión
en la vía de fuga 16 definida por la holgura entre el núcleo de
hierro fijo 25 y la pared de separación exterior 17 de la
configuración cilíndrica con una porción de punta cerrada).
El miembro de válvula principal 4 está localizado
opuesto a la tubería 2 en el lado de aguas arriba del asiento de la
válvula 1. La porción de válvula de parada 6 es en este caso una
pieza de caucho en forma de disco. El miembro de recepción de
presión 9 y el núcleo de hierro fijo 25 están acoplados juntos en un
cuerpo unido que es móvil axialmente de forma libre. Puesto que la
presión de piloto y la cámara de control de la presión 8 está
actuando sobre la superficie extrema superior del miembro de
recepción de presión 9, mientras la presión en la tubería 3 en el
lado de aguas abajo está actuando en la superficie extrema inferior
del núcleo de hierro fijo 25, el núcleo de hierro fijo 25 es parte
también del miembro de recepción de presión 9 (el núcleo de hierro
fijo 25 constituye una mitad del miembro de recepción de presión
9).
El área de la sección transversal que recibe
presión del miembro de recepción de presión (y su núcleo de hierro
25) es más pequeña que el área de la sección transversal del asiento
de la válvula 1 (por ejemplo alrededor de 2 a 10 veces más pequeña).
Cuando la corriente es suministrada a la bobina electromagnética 24
el núcleo de hierro móvil 23 es atraído al núcleo de hierro fijo 25
de manera que el cuerpo de válvula piloto 22 es presionado con una
fuerza correspondiente hacia el asiento de la válvula piloto 21. Si
dicha corriente suministrada a la bobina electromagnética 24 es
constante, el cuerpo de válvula piloto 22 se abrirá tan pronto como
la presión diferencial entre el lado de aguas arriba y el lado de
aguas abajo del asiento de la válvula piloto 21 está excediendo un
cierto valor. Tan pronto como dicha presión diferencial está
disminuyendo por debajo de dicho valor, dicho cuerpo de válvula
piloto 22 alcanzará un estado cerrado. De este modo la presión
diferencial entre la entrada y la salida de la vía piloto 15 puede
mantenerse constante. Puesto que la presión en la cámara de control
de la presión 8 es la presión de salida de la vía piloto 15, la
presión diferencial entre la tubería 2 en el lado de aguas arriba y
la presión en la cámara de control de la presión 8 puede mantenerse
constante de manera que se controla el estado de apertura del
miembro de válvula principal 4 y el flujo del fluido de presión
desde la tubería 2 dentro de la tubería 3 puede controlarse para que
sea constante.
Variando el valor de corriente aplicado a la
bobina electromagnética 24, puede controlarse arbitrariamente el
flujo del fluido de presión desde la tubería 2 a la tubería 3.
Si el valor de la corriente para la bobina
electromagnética 24 se ajusta a OFF (corriente cero), el muelle 36
proporcionado entre el núcleo de hierro fijo 25 y el núcleo de
hierro móvil 23 empujará el núcleo de hierro móvil 23 hacia arriba
(figura 3), de manera que el cuerpo de válvula de cierre 32 será
presionado hacia el asiento 31 y se bloqueará la vía piloto 15. En
ese instante, la presión dentro de la cámara de control de la
presión 8 alcanzará la presión en la tubería 3 en el lado de aguas
abajo a través de la vía de fuga 16. Puesto que entonces la presión
en la cámara de control 8 será la misma que en la tubería 3, no
puede producirse ningún flujo de fuga desde la cámara de control de
la presión 8 dentro de la tubería 3, y puede obtenerse de forma
estable un estado de flujo completamente cero, incluso si la presión
dentro de la tubería 2 en el lado de aguas arriba es muy alta.
En la forma de realización de la figura 4, la
válvula de regulación del flujo accionada por piloto 100 está
prevista dentro de una tubería de fluido 101 de un equipo de
suministro de agua caliente que contiene un intercambiador de calor
102 calentado por una fuente de calor no mostrada. Puesto que el
intercambiador de calor 102 contiene un paso largo de sección
transversal relativamente pequeña se produce inevitablemente una
pérdida de presión en la tubería de fluido que pasa el fluido 1, es
decir, se produce una diferencia de presión entre la porción 101a y
la porción 101b interconectada por el intercambiador de calor 102.
Dicha válvula de regulación del flujo 100 está prevista entre la
porción 101b y una porción aguas abajo 101c de la tubería 101. La
diferencia de presión generada por el intercambiador de calor 102
puede alcanzar por ejemplo hasta aproximadamente 0,2 a 0,5
kg/cm^{2}, por ejemplo. La porción 101b de la tubería de fluido
101 se extiende a la superficie inferior del miembro de válvula
principal 111 situado opuesto al asiento de la válvula 112 desde el
lado de aguas arriba para abrir y cerrar la tubería de fluido 101.
En la carcasa de válvula, un paso de porción 101b se denomina
porción de aguas arriba 1p de la válvula de regulación del flujo 10,
mientras el paso que conduce a la porción 101c se denomina la
porción de aguas abajo 1q.
La cámara de control de la presión 113 está
derivada desde la porción de aguas abajo 1q. El miembro de recepción
de la presión móvil 114 (un disco duro) está combinado con un
diafragma flexible 115, separando ambos la cámara de control de la
presión 113 desde la porción de aguas abajo 1q. La porción de aguas
abajo 1q y la cámara de control de la presión 113 están conectados
por vía de fuga 117 prevista en el miembro de recepción de presión
114, 115 teniendo dicha vía de fuga 117 un área de la sección
transversal pequeña. El miembro de válvula principal 111 es
unificado con el miembro de recepción de presión 114, 115 por el
miembro de acoplamiento 118 que se extiende axialmente en relación
con el asiento de la válvula 112. El muelle helicoidal de compresión
116 contribuye en el cierre del miembro de válvula principal 111. El
muelle helicoidal de compresión 116 está asentado en la carcasa de
válvula alrededor del asiento de la válvula 112 y está empujando
constantemente el miembro de recepción de presión 114, 115 en la
dirección de cierre del miembro de válvula principal 111. Como una
consecuencia, la presión de fluido en la porción 101b (en la porción
de aguas arriba 1p) y la fuerza del muelle helicoidal de compresión
116 actúan juntos en la dirección de cierre del miembro de válvula
principal 111. Puesto que el área de la sección transversal del
miembro de recepción de presión 114, 115 se hace más pequeña que el
área de la sección transversal del asiento de la válvula 112,
también la presión en la porción de aguas arriba 1q está generando
un componente de fuerza en la dirección de cierre del miembro de
válvula principal 111. La presión de fluido dentro de la cámara de
control de la presión 13, sin embargo, está actuando en la dirección
de apertura del miembro de válvula principal 111. Debido a esta
disposición el miembro de válvula principal 111 es capaz de mantener
cualquier posición en la que son equilibradas dichas fuerzas.
La cámara de control de la presión 113 está
conectada a la porción de tubería 101a (lado de aguas arriba) por
una vía piloto 103. En la vía piloto 103 está instalada la válvula
de control de la presión diferencial constante 20. Dicha válvula de
control de la presión diferencial constante 20 es accionada
electro-magnéticamente para ajustar una presión
diferencial constante. La vía piloto 103 está formada con un área de
la sección transversal más pequeña que la de vía de fuga 117. Un
muelle helicoidal de compresión 124 para generar una presión
diferencial está dispuesto entre el núcleo de hierro fijo 122 y está
empujando el cuerpo de válvula piloto esférico 125 hacia el asiento
de la válvula 126 en una dirección desde el lado de presión de baja
al lado de alta presión (es decir, desde el lado de la cámara de
control de la presión 113 al lado de porción 101a de la tubería 101
(lado de aguas arriba).
Cuando no se suministra corriente eléctrica a la
bobina electromagnética 121, el cuerpo de válvula piloto 125 es
presionado fuertemente hacia el asiento de la válvula 26 por la
fuerza del muelle helicoidal de compresión 124 para la presión
diferencial, y la vía piloto 103 es entonces bloqueada. En este
estado la cámara de control de la presión 113 tiene una presión
igual a la presión en la porción aguas abajo 1q, a saber a través de
la vía de fuga 117. El miembro de válvula principal 111 es empujado
hacia el asiento de la válvula 112 solamente por muelle de
compresión 116 de manera que se crea el estado cerrado del miembro
de válvula principal 111.
Tan pronto como la corriente eléctrica es
suministrada a la bobina electromagnética 121, la fuerza del muelle
124 que actúa en el cuerpo de válvula piloto 125 se reduce a medida
que se produce la fuerza magnética. El cuerpo de válvula piloto 125
se separa del asiento de la válvula 26 por la presión diferencial
entre la porción 101a de la tubería 101 en el lado de aguas arriba y
la presión de fluido en la cámara de control de la presión 113. La
presión diferencial entre la porción 101a en el lado de aguas arriba
y la presión en la cámara de control 113 se equilibra con la fuerza
residual aplicada al cuerpo de válvula piloto 125 y dicha presión
diferencial se mantiene en un nivel constante que corresponde al
valor de corriente aplicado a la bobina electromagnética 121.
Realmente, con la corriente incrementada, la presión en la cámara de
control de la presión 113 estará próxima a la presión en la porción
101a de la tubería 101 en el lado de aguas arriba.
La presión de fluido en la porción 101b de la
tubería es más baja por una caída de presión constante que en la
porción 101a en el lado de aguas arriba debido a la pérdida de
presión en el intercambiador de calor 102. El miembro de recepción
de presión 114, 115 se mueve en respuesta al control de la válvula
de control de la presión diferencial constante 20 de manera que el
miembro de válvula principal 111 está separado del asiento de la
válvula 112 y la válvula de regulación del flujo 100 alcanza un
estado de válvula abierta por el cual se controla el flujo del
fluido que entra en la porción 101c hasta un nivel constante. Como
consecuencia, la pérdida de presión provocada inevitablemente por el
intercambiador de calor 102 puede utilizarse incluso para el
funcionamiento de la válvula de regulación del flujo 100. Como
resultado, no se puede producir pérdida de presión adicional para
accionar la válvula de regulación del flujo 100 de manera que su
control de flujo puede realizarse definitivamente incluso en un
medio donde la presión inicial en el lado de aguas arriba de la
tubería de fluido 101 es baja.
La solicitud de la válvula de regulación del
flujo accionada por piloto como se muestra en la figura 4 no está
limitada al equipo de suministro de agua caliente. En su lugar dicha
forma de realización también puede aplicarse al control de flujo del
refrigerante en un ciclo de refrigeración y otros varios tipos de
equipo.
Básicamente en la forma de realización de la
figura 4 se utiliza una pérdida de presión creada inevitablemente
por un intercambiador de calor o un dispositivo de generación de
caída de presión similar para el funcionamiento de la válvula de
regulación del flujo que tiene el esquema como el mostrado. La
ventaja principal de dicha disposición es que no se producirá
pérdida de presión para el funcionamiento de la válvula de
regulación del flujo. Por el contrario, puede obtenerse un
comportamiento de funcionamiento muy seguro incluso en el caso de
que sea baja la presión inicial del fluido de alta presión en el
lado de aguas arriba.
Claims (10)
1. Una válvula de regulación del flujo accionada
por piloto, que comprende:
un miembro de válvula principal (4) dispuesto en
la proximidad de un asiento de la válvula (1) formado en un paso que
suministra fluido de alta presión, de tal manera que se produce un
estado cerrado cuando dicho miembro de válvula principal (4)
contacta con dicho asiento de la válvula (1) desde un lado de aguas
arriba de alta presión (2) de dicho asiento de la válvula (1);
un miembro de recepción de la presión (9)
previsto de forma móvil dentro de una cámara de control de la
presión (8) y acoplado con dicho miembro de válvula principal (4)
dentro de un cuerpo unido por un miembro de acoplamiento (10), de
manera que el miembro de recepción de presión se mueve estrictamente
y acciona el miembro de válvula principal (4) recibiendo en sus
superficies delantera y trasera una presión presente en el lado de
aguas abajo de dicho asiento de la válvula (1) y una presión dentro
de dicha cámara de control de la presión (8);
una vía de fuga (16) de sección transversal
pequeña que se extiende entre el interior del paso en el lado de
aguas abajo (3) de dicho asiento de la válvula (1) y dicha
superficie trasera de dicho miembro de recepción de presión (9) en
dicha cámara de control de la presión (8);
dicha cámara de control de la presión (8) está
formada como una derivación de dicho paso en el lado de aguas abajo
(3) de dicho asiento de la válvula (1);
una vía piloto (15A, 15B, 15C) que comunica el
lado de aguas arriba de alta presión (2) de dicho asiento de la
válvula (1) y la superficie trasera de dicho miembro de recepción de
presión (9) en dicha cámara de control de la presión (8); y
una válvula de control accionada
electromagnéticamente (20) dentro de dicha vía piloto,
caracterizada porque dicha válvula de control accionada
electromagnéticamente (20) es una válvula de control diferencial
constante para mantener una presión diferencial constante entre una
entrada de alta presión y una salida de dicha vía piloto abriendo
cuando dicha presión diferencial excede un cierto valor ajustado por
la corriente suministrada, y porque con dicha vía piloto bloqueada
dicho miembro de válvula principal (4) en su estado cerrado es
accionado por la alta presión aguas arriba de dicho asiento de la
válvula (1).
2. Una válvula de regulación del flujo accionada
por piloto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada
porque dicha válvula de control de la presión diferencial constante
(20) tiene una bobina electromagnética de accionamiento (24)
suministrada con corriente para variar arbitrariamente un valor de
dicha presión diferencial constante hasta un valor que presenta un
estado de bloqueo de dicha válvula de control de la presión
diferencial constante y el estado cerrado de dicho miembro de
válvula principal (4).
3. Una válvula de regulación del flujo accionada
por piloto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada
porque una válvula de cierre adicional (30) está dispuesta dentro de
dicha vía piloto en serie con dicha válvula de control de la presión
diferencial constante (20) para abrir o bloquear selectivamente
dicha vía piloto (15A, 15B, 15C).
4. Una válvula de regulación del flujo accionada
por piloto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada
porque dicha vía piloto está formada al menos parcialmente por una
porción interior de dicho miembro de acoplamiento (10) y por un
agujero pasante de dicho miembro de recepción de presión (9), y
porque dicha válvula de control de la presión diferencial (20) está
dispuesta en dicha porción interior.
5. Una válvula de regulación del flujo accionada
por piloto de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada
porque dicha bobina electromagnética de accionamiento (24) está
dispuesta en el exterior de dicha vía piloto y mueve un cuerpo de
válvula piloto (22) a través de un núcleo de hierro móvil (23)
dispuesto dentro de dicha vía piloto.
6. Una válvula de regulación del flujo accionada
por piloto de acuerdo con las reivindicaciones 3 y 5,
caracterizada porque dicho núcleo de hierro móvil (23) está
accionando dicho cuerpo de válvula piloto (22) en una dirección
contraria a la presión en dicha entrada de alta presión de dicha vía
de piloto, y porque dicha válvula de cierre (30) está dispuesta en
una porción extrema de dicho núcleo de hierro móvil (23) en un lado
de aguas abajo del mismo adyacente a dicha cámara de control de la
presión (8).
7. Una válvula de regulación del flujo accionada
por piloto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a
5, caracterizada porque dicho cuerpo de válvula (22, 125) de
dicha válvula de control de la presión diferencial constante (20) se
proporciona para la cooperación con un asiento de la válvula (21,
26) y es cargado en la dirección de cierre por la fuerza de un
muelle de cierre de válvula (124) a través de dicho núcleo de hierro
móvil (23) localizado entre dicho muelle de cierre y dicho miembro
de válvula, pudiendo ser atraído dicho núcleo de hierro móvil (23)
tanto paralelo o contrario a la fuerza de dicho muelle de cierre por
dicha bobina electromagnética de accionamiento (24, 121) y a través
de un núcleo de hierro fijo (25, 122).
8. Una válvula de regulación del flujo accionada
por piloto de acuerdo con las reivindicaciones 3 y 6,
caracterizada porque dicha válvula de cierre adicional (30)
tiene un miembro de válvula (32) que coopera con un asiento de la
válvula (31) provisto en dicha vía piloto, estando cargado dicho
miembro de válvula (32) en la dirección de cierre por la fuerza de
un muelle de cierre (36) y un núcleo de hierro móvil (33) que puede
ser atraído contrario a la fuerza de dicho muelle de cierre (36)
dentro de un estado abierto de dicha válvula de cierre (30) por una
bobina electromagnética (34) y un núcleo de hierro fijo (35).
9. Una válvula de regulación del flujo accionada
por piloto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada
porque dichas superficies delantera y trasera de dicho miembro de
recepción de presión (9, 114) define áreas de recepción de presión
que son más pequeñas de forma significativa que un área de recepción
de presión de dicho miembro de válvula principal (4, 111),
aproximadamente de forma preferida 2 a 10 veces más pequeña.
10. Una válvula de regulación del flujo accionada
por piloto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a
9, caracterizada porque dicho lado de aguas arriba de alta
presión de dicho miembro de válvula principal (111) y dicho asiento
de la válvula (112) se conecta a una tubería de fluido (101b)
conectada a un lado de aguas abajo de un intercambiador de calor que
genera una pérdida de presión (102), de manera que dicha entrada de
alta presión de dicha vía piloto (103) está conectada a una tubería
de fluido (101, 101a) conectada a un lado de aguas arriba de dicho
intercambiador de calor (102) y porque la válvula de control de la
presión diferencial constante por el accionamiento de presión de
dicho miembro de válvula principal (111) está realizando control de
flujo entre dicho lado de aguas arriba y dicho lado de aguas abajo
de dicho intercambiador de calor (102).
Applications Claiming Priority (4)
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