ES2220709T3 - Valvula para el control de flujos de gran seccion, en particular para compresores o similares. - Google Patents
Valvula para el control de flujos de gran seccion, en particular para compresores o similares.Info
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Abstract
Válvula para el control de flujos de gran sección con frecuencia de funcionamiento elevada y, en particular, para compresores o máquinas similares, que comprende un dispositivo de apertura del flujo (102; 106) y un dispositivo de cierre (3; 8), comprendiendo dicho dispositivo de apertura de flujo uno o más orificios (102; 106) formados en un cuerpo fijo (2; 6) que coopera con dicho dispositivo de cierre (3; 8) e introducido dentro de un canal del flujo (1), girando dicho dispositivo de cierre (3; 8) con respecto a un eje perpendicular al plano sobre el que está dicho cuerpo fijo (2; 6), y estando equipado con medios de accionamiento (5), caracterizada porque dicho dispositivo de cierre (3; 8) está equipado, como mínimo, con un rebaje (123; 138) en la superficie enfrentado a dicho cuerpo fijo (2; 6) que aloja un elemento postizo (113; 118), estando dicho elemento postizo conformado para resultar sustancialmente complementario con dicho orificio (102; 106) de dicho cuerpo fijo (2; 6).
Description
Válvula para el control de flujos de gran
sección, en particular para compresores o similares.
La presente invención se refiere a válvulas, y en
particular se refiere a una válvula para el control de flujos de
gran sección, en particular para compresores o máquinas
similares.
En compresores, el control de flujos de grandes
diámetros, entre 40 y 400 mm, se combina con frecuencias de
apertura/cierre que pueden ser muy elevadas, por ejemplo de miles de
ciclos por minuto. Estas particulares necesidades ha llevado la
evolución hacia válvulas automáticas, esto es, en las que el
dispositivo de cierre se fuerza en la posición de cierre de la
abertura por medios de retorno elástico diseñados adecuadamente,
estando dichas válvulas conformadas de modo que el equipo móvil
puede reaccionar rápidamente, dividiendo por consiguiente la
abertura en una pluralidad de orificios con ejes paralelos o
coaxiales entre sí.
Los problemas que resultan de esta clase de
enfoque están relacionados con el elevado número de esfuerzos
ejercidos sobre las partes móviles, considerando que en un compresor
funcionando a 1.000 rpm un dispositivo de cierre está sujeto a 1.000
choques de apertura y 1.000 choques de cierre, además del esfuerzo
ejercido sobre los muelles. En lo referente a esto último, debe
observarse que su diseño es difícil a efectos de obtener una
distribución homogénea de la carga en el asiento de la válvula. Otro
inconveniente a superar son las pérdidas de carga sufridas por el
fluido mientras pasa a través de los canales de la válvula.
Además, se dirige una gran atención a la
posibilidad de reducir la velocidad del flujo según la necesidad de
fluido comprimido, para ahorrar energía. Generalmente, la reducción
del caudal corresponde a una demora en el cerrado de válvulas de
admisión, que da como resultado una reducción del volumen efectivo
del fluido a comprimir. Actualmente dicha reducción se obtiene por
medio de accionadores lineales que actúan sobre las válvulas
automáticas y el accionamiento neumático. En algunos casos se
utilizan controladores complejos electrohidráulicos: un ejemplo de
esta clase se da a conocer en el documento
EP-A-0893605.
El documento
US-A-5695325 da a conocer otro
sistema utilizado para obtener una reducción del caudal en
compresores de fluido; en este caso el objetivo se consigue por una
rotación recíproca entre las válvulas y sus asientos, para evitar su
cierre por un período determinado de tiempo calculado en base a la
magnitud del caudal a reducir.
Para superar problemas referentes al desgaste y
control de las válvulas automáticas, se han realizado válvulas
giratorias equipadas con medios de accionamiento. El documento
EP-A-0971160 describe una válvula
accionada activamente para un compresor de pistón, con una placa de
válvula y una contraplaca, equipadas ambas con aberturas de paso; la
placa de válvula está soportada para girar alrededor del eje
longitudinal de la válvula y con respecto a la contraplaca. Además,
está dotada de un dispositivo de accionamiento unido firmemente a la
placa de válvula para girarla con respecto a la contraplaca.
Problemas referentes a fricciones y estanqueidad entre la placa y la
contraplaca, y también los referentes a la recuperación de holguras
debidas al desgaste, se solucionan utilizando un movimiento
combinado de traslación-rotación de la placa con
respecto a la contraplaca, estando accionada dicha traslación a lo
largo del eje de rotación de dicha contraplaca.
Un problema que aparece en esta clase de
alternativa se refiere a la estanqueidad recíproca entre la placa y
la contraplaca, y a los esfuerzos sufridos por los medios de
traslación de la placa hacia la contraplaca.
El objetivo de la presente invención, por
consiguiente, es proporcionar una válvula que cubra mejor las
necesidades de aparatos tales como compresores de fluido,
minimizando los problemas referentes a la frecuencia de
funcionamiento y pérdidas de carga mientras pasa a través de los
canales de la válvula, y que también hace posible un control simple
del caudal del compresor sin utilizar sistemas integrados, complejos
y costosos.
Por consiguiente, el objetivo de la presente
invención es una válvula para el control de flujos de gran sección,
con frecuencia de funcionamiento elevada y, en particular, para
compresores o máquinas similares, que comprende un dispositivo de
apertura y cierre de flujo, comprendiendo dicho dispositivo de
apertura de flujo uno o más orificios formados en un cuerpo fijo que
coopera con dicho dispositivo de cierre e introducido dentro del
canal del flujo, siendo giratorio dicho dispositivo de cierre con
respecto a un eje perpendicular al cuerpo en el que está dicha
abertura de flujo, y dotado de medios de accionamiento,
caracterizado porque dicho dispositivo de cierre está equipado, como
mínimo, con un hueco en su superficie encarada a dicho cuerpo fijo
para alojar una elemento postizo, estando conformado dicho elemento
postizo para ser sustancialmente complementario con dicho orificio
de dicho cuerpo fijo.
En una realización preferente, dicho dispositivo
de cierre está montado para girar alrededor de un eje acoplado en un
extremo con medios de accionamiento y giratorios, y montado de forma
estanca en dicho cuerpo fijo. Ventajosamente, dicho dispositivo de
cierre está montado sobre un lado del cuerpo fijo que corresponde a
la dirección del flujo en la válvula.
Otras características y ventajas de la presente
invención resultarán aparentes a partir de la siguiente descripción
detallada de algunas realizaciones preferentes, llevadas a cabo
simplemente como ejemplos no limitativos, haciendo referencia a los
dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 representa una vista en sección de
una primera realización de la presente invención;
la figura 2 representa una vista en sección según
la línea II-II de la figura 1;
la figura 3 representa una vista análoga a la de
la figura 2, con el dispositivo de cierre girado con respecto al
asiento de válvula;
la figura 4 representa una vista en sección de
una segunda realización de la válvula según la invención;
la figura 5 representa una vista en sección según
la línea V-V de la figura 4;
la figura 6 representa una vista análoga a la de
la figura 5, con el dispositivo de cierre girado con respecto al
asiento de válvula;
la figura 7 representa un esquema que muestra un
compresor equipado con las válvulas según la presente invención.
La figura 1 muestra una primera realización de la
válvula según la presente invención; el número (1) indica el canal
de flujo controlado por la válvula según la presente invención. Un
cuerpo fijo (2) está introducido dentro del canal (1), consistiendo
dicho cuerpo fijo en una placa con un orificio (102). Sobre el
cuerpo fijo (2) se halla colocada una envolvente (4), cuyas paredes
laterales muestran aberturas (204) en forma de ventanas. El extremo
de la envolvente (4), opuesto al extremo colocado sobre el cuerpo
fijo (2), muestra una placa (104). A través de dicha placa (104), un
eje (105) se introduce, axialmente con respecto a la envolvente (4),
de forma estanca por medio del elemento de estanqueidad (124) y de
forma giratoria gracias a los medios de desplazamiento (114); dicho
eje (105) está conectado por un extremo al motor (5), y por el otro
extremo encaja en el cuerpo fijo (2). Asimismo, dentro del cuerpo
(2), dicho eje coopera con medios de desplazamiento (202) y un
elemento de estanqueidad (302). Un casquillo (115) está encajado
sobre el eje (105), estando equipado dicho casquillo con un hueco
radial (125), en el cual encaja la protuberancia en forma de diente
(103) del dispositivo de cierre (3), estando dicha protuberancia
situada en contacto con la superficie del cuerpo fijo (2) por medio
del elemento postizo (113) colocada en el hueco (123) formado dentro
del dispositivo de cierre (3); en esta figura, el dispositivo de
cierre (3) se muestra en la posición cerrada del orificio (102). Un
muelle (205) actúa sobre el dispositivo de cierre (3), apoyándose
dicho muelle en el extremo opuesto, sobre la placa (104) de la
envolvente (4) por medio de unos medios adecuados de resbalamiento
(215). La figura 2 muestra claramente la posición del dispositivo de
cierre (3) con respecto al orificio (102) del cuerpo (2), que
representa en este caso la abertura completa de la válvula; la
figura 3, por el contrario, muestra el dispositivo de cierre en una
posición en la que no interfiere con el orificio (102).
La figura 4 muestra una segunda realización de la
válvula según la invención; las mismas partes se indican con los
mismos números. El cuerpo fijo (6) se introduce en este caso dentro
del canal de flujo (1), estando dicho cuerpo fijo dotado de
orificios (106) que cooperan con los elementos postizos (118) del
dispositivo de cierre (8). Dichos elementos postizos están alojados
en los huecos (138) formados dentro del dispositivo de cierre (8) y
están equipados con muelles (128). El dispositivo de cierre (8) está
conectado al eje (7) del motor (5) por medio de la chaveta (107) que
sobresale radialmente de dicho eje (7), la cual encaja dentro del
hueco (218) formado en la pared axial a través del orificio (208).
El eje está equipado con medios de desplazamiento y medios de
estanqueidad tanto en la placa (104) de la envolvente (4) como en el
cuerpo fijo (6), de forma similar a lo que se describió en la
realización de la figura 1. Una línea a trazos y puntos muestra una
variante en la ejecución de la válvula en la que el dispositivo de
cierre (8') está colocado en el lado opuesto con respecto al cuerpo
fijo (6); en este caso el eje (7) está dotado de una cabeza
(207').
La figura 5 muestra más claramente la forma del
dispositivo de cierre (8), que presenta una serie de brazos radiales
(108) que alojan los elementos postizos (118) que cooperan con los
orificios (106) del cuerpo fijo (6); en el caso mostrado la abertura
de la válvula está completamente obstruida por el dispositivo de
cierre (8), mientras en la figura 6 dicho dispositivo de cierre está
girado para dejar libres todos los orificios (106).
La figura 7 muestra finalmente un ejemplo
esquemático de aplicación para la válvula según la presente
invención, utilizada en un compresor de émbolo. El compresor
comprende un motor (30), cuyo eje (31) está conectado mediante
medios de transmisión (32), (33) al vástago de un pistón (41) que se
desplaza dentro de un cilindro (40). Las válvulas (10), realizadas
según la presente invención, controlan las etapas de succión y de
suministro del cilindro (40) a lo largo del conducto de flujo (60);
dichas válvulas (10) están equipadas con interfaces de control (11)
para sus medios de accionamiento, estando dichas interfaces
conectadas a una unidad central (20) de proceso, dotada de medios
(21) de entrada y visualización de datos, y conectada a su vez al
sensor (22) que comunica con la cámara del cilindro (40) y con el
sensor (23) colocado sobre el eje del motor (30). El conducto (60)
finaliza en el depósito (50) que contiene el fluido comprimido, y
está equipado con una válvula anti-retorno (51).
El funcionamiento de la válvula según la presente
invención resultará manifiesta a partir de lo que sigue. Con la
introducción de un dispositivo de cierre resbalando con respecto a
la abertura de la válvula, un gran número de problemas mostrados por
las válvulas conocidas para esta clase de aplicaciones, esto es,
para flujos de gran sección con frecuencia elevada de
funcionamiento, pueden ser superados de forma fácil y efectiva
gracias a modernos materiales con propiedades mecánicas elevadas,
que específicamente presentan coeficientes de baja fricción y bajo
desgaste, tales como la acetona de poliéter (PEEK) reforzada con
fibras de carbono. De hecho, el cuerpo fijo, cuya tarea es resistir
esfuerzos inducidas por la diferencia de presión entre el interior
del cilindro del compresor y los conductos de dicho compresor que
contienen la abertura de la válvula, que puede consistir solamente
en un orificio (102), como en la figura 1, o en una pluralidad de
orificios (106), como en la figura 4, está en contacto con el
elemento postizo o los elementos postizos, que están a su vez
integrados con el dispositivo de cierre (3), como en la figura 1, o
el dispositivo (8), como en la figura 4, girando alrededor de su
eje, que es coaxial con respecto al eje del cuerpo fijo. La
compensación de las holguras entre la superficie del cuerpo fijo (2)
y el cuerpo del elemento postizo (113), mostrados en la figura 1, se
realiza por medio del muelle de compresión (205). Como en la figura
2, donde los dispositivos de cierre son múltiples, los muelles de
compresión (128) están introducidos dentro de huecos (138) formados
en la superficie del cuerpo móvil (8) encarado al cuerpo fijo (6).
De este modo, los muelles de compresión (205), (128) utilizados en
la presente invención no están sujetos a cargas dinámicas, sino
solamente a cargas estáticas.
El motor (5) que controla esta clase de válvula
es un motor paso a paso, preferentemente un motor sin escobillas, o
un sistema similar de accionamiento que posibilite los giros en un
ángulo determinado alrededor de un eje. Resulta evidente de las
figuras, que la mayor abertura de la válvula está dividida en
orificios separados por la misma distancia angular, que será el
ángulo de giro más pequeño del eje requerido por el ciclo de
apertura/cierre de una válvula. De hecho, si en la realización de la
figura 1 dicho ciclo se realiza con un giro completo del eje (105),
el eje (7) tendrá que girar solamente en un ángulo de 45º. Este
expediente reduce además el desgaste de las superficies de
contacto.
En la válvula según la invención, los
dispositivos de cierre ya no están sujetos a choques dinámicos, y a
diferencia de las válvulas automáticas utilizadas en el estado de la
técnica, no se requiere ningún diseño complejo para los muelles de
retorno del dispositivo de cierre; además, ya no se tiene en cuenta
la inercia del sistema de válvula contra el flujo del fluido. El
curso del fluido mismo dentro de la válvula es extremadamente
simple, para reducir de forma elevada las pérdidas de carga.
Asimismo, la aplicación en el campo específico de
los compresores resulta afectada por las ventajas mencionadas
anteriormente y muestra otras. Por ejemplo, patentes citadas como
pertenecientes a la técnica anterior describen aparatos que hacen
posible la variación del caudal por el control de la demora en el
cierre de válvulas de admisión. En un compresor correspondiente al
tipo mostrado en la figura 7, esta clase de control no requiere
ningún aparato adicional, ya que la apertura y cierre de la válvula
está accionado y se controla por medio de la unidad central de
proceso (20). La detección de la posición angular de la manivela
(33) a través del sensor (23) permite establecer dicho tiempo de
demora de cierre de la válvula de admisión para permitir la
reducción del caudal del compresor. Ventajosamente, la válvula
anti-retorno (51), descrita de forma general en este
documento, puede también ser una válvula, según la presente
invención, controlada adecuadamente por la unidad (20).
Claims (8)
1. Válvula para el control de flujos de gran
sección con frecuencia de funcionamiento elevada y, en particular,
para compresores o máquinas similares, que comprende un dispositivo
de apertura del flujo (102; 106) y un dispositivo de cierre (3; 8),
comprendiendo dicho dispositivo de apertura de flujo uno o más
orificios (102; 106) formados en un cuerpo fijo (2; 6) que coopera
con dicho dispositivo de cierre (3; 8) e introducido dentro de un
canal del flujo (1), girando dicho dispositivo de cierre (3; 8) con
respecto a un eje perpendicular al plano sobre el que está dicho
cuerpo fijo (2; 6), y estando equipado con medios de accionamiento
(5), caracterizada porque dicho dispositivo de cierre (3; 8)
está equipado, como mínimo, con un rebaje (123; 138) en la
superficie enfrentado a dicho cuerpo fijo (2; 6) que aloja un
elemento postizo (113; 118), estando dicho elemento postizo
conformado para resultar sustancialmente complementario con dicho
orificio (102; 106) de dicho cuerpo fijo (2; 6).
2. Válvula, según la reivindicación 1, en la que
dicho dispositivo de cierre (3; 8) es giratorio montado sobre un eje
(105; 7) acoplado sobre un extremo con medios de accionamiento (5)
e introducido de forma giratoria y estanca en dicho cuerpo fijo (2;
6).
3. Válvula, según la reivindicación 1 ó 2, en la
que dicho dispositivo de cierre (3; 8) está montado en un lado del
cuerpo fijo (2; 6) que corresponde a la dirección del flujo en la
válvula.
4. Válvula, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en la que ésta está dotada de medios (205)
para presionar elásticamente dicho dispositivo de cierre (3) contra
dicho cuerpo fijo (2).
5. Válvula, según la reivindicación 4, en la que
dichos medios (128) de presión elástica están introducidos dentro
del mismo cuerpo envolvente hueco que aloja dicho elemento postizo
(118).
6. Válvula, según las reivindicaciones 2 y 4, en
la que dichos medios (205) de presión elástica están colocados
coaxialmente con respecto a dicho eje (105).
7. Válvula, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que dichos elementos postizos
(113; 118) son de un material de propiedades mecánicas elevadas, tal
como la acetona de poliéter (PEEK) reforzada con fibras de carbono o
material similar.
8. Válvula, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 1 a 7, en la que dichos medios de
accionamiento (5) comprenden un motor sin escobillas, un motor paso
a paso, o un motor similar.
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