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.

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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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