ES2221232T3 - Valvula monoestable. - Google Patents
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Abstract
Válvula monoestable para el control de la descarga brusca de un gas contenido en una cavidad, que comprende: - un cuerpo (2) que delimita una cámara (3) que presenta, por una parte, un conducto (4) de entrada unido a una cavidad y, por otra parte, un orificio (5) llamado de descarga hacia un conducto (6) de salida. - un pistón (7) alojado en la cámara (3) citada anteriormente, que se desplaza entre una posición llamada de obturación, en la cual la cara (7A) delantera de este pistón (7) obtura el orificio de descarga, y una posición llamada abierta, en la cual esta cara delantera está separada del orificio de descarga de forma que el aire de la cavidad puede ser evacuado bruscamente por el conducto de salida, pistón que: - por una parte, presenta un collarín (8) que divide la cámara (3) en una cámara delantera y una cámara trasera (9), cuya cara (8A) llamada ¿cara delantera¿, vuelta hacia la parte delantera del pistón y hacia el orificio de descarga, está sometida a la presión del aire aprisionado en la cavidad, presión que desarrolla una fuerza llamada de apertura que tiende a hacer retroceder al pistón y a llevarlo a posición abierta, y - por otra parte, delimita, entre su cara (8B) trasera y el cuerpo de la válvula, la citada cámara (9) trasera, en la cual se ejerce una presión que desarrolla en la parte trasera del pistón una fuerza llamada de obturación que empuja al pistón hacia su posición de obturación, fuerza de obturación que es de módulo sensiblemente idéntico, pero de sentido opuesto, al de la fuerza de apertura, para bajar bruscamente la presión en la cámara trasera clásicamente la válvula comprende además: - situado en un conducto (11) de evacuación que une la cámara (9) trasera con el conducto (6) de salida, un obturador (12) llamado obturador principal, móvil entre una posición llamada de cierre y una posición llamada de escape, estando este obturador solicitado: - por una parte hacia su posición llamada de escape por la presión que, reinando en la cámara trasera citada anteriormente, desarrolla sobre la cara delantera de este obturador una fuerza llamada de escape y - por otra parte, hacia su posición de cierre por la presión de un gas que, contenido en una cámara (13) llamada de mando, desarrolla sobre la cara trasera del obturador una fuerza llamada de cierre que aplica al obturador sobre su asiento y - medios (14, 15) de retirada del pistón y del obturador principal respectivamente hacia su posición de obturación y de cierre, esta válvula comprende además: - en un conducto (17) llamado de mando que une la cámara de mando al menos indirectamente con la atmósfera, un segundo obturador (18) llamado de mando, móvil entre una posición llamada de interrupción, en la cual el gas contenido en la cámara (13) de mando no puede escaparse y una posición llamada de evacuación, en la cual el gas contenido en la cámara de mando puede escaparse, - un medio motor (19) para desplazar rápidamente al obturador de mando hacia su posición de evacuación y - un medio (20) de retirada del obturador de mando respectivamente hacia su posición de interrupción, estando esta válvula caracterizada porque: - el área definida por la sección recta del conducto (11) de evacuación es al menos constante, incluso creciente, desde la cámara (9) trasera hacia el conducto (6) de salida con el fin de limitar la pérdida de carga y el tramo (11A) del conducto de evacuación aguas arriba del obturador principal (12), llamado tramo aguas arriba, tiene una sección de área sensiblemente idéntica a la del tramo aguas abajo y - el obturador (12) principal es del tipo de membrana.
Description
Válvula monoestable.
La invención se refiere a una válvula monoestable
para la carga progresiva y después el control de la descarga brusca
de un gas contenido en una cavidad o capacidad.
Para facilitar el flujo de materia granulosa y/o
evitar la formación de depósito, por ejemplo, en los hornos para la
fabricación del cemento, se utilizan dispositivos conocidos bajo el
nombre de cañones de aire.
Este dispositivo comprende una capacidad o
cavidad en la cual se acumula a presión un volumen de aire y
después periódicamente este aire es liberado brutalmente, por
ejemplo a través de una tobera, de forma que la deflagración
producida, elimina los depósitos.
Para permitir, en un primer tiempo, la
acumulación del aire en la cavidad y, en un segundo tiempo, esta
brusca descarga, entre la cavidad y la tobera, se ha dispuesto una
válvula monoestable que gobierna el paso del aire desde una fuente
en la cavidad y desde la cavidad hacia la tobera u otro medio.
Clásicamente, esta válvula monoestable (US
3.905.575) comprende:
- un cuerpo que delimita una cámara que presenta,
por una parte, un conducto de entrada unido a la cavidad y, por otra
parte, un orificio llamado de descarga hacia un conducto de
salida,
- un pistón alojado en la cámara citada
anteriormente que se desplaza entre una posición llamada de
obturación en la cual la cara delantera de este pistón obtura el
orificio de descarga y una posición llamada de apertura en la cual
esta cara delantera se separa del orificio de descarga de forma que
el aire de la cavidad puede ser evacuado bruscamente por el
conducto de salida, pistón que:
- por una parte, presenta un collarín que divide
la cámara en una cámara delantera y una cámara trasera cuya cara
llamada "cara delantera" vuelta hacia la parte delantera del
pistón y hacia el orificio de descarga está sometida a la presión
del aire aprisionado en la cavidad, presión que desarrolla una
fuerza llamada de apertura que tiende a hacer retroceder al pistón
y a llevarlo a la posición abierta y
- por otra parte, delimita, entre su cara trasera
y el cuerpo de la válvula, la citada cámara trasera, en la cual se
ejerce una presión que desarrolla sobre la parte trasera del pistón
una fuerza llamada de obturación que empuja al pistón hacia su
posición de obturación, fuerza de obturación que es de módulo
sensiblemente idéntico, pero de sentido opuesto al de la fuerza de
apertura, y
- un medio para bajar bruscamente la presión en
la cámara trasera y así provocar el retroceso del pistón.
La eficacia de estos cañones de aire depende por
cierto principalmente del volumen de la cavidad y de la presión del
aire contenido en ésta, pero igualmente tanto de la velocidad de
puesta en comunicación de la cavidad con el conducto de salida como
de la pérdida de carga.
Se conoce, por ejemplo, una válvula
(FR-A-2.660.395) cuyo pistón se
presenta en forma de una cubeta, permitiendo así reducir el peso, y
por consiguiente la inercia, del pistón, lo que permite
mejorar sensiblemente la velocidad de retroceso del citado
pistón.
La concavidad de la cubeta permite además alojar
una corredera de sección pequeña y que forma el medio de guía del
pistón y permitiendo así reducir la longitud del pistón con
relación a un pistón convencional.
Para bajar bruscamente la presión en la cámara
trasera, el aire de esta cámara debe ser rápidamente evacuado.
Para tratar de conseguirlo, se conoce una válvula
(FR-A-2.712.639) que comprende:
- situado en un conducto de evacuación que une la
cámara trasera con el conducto de salida, un obturador llamado
obturador principal, móvil entre una posición llamada de cierre y
una posición llamada de escape, estando este obturador
solicitado:
- por una parte, hacia su posición llamada de
escape por la presión que, reinando en la cámara trasera citada
anteriormente, desarrolla sobre la cara delantera de este obturador
una fuerza llamada de escape y,
- por otra parte, hacia su posición de cierre por
la presión de un gas que, contenido en una cámara llamada de mando
o accionamiento, desarrolla sobre la cara trasera del obturador una
fuerza llamada de cierre que aplica al obturador sobre su asiento
y
- medios de retirada del pistón y del obturador
principal respectivamente en su posición de obturación y de
cierre.
Una fuente de gas a presión está unida a esta
válvula y alimenta la cámara de mando que alimenta la cámara
trasera por un canal llamado de alimentación de pequeña sección y
esta cámara trasera alimenta la capacidad mediante una fuga
controlada.
Así, durante el llenado de la cavidad es la
presión de alimentación la que mantiene al pistón y al obturador en
apoyo sobre su asiento respectivo.
Un distribuidor está situado entre la fuente de
gas a presión y la válvula.
Para provocar el desplazamiento del pistón, se
interrumpe la alimentación de gas presurizado y después, por medio
del distribuidor citado anteriormente, se une al menos
indirectamente con la atmósfera la cámara de mando de forma que la
presión, al bajar rápidamente, el obturador se abre para dejar
escapar al gas contenido en la cámara trasera.
Esta bajada de presión en la cámara trasera
permite al pistón retroceder con el fin de establecer la
comunicación entre la cavidad y el conducto de salida.
Esta sucesión de etapas permite, con una presión
de mando relativamente baja, liberar un volumen de aire muy
importante.
El recorrido a través del cual el gas se escapa
es sinuoso y provoca desgraciadamente una gran pérdida de carga.
En el ejemplo
(FR-A-2.660-395), el
conducto de entrada que une la capacidad con la válvula presenta un
diámetro constante ligeramente inferior a la longitud del pistón,
enfrente de la pared lateral en cuyo pistón, desemboca este conducto
de entrada.
Esta constancia del diámetro reduce las pérdidas
de carga del fluido que fluye desde la cavidad hasta el conducto de
salida.
Se conoce igualmente una válvula
(US-4.201.362) cuya apertura está accionada por
desplazamiento de dos obturadores.
Así, la válvula comprende:
- en un conducto llamado de mando que une la
cámara de mando al menos indirectamente con la atmósfera, un segundo
obturador llamado de mando móvil entre una posición llamada de
interrupción, en la cual el gas contenido en la cámara de mando no
puede escaparse, y una posición llamada de evacuación en la cual el
gas contenido en la cámara de mando puede escaparse.
- un medio motor para desplazar rápidamente al
obturador de mando hacia su posición de evacuación y
- un medio de retirada del obturador de mando
respectivamente a su posición de interrupción.
En este sistema de mando por etapas, la velocidad
de retroceso del pistón puede ser aun mejorada y, de este modo,
permitir una mayor eficacia.
A este efecto, la invención tiene por objeto una
válvula del tipo citado anteriormente caracterizada porque:
- el área definida por la sección recta del
conducto de evacuación es al menos constante, incluso creciente,
desde la cámara trasera hasta el conducto de salida con el fin de
limitar la pérdida de carga y el tramo del conducto de evacuación
aguas arriba del obturador principal, llamado tramo aguas arriba,
tiene una sección de área sensiblemente idéntica a la del tramo
aguas abajo, y
- el obturador principal es del tipo de
membrana.
La invención se comprenderá bien con la ayuda de
la descripción que se da a continuación, hecha a título de ejemplo
no limitativo a la vista del dibujo adjunto, que representa
esquemáticamente un corte vertical de una válvula monoestable según
la invención.
En referencia al dibujo, se ve que la válvula 1
monoestable comprende:
- un cuerpo 2 que delimita una cámara 3 que
presenta, por una parte, un conducto 4 de entrada unido a una
cavidad y, por otra parte, un orificio 5 llamado de descarga hacia
un conducto 6 de salida.
- un pistón 7 alojado en la cámara 3 citada
anteriormente que se desplaza entre una posición llamada de
obturación en la cual la cara 7A delantera de este pistón 7 obtura
el orificio de descarga y una posición llamada abierta en la cual
esta cara delantera está separada del orificio de descarga de forma
que el aire de la cavidad puede ser evacuado bruscamente por el
conducto de salida, pistón que:
- por una parte, presenta un collarín 8 que
divide la cámara 3 en una cámara delantera y una cámara trasera 9,
cuya cara 8A llamada "cara delantera" vuelta hacia la parte
delantera del pistón y hacia el orificio de descarga está sometida
a la presión del aire aprisionado en la cavidad, presión que
desarrolla una fuerza llamada de apertura que tiende a hacer
retroceder al pistón y a llevarlo a la posición abierta, y
- por otra parte, delimita, entre su cara 8B
trasera y el cuerpo de la válvula, la cámara 9 trasera en la cual
se ejerce una presión que desarrolla sobre la parte trasera del
pistón una fuerza llamada de obturación que empuja al pistón hacia
su posición de obturación, fuerza de obturación que es de módulo
sensiblemente idéntico pero de sentido opuesto al de la fuerza de
apertura, y
- un medio 10 para bajar bruscamente la presión
en la cámara trasera y así provocar el retroceso brusco del
pistón.
Para bajar bruscamente la presión en la cámara
trasera, clásicamente la válvula comprende además:
- situado en un conducto 11 de evacuación que une
la cámara 9 trasera con el conducto 6 de salida, un obturador 12
llamado obturador principal, móvil entre una posición llamada de
cierre y una posición llamada de escape, estando este obturador
solicitado:
- por una parte, hacia su posición llamada de
escape por la presión que, reinando en la cámara trasera citada
anteriormente, desarrolla sobre la cara delantera de este obturador
una fuerza llamada de escape, y
- por otra parte, hacia su posición de cierre,
por la presión de un gas que, contenido en una cámara 13 llamada de
mando o accionamiento, desarrolla en la cara trasera del obturador
una fuerza llamada de cierre que aplica al obturador sobre su
asiento, y
- medios 14, 15 de retirada del pistón y del
obturador principal respectivamente hacia su posición de obturación
y de cierre.
La alimentación de la cavidad se hace por
introducción del gas a presión que proviene de una fuente S externa
directamente en la cámara 9 trasera bajo el control de un
distribuidor 16 que está comunicado con la cavidad por una fuga
controlada al nivel del grado de estanqueidad que presenta el
collarín del pistón.
La válvula comprende:
- en un conducto 17 llamado de mando que une la
cámara de mando al menos indirectamente con la atmósfera, un segundo
obturador 18 llamado de mando, móvil entre una posición llamada de
interrupción en la cual el gas contenido en la cámara 13 de mando
no puede escaparse y una posición llamada de evacuación en la cual
el gas contenido en la cámara de mando puede escaparse,
- un medio motor 19 para desplazar al obturador
de mando hacia su posición de evacuación y
- un medio 20 de retirada del obturador de
accionamiento respectivamente hacia su posición de
interrupción.
Según una característica de la invención
- el área definida por la sección derecha del
conducto 11 de evacuación es al menos constante, incluso creciente,
desde la cámara 9 trasera hacia el conducto 6 de salida con el fin
de limitar la pérdida de carga y
- el obturador 12 principal presenta una inercia
pequeña y es del tipo de membrana.
La cámara 13 de mando es de pequeño volumen y se
comunica con la cámara trasera a través de un orificio 21 de pequeña
sección, de forma que la cámara trasera y la cámara de mando están
a la misma presión.
Ventajosamente, el tramo 11A del conducto de
evacuación aguas arriba del obturador principal, llamado tramo
aguas arriba, tiene una sección en forma de media luna dispuesta
alrededor del tramo aguas abajo 11B de este conducto de evacuación
que es, en lo que a ella se refiere, de sección sensiblemente
circular, siendo las secciones de estos dos tramos, por otra parte,
de áreas idénticas.
El obturador 12 principal es un obturador de
membrana que comprende, por ejemplo, una zona central rígida que
constituye la parte activa del obturador y una zona periférica
flexible para el posicionamiento del obturador.
Se podría utilizar una membrana metálica.
Es al menos, en parte, esta zona periférica la
que está sometida a la presión del gas contenido en la cámara
trasera.
El tramo aguas arriba del conducto de evacuación
se sitúa en la parte de atrás de la cámara trasera y el tramo aguas
abajo se extiende en el lado de la cámara que aloja al pistón.
El orificio 21 que permite la introducción del
gas en la cámara de mando está realizado en la membrana.
La utilización de tal obturador permite la
realización de una gran sección de paso recurriendo a una pieza
mecánica de bajo peso que favorece la velocidad y con una carrera
reducida.
El obturador de mando está por ejemplo
constituido por un pequeño pistón que se desplaza por efecto de un
campo magnético producido por un electroimán.
Ventajosamente, el escape del gas contenido en la
cámara de mando se hace en el tamo 11B aguas abajo del conducto de
evacuación de forma que el ruido producido durante el escape del gas
está dirigido, por ejemplo, hacia el horno y no hacia el exterior,
lo que sería molesto para el personal.
Ventajosamente, el conducto 4 de entrada que une
la cavidad con el cuerpo de la válvula que aloja el pistón tiene, en
toda su longitud, una sección de superficie constante, pero de
geometría que varía según su posición a lo largo del eje
longitudinal del conducto, de forma que, al nivel de la conexión
entre el conducto y el cuerpo de la válvula, esta sección recta es
sensiblemente elíptica con la dimensión pequeña de la elipse
orientada paralelamente al eje de desplazamiento del pistón.
Esto permite acortar el pistón sensiblemente al
valor del eje pequeño de la elipse y por consiguiente reducir su
carrera sin por ello inducir pérdida de carga.
Una ventaja igualmente de la realización resulta
de la disposición de los componentes de la válvula.
En efecto, la introducción del gas que proviene
de la fuente se hace directamente en la parte trasera del pistón 7
y no como se realiza habitualmente mediante un escape
controlado.
Esto mejora el mantenimiento del pistón sobre su
asiento durante el llenado.
Otro aspecto interesante es el hecho de que la
pieza que lleva el medio de guía del pistón y que, con el cuerpo de
la válvula, delimita la cámara, aloja la válvula que permite la
introducción del aire y lleva en su cara trasera el obturador de
mando.
Este tipo de montaje permite un intercambio fácil
de los diversos elementos sin tener que recurrir a numerosas
operaciones de desmontaje-montaje posterior.
Claims (7)
1. Válvula monoestable para el control de la
descarga brusca de un gas contenido en una cavidad, que
comprende:
- un cuerpo (2) que delimita una cámara (3) que
presenta, por una parte, un conducto (4) de entrada unido a una
cavidad y, por otra parte, un orificio (5) llamado de descarga
hacia un conducto (6) de salida.
- un pistón (7) alojado en la cámara (3) citada
anteriormente, que se desplaza entre una posición llamada de
obturación, en la cual la cara (7A) delantera de este pistón (7)
obtura el orificio de descarga, y una posición llamada abierta, en
la cual esta cara delantera está separada del orificio de descarga
de forma que el aire de la cavidad puede ser evacuado bruscamente
por el conducto de salida, pistón que:
- por una parte, presenta un collarín (8) que
divide la cámara (3) en una cámara delantera y una cámara trasera
(9), cuya cara (8A) llamada "cara delantera", vuelta hacia la
parte delantera del pistón y hacia el orificio de descarga, está
sometida a la presión del aire aprisionado en la cavidad, presión
que desarrolla una fuerza llamada de apertura que tiende a hacer
retroceder al pistón y a llevarlo a posición abierta, y
- por otra parte, delimita, entre su cara (8B)
trasera y el cuerpo de la válvula, la citada cámara (9) trasera, en
la cual se ejerce una presión que desarrolla en la parte trasera
del pistón una fuerza llamada de obturación que empuja al pistón
hacia su posición de obturación, fuerza de obturación que es de
módulo sensiblemente idéntico, pero de sentido opuesto, al de la
fuerza de apertura,
para bajar bruscamente la presión en la cámara
trasera clásicamente la válvula comprende además:
- situado en un conducto (11) de evacuación que
une la cámara (9) trasera con el conducto (6) de salida, un
obturador (12) llamado obturador principal, móvil entre una
posición llamada de cierre y una posición llamada de escape, estando
este obturador solicitado:
- por una parte hacia su posición llamada de
escape por la presión que, reinando en la cámara trasera citada
anteriormente, desarrolla sobre la cara delantera de este obturador
una fuerza llamada de escape y
- por otra parte, hacia su posición de cierre por
la presión de un gas que, contenido en una cámara (13) llamada de
mando, desarrolla sobre la cara trasera del obturador una fuerza
llamada de cierre que aplica al obturador sobre su asiento y
- medios (14, 15) de retirada del pistón y del
obturador principal respectivamente hacia su posición de obturación
y de cierre,
esta válvula comprende además:
- en un conducto (17) llamado de mando que une la
cámara de mando al menos indirectamente con la atmósfera, un segundo
obturador (18) llamado de mando, móvil entre una posición llamada
de interrupción, en la cual el gas contenido en la cámara (13) de
mando no puede escaparse y una posición llamada de evacuación, en
la cual el gas contenido en la cámara de mando puede escaparse,
- un medio motor (19) para desplazar rápidamente
al obturador de mando hacia su posición de evacuación y
- un medio (20) de retirada del obturador de
mando respectivamente hacia su posición de interrupción,
estando esta válvula caracterizada
porque:
- el área definida por la sección recta del
conducto (11) de evacuación es al menos constante, incluso
creciente, desde la cámara (9) trasera hacia el conducto (6) de
salida con el fin de limitar la pérdida de carga y el tramo
(11A) del conducto de evacuación aguas arriba del obturador
principal (12), llamado tramo aguas arriba, tiene una sección de
área sensiblemente idéntica a la del tramo aguas abajo y
- el obturador (12) principal es del tipo de
membrana.
2. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el tramo (11A) del conducto de
evacuación aguas arriba del obturador principal, llamado tramo de
aguas arriba, tiene una sección en forma de media luna dispuesta
alrededor del tramo de aguas abajo (11B) de este conducto de
evacuación que es, en lo que a ella se refiere, de sección
sensiblemente circular.
3. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el obturador (12) principal es un
obturador del tipo de membrana que comprende una zona central
rígida que constituye la parte activa del obturador y una zona
periférica flexible para el posicionamiento del obturador.
4. Válvula según la reivindicación 3,
caracterizada porque el orificio (21) que permite la
introducción del gas en la cámara de mando está realizado en la
membrana.
5. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el obturador de mando está constituido
por un pequeño pistón que se desplaza por efecto de un campo
magnético producido por un electroimán.
6. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el escape del gas contenido en la cámara
de mando se hace en el tramo (11B) aguas abajo del conducto de
evacuación.
7. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el conducto (4) de entrada que une la
cavidad con el cuerpo de la válvula que aloja al pistón tiene, en
toda su longitud, una sección de superficie constante, pero de
geometría que varía según su posición a lo largo del eje
longitudinal del conducto de salida, de forma que, al nivel de la
conexión entre el conducto y el cuerpo de la válvula, esta sección
recta es sensiblemente elíptica con la dimensión pequeña de la
elipse orientada paralelamente al eje de desplazamiento del
pistón.
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