ES2240453T3 - Dispositivo obturador de seguridad para tuberias de gas. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de cierre de seguridad para tuberías de gas, con un elemento de cierre de la válvula (5) desplazable venciendo la fuerza del muelle (13), que se puede comprimir contra un asiento de válvula (4) dentro de una carcasa tubular (1) que tiene una conexión de entrada de gas (2), estando formado el elemento de cierre de la válvula (5) con un borde anular (10) o pestaña anular por el lado alejado del asiento de la válvula (4), presentando la carcasa (1) o una pieza (14) unida a la carcasa (1), un tope anular (11), estando dispuesto entre el borde anular (10) del elemento de cierre de la válvula (5) y el tope anular (11) un muelle helicoidal (13), estando guiado el elemento de cierre de la válvula (5) con su borde anular (10) y la zona contigua al tope anular (11) en la carcasa (1), desembocando la conexión de entrada de gas en el lado (2) de la superficie anular del elemento de cierre de la válvula (5) alejado del asiento de la válvula (4), caracterizado porque el elemento de cierre dela válvula (5) está realizado como cuerpo cilíndrico hueco, estando guiado por su perímetro en la carcasa (1) o en la pieza (14) que soporta el tope anular (11), donde entre el tope anular (11) de la carcasa (1) y el borde anular (10) o la pestaña anular del elemento de cierre de la válvula (5) se forma una cámara anular cerrada (12), dentro de la cual está dispuesto el muelle helicoidal (13), porque la superficie frontal del elemento de cierre de la válvula (5) orientada hacia el asiento de la válvula (4) tiene forma cónica y/o abombada, presentando fuera del asiento de la válvula (4) unos orificios de paso axiales (7), y porque las superficies de asiento de la válvula (4) tienen forma cónica hueca.

Description

Dispositivo obturador de seguridad para tuberías de gas.

La invención se refiere a un dispositivo de cierre de seguridad para tuberías de gas, con un elemento de cierre de válvula desplazable venciendo la fuerza de un muelle, que se puede comprimir contra un asiento de válvula dentro de una carcasa tubular que tiene una conexión de entrada de gas, donde el elemento de cierre de válvula está dotado de un borde anular o pestaña anular por el lado alejado del asiento de válvula, la carcasa o una pieza unida a la carcasa presenta un tope anular, donde entre el borde anular del elemento de cierre de válvula y el tope anular está dispuesto un muelle helicoidal, donde el elemento de cierre de válvula va guiado en la carcasa por su borde anular y por la zona contigua al tope anular, y donde la conexión de entrada de gas desemboca en el lado de la superficie frontal del elemento de cierre de válvula opuesto al asiento de válvula.

Un dispositivo de la clase citada inicialmente se conoce, por ejemplo, por la patente DE 29 24 533 en forma de un seguro contra la rotura de tubos flexibles. En la patente EP 491 027 o en la WO 92/01184 se describen dispositivos de cierre de seguridad para tuberías de gas. En las conducciones de gas y en el curso de los trabajos de construcción de carreteras o también en el curso de trabajos de construcción en edificios se producen con frecuencia daños involuntarios en el sistema de tuberías. En estos casos puede producirse un escape involuntario de gas y por lo tanto un peligro de explosión. A los sistemas de conducción de gas están conectados consumidores tales como por ejemplo, instalaciones de calefacción, que deben tomar gas de la red de tuberías para las instalaciones de calefacción dispuestas a continuación, de acuerdo con las respectivas necesidades de calor. La vigilancia de estas conducciones de gas por medio de un contador de gas no conduce al objetivo deseado, ya que las instalaciones de gas tienen que alimentarse, en función de la temperatura exterior, con y durante temperaturas bajas, durante un período de tiempo más largo y por lo tanto con una mayor cantidad de gas, que cuando las temperaturas exteriores son más altas. En el caso de una rotura o destrucción del sistema de tuberías se produce también aquí una caída de presión por el lado del consumidor.

Los dispositivos de cierre de seguridad conocidos para tuberías de gas deberían permitir detectar los daños en el sistema de tuberías, sin provocar el cierre prematuro de las tuberías de gas, si un consumidor necesita durante un período largo, o si una multitud de consumidores necesitan durante un plazo más corto, una cantidad de gas en función de su potencia. La invención trata de adecuar un dispositivo de cierre de seguridad de esta clase para la protección de casas unifamiliares o multifamiliares, donde un número importante de consumidores toma gas de la red de tuberías de gas en momentos irregulares. En particular se trata de que la realización objeto de la invención responda a una presión diferencial pequeña, definida y predeterminada, con independencia del dimensionamiento respectivo, es decir con independencia de la cantidad de consumo máxima admisible en cada caso por hora, pudiéndose reconocer con seguridad dicha presión diferencial como defecto en la tubería, y no debido a una toma simultánea súbita de una cantidad importante de gas por parte de una multitud de consumidores. Igualmente se trata de perfeccionar la realización objeto de la invención de manera que responda de manera segura y reproducible ante pequeñas diferencias de presión, que se caracterizan por una mayor seguridad en el funcionamiento y un reducido gasto de mantenimiento, donde en particular se pretende evitar con seguridad que se produzcan en el muelle sedimentos de partículas microscópicas contenidas en el gas.

Para resolver este problema, el dispositivo objeto de la invención de la clase citada inicialmente consiste esencialmente en que el elemento de cierre de la válvula está realizado como cuerpo cilíndrico hueco, estando guiado por su perímetro en la carcasa o en la pieza que lleva el tope anular, donde entre el tope anular de la carcasa y el borde anular o pestaña anular del elemento de cierre de la válvula está formada una cámara anular cerrada, dentro de la cual está dispuesto el muelle helicoidal, porque la superficie frontal del elemento de cierre de la válvula orientado hacia el asiento de la válvula tiene forma cónica y/o abombada, presentando radialmente fuera del asiento de la válvula unos orificios de paso axiales, y porque se puede llegar a emplear un elemento de cierre de válvula de construcción especialmente ligera que presenta sólo unas masas móviles reducidas. Al mismo tiempo, esta configuración del elemento de cierre de la válvula permite optimizar el elemento de cierre de la válvula hidrodinámicamente de tal manera que responda a unos valores de presión diferencial sumamente reducidos y constantes, con independencia del dimensionamiento o del caudal máximo admisible de gas. Debido a la forma cilíndrica hueca elegida, el elemento de cierre de la válvula se puede guiar también de manera especialmente sencilla dentro de una carcasa desplazándolo axialmente, de manera que se pueden mantener reducidas las fuerzas de rozamiento, y en especial se pueden evitar posiciones torcidas o acuñadas del elemento de cierre de la válvula.

Debido a la realización cilíndrica hueca del elemento de cierre de la válvula, el elemento de cierre de la válvula va guiado por su perímetro dentro de la carcasa o en la pieza que lleva el tope anular, de manera que por el hecho de que tanto el elemento de cierre de la válvula como la carcasa presentan un borde anular o pestaña anular o un tope anular, respectivamente, se forma, entre el tope anular de la carcasa y el borde anular o pestaña anular del elemento de cierre de la válvula una cámara anular cerrada. En la cámara anular cerrada se puede alojar un muelle helicoidal, el cual, al estar dispuesto sobre un diámetro relativamente grande próximo a la pared interior de la carcasa, puede presentar un alto grado de fuerza elástica reproducible, con un peso sumamente reducido, siendo de esencial importancia que la cámara anular esté sellada de tal manera que no puedan penetrar partículas microscópicas que alteren la característica del muelle. En conjunto se logra así, con un reducido gasto técnico de fabricación un alto grado de reproductibilidad, y unas posibilidades de ajuste exactas y un comportamiento de respuesta definido, incluso para las diversas cantidades de extracción de gas máximas admisibles.

La realización objeto de la invención está elegida de tal manera que la superficie frontal del elemento de cierre de la válvula orientada hacia el asiento de la válvula tiene forma cónica y/o abombada, y que las superficies del asiento de válvula tienen forma cónica hueca, donde especialmente la forma abombada de la superficie frontal del elemento de cierre de la válvula resulta especialmente ventajosa desde el punto de vista hidrodinámico. La forma abombada permite una zona central esencialmente cóncava, en la que están dispuestas las superficies de sellado, que actúan conjuntamente con las superficies de asiento cónicas huecas del asiento de la válvula, de manera que, para unas pérdidas de presión reducidas admisibles al conectar grandes consumidores, se puede impedir el cierre.

La realización está elegida para esto ventajosamente de manera tal que la superficie frontal del elemento de cierre de la válvula orientada hacia el asiento de la válvula tenga una superficie de sellado de forma anular, en particular un anillo de elastómero, con lo cual queda asegurado un asiento sellante definido, en cuanto se hayan rebasado las diferencias de presión preajustadas.

Para facilitar el guiado exacto del elemento cilíndrico hueco del cierre de la válvula dentro de la carcasa y asegurar que la cámara anular formada entre el tope anular de la carcasa y el borde anular o pestaña anular del elemento de cierre de la válvula es suficientemente estanca, se elige preferentemente la realización de tal manera que la altura radial del tope anular de la carcasa se corresponda esencialmente con la altura radial del borde anular o pestaña anular del elemento cilíndrico hueco del cierre de la válvula. De esta manera, el elemento cilíndrico hueco del cierre de la válvula va guiado con seguridad por las superficies frontales radiales del borde anular de la pestaña anular así como del tope anular de la carcasa, impidiendo el desplazamiento radial, estando guiado con exactitud axialmente con lo cual se reducen al mínimo las pérdidas por rozamiento.

De acuerdo con otra realización preferida del dispositivo de cierre de seguridad objeto de la invención, la realización se ha elegido de tal manera que el tope anular de la carcasa esté formado por un anillo de ajuste que se pueda desplazar y fijar axialmente en la carcasa, en particular que se pueda roscar. Un anillo de ajuste de este tipo permite que empleando un único muelle para diferentes realizaciones se pueda variar la fuerza de cierre, de la válvula, deseada en cada caso o la presión diferencial necesaria en cada caso para el cierre, mediante el pretensado del muelle, adaptándolo a las necesidades respectivas. De esta manera se consigue un ajuste sencillo y exacto de la presión de cierre diferencial requerida en cada caso. En la cámara anular cerrada formada entre el tope anular de la carcasa y el borde anular o pestaña anular del elemento de cierre de la válvula está dispuesto un muelle helicoidal, donde un muelle helicoidal de esta clase puede estar realizado, tal como ya se mencionó anteriormente, de un alambre de acero de muelle relativamente delgado, gracias a su diámetro relativamente grande, con lo cual se obtiene, con una masa relativamente reducida, un alto grado de fuerza de muelle reproducible. Para ello la cámara anular está sellada de tal manera que no puedan penetrar partículas microscópicas que alteren la característica del muelle.

Para optimizar las condiciones de flujo en la zona del orificio de paso del asiento de la válvula, esencialmente axial y central, al cual están conectadas luego las tuberías de los consumidores, se elige la realización ventajosamente de manera tal que las generatrices de la pared cónica hueca del asiento de la válvula encierren un ángulo agudo \alpha que sea menor o igual al ángulo agudo \beta encerrado por las generatrices de la pared frontal del elemento de cierre de la válvula en la zona de los orificios de paso, fuera de las superficies de sellado, con lo que esta clase de realización reduce notablemente la sensibilidad para disparos en falso causados por la conexión simultánea de grandes consumidores.

Los dispositivos de cierre de seguridad para tuberías de gas se emplean también con frecuencia en redes de alimentación ramificadas, de manera que según las cantidades de consumo en los distintos puntos consumidores o según las condiciones de presión en la red ramificada, los dispositivos de cierre de seguridad no solamente son atravesados en uno sino en ambos sentidos. Para mejorar las condiciones de flujo en conjunto y en particular para asegurar un paso a través del dispositivo de cierre, que a ser posible no tenga pérdidas de presión, en el sentido opuesto al sentido de paso normal, la realización está hecha para esto de forma preferente de manera que en el lado de la superficie frontal del elemento de cierre de la válvula, alejado del asiento de la válvula, está dispuesto un elemento de incidencia cónico y/o abombado. Un elemento de incidencia de esta clase, cónico o abombado evita que en un dispositivo de cierre, atravesado en sentido contrario al de paso normal, surjan unas condiciones de flujo turbulento, de manera que también en este sentido de paso se pueda mantener la pérdida de presión lo más reducida posible. Las condiciones de flujo se pueden mejorar aún más, en la conexión del lado del consumidor del dispositivo de cierre de seguridad, por el hecho de que, tal como corresponde a una realización preferida, la sección de paso útil del asiento de la válvula sea menor que el área de la sección útil en el lado del asiento de la válvula alejado del elemento de cierre de la válvula.

Tal como ya se ha mencionado inicialmente, mediante la realización cilíndrica hueca se consigue un elemento de cierre de válvula de construcción especialmente ligera, que presenta sólo unas masas móviles reducidas. Un elemento de cierre de válvula especialmente ligero ofrece la ventaja de que, con independencia de la posición de instalación respectiva del dispositivo de cierre de seguridad, se pueden mantener unas presiones de cierre sensiblemente uniformes. Por lo tanto, el elemento de cierre de la válvula se deberá realizar con paredes lo más delgadas posible, donde de forma preferente se efectúa la realización de tal manera que el espesor de pared del cuerpo cilíndrico hueco del elemento de cierre de la válvula es inferior a 1/10, preferentemente inferior a 1/20 del diámetro del cuerpo cilíndrico hueco. Por lo tanto se puede emplear un muelle helicoidal de alambre de acero de muelle relativamente delgado, que con una masa relativamente reducida presenta un alto grado de fuerza de muelle reproducible. De este modo se puede emplear el dispositivo de cierre de seguridad también en el sector de baja presión, ya que el cierre del dispositivo de cierre se consigue ya para una presión diferencial entre 3 y 6 mbar. Si las presiones de trabajo son superiores, es deseable que el cierre se produzca para una diferencia de presión entre 20 y 60 mbar, y por lo tanto el muelle helicoidal está realizado preferentemente para unas fuerzas de muelle correspondientes a una presión diferencial entre 3 y 60 mbar.

En conjunto, y con un dimensionamiento adaptado en cada caso, el dispositivo de cierre de seguridad objeto de la invención se puede emplear para presiones de trabajo desde 20 mbar hasta 10 bar, donde en una gama de presión inferior a 0,3 bar se pueden obtener caudales de paso inferiores a 600 Nm^{3}/h y por ejemplo, para una presión de trabajo de 10 bar, caudales de paso de hasta 1800 Nm^{3}/h. Estando abierto el dispositivo de cierre deben producirse sólo unas pérdidas de presión reducidas, donde con el dispositivo de cierre objeto de la invención pueden surgir en la gama de baja presión, es decir para presiones de trabajo de por ejemplo, 20 mbar, unas pérdidas de presión inferiores a 1 mbar, para garantizar un comportamiento de cierre seguro para diferencias de presión de 3 a 6 mbar. Para presiones de trabajo superiores, se deben mantener las pérdidas de presión inferiores a 20 mbar, para asegurar el cierre para unas diferencias de presión de 30 a 50 mbar.

La invención se describe a continuación con mayor detalle sirviéndose de ejemplos de realización representados esquemáticamente en el dibujo. En éste, la Fig. 1 muestra una sección a través de una primera realización del dispositivo de cierre de seguridad objeto de la invención, la Fig. 2 una sección a través de una variante de realización conforme a la Fig. 1, y la Fig. 3 una sección a través de otra realización modificada.

En la Fig. 1, carcasa del dispositivo de cierre de seguridad está designada con la referencia 1. La conexión de entrada de gas desemboca en la superficie frontal 2 presentando la superficie frontal 3, alejada de la conexión de entrada de gas, un asiento de válvula cónico hueco 4. El elemento de cierre de la válvula 5 está realizado como cuerpo cilíndrico hueco, cuya superficie frontal presenta en una primera zona parcial 6 una generatriz rectilínea, que define un cono. En esta zona están previstos unos orificios de paso axiales 7, a través de los cuales, estando abierto el elemento de cierre de la válvula, puede fluir gas desde la acometida de gas a las tuberías de los consumidores conectadas en la superficie frontal 3. La zona intermedia de la superficie frontal del elemento de cierre de la válvula 5 está designada por 8, y tiene esencialmente forma abombada, donde entre la transición entre esta zona intermedia 8 del elemento de cierre de la válvula y las zonas laterales 6, donde van los orificios de paso 7, está dispuesto un anillo de sellado 9. El elemento de cierre de la válvula 5 presenta un borde anular o pestaña anular 10, radial, mientras que la carcasa 1 presenta un tope opuesto anular 11. En la cámara anular 12 formada entre los topes 10 y 11 está colocado un muelle helicoidal 13. Por lo tanto, el elemento de cierre de la válvula 5 realiza el cierre venciendo la fuerza de este muelle helicoidal 13 cuando se rebasa una presión diferencial predeterminada.

En la realización según la Fig. 2, se han conservado los números de referencia que se habían elegido en la Fig. 1. El tope anular 11 fijo en la carcasa está dispuesto aquí en un anillo de ajuste independiente 14, que puede ir roscado en el interior de la carcasa 1. Modificando la posición del anillo de ajuste 14 se puede regular por lo tanto la fuerza del muelle 13, pudiendo disponerse aquí un órgano de cierre 15 que efectúe un sellado correspondiente.

En la Fig. 3, se han vuelto a identificar las mismas piezas con los mismos números de referencia, estando en este caso representado el dispositivo de cierre de seguridad instalado en una tubería de gas 16. A diferencia de la realización según la Fig. 1 se ha dispuesto aquí, en el lado de la superficie central del elemento de cierre de la válvula 5, alejado del asiento de la válvula, un cuerpo de incidencia cónico 17, realizado simétricamente con respecto a la superficie frontal del elemento de cierre de la válvula 5, cónico o abombado, orientado hacia el asiento de la válvula 4. Igualmente se puede ver en la Fig. 3 que en la zona contigua al asiento de la válvula 4, en el sentido de paso normal, la carcasa 1 está realizada con una tobera postiza 18 de manera que la sección de paso útil del asiento de la válvula 4 es menor que la sección útil en el lado del asiento de la válvula 4 alejado del elemento de cierre de la válvula 5.

Con todos los diseños se logra por igual la ventaja de que el muelle no llega a estar en contacto directo con el gas en la red de tuberías de gas, de manera que se puede evitar con seguridad que se produzcan en el muelle sedimentos de partículas microscópicas arrastradas por el gas. De esta manera se mejora notablemente la estabilidad a largo plazo del muelle, ya que teniendo en cuenta las masas relativamente reducidas, unos sedimentos mínimos de cuerpos sólidos microscópicos sobre el muelle ya pueden alterar sensiblemente la característica del muelle.

Claims (9)

1. Dispositivo de cierre de seguridad para tuberías de gas, con un elemento de cierre de la válvula (5) desplazable venciendo la fuerza del muelle (13), que se puede comprimir contra un asiento de válvula (4) dentro de una carcasa tubular (1) que tiene una conexión de entrada de gas (2), estando formado el elemento de cierre de la válvula (5) con un borde anular (10) o pestaña anular por el lado alejado del asiento de la válvula (4), presentando la carcasa (1) o una pieza (14) unida a la carcasa (1), un tope anular (11), estando dispuesto entre el borde anular (10) del elemento de cierre de la válvula (5) y el tope anular (11) un muelle helicoidal (13), estando guiado el elemento de cierre de la válvula (5) con su borde anular (10) y la zona contigua al tope anular (11) en la carcasa (1), desembocando la conexión de entrada de gas en el lado (2) de la superficie anular del elemento de cierre de la válvula (5) alejado del asiento de la válvula (4), caracterizado porque el elemento de cierre de la válvula (5) está realizado como cuerpo cilíndrico hueco, estando guiado por su perímetro en la carcasa (1) o en la pieza (14) que soporta el tope anular (11), donde entre el tope anular (11) de la carcasa (1) y el borde anular (10) o la pestaña anular del elemento de cierre de la válvula (5) se forma una cámara anular cerrada (12), dentro de la cual está dispuesto el muelle helicoidal (13), porque la superficie frontal del elemento de cierre de la válvula (5) orientada hacia el asiento de la válvula (4) tiene forma cónica y/o abombada, presentando fuera del asiento de la válvula (4) unos orificios de paso axiales (7), y porque las superficies de asiento de la válvula (4) tienen forma cónica hueca.

2. Dispositivo de cierre de seguridad según la reivindicación 1, caracterizado porque la altura radial del tope anular (11) de la carcasa (1) se corresponde esencialmente con la altura radial del borde anular (10) o la pestaña anular del elemento de cierre de la válvula cilíndrico hueco (5).

3. Dispositivo de cierre de seguridad según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la superficie frontal del elemento de cierre de la válvula (5) orientada hacia el asiento de la válvula (4) tiene una superficie de sellado anular (9), en particular un anillo de elastómero.

4. Dispositivo de cierre de seguridad según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el tope anular (11) de la carcasa (1) está formado por un anillo de ajuste (14) desplazable axialmente en la carcasa (1) e inmovilizable, en particular roscable.

5. Dispositivo de cierre de seguridad según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las generatrices de la pared cónica hueca del asiento de la válvula (4) encierran entre sí un ángulo agudo (\alpha), que es inferior o igual al ángulo agudo \beta encerrado por las generatrices (6) de la pared frontal del elemento de cierre de la válvula (5), en la zona de los orificios de paso (7), fuera de las superficies de sellado.

6. Dispositivo de cierre de seguridad según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en el lado de la superficie frontal del elemento de cierre de la válvula (5) alejado del asiento de la válvula (4) está dispuesto un elemento de incidencia (17) cónico y/o abombado.

7. Dispositivo de cierre de seguridad según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el espesor de pared del cuerpo cilíndrico hueco del elemento de cierre de la válvula es inferior a 1/10, preferentemente a 1/20 del diámetro del cuerpo cilíndrico hueco.

8. Dispositivo de cierre de seguridad según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la sección de paso útil del asiento de la válvula (4) es menor que el área de la sección útil en el lado del asiento de la válvula (4) alejado del elemento de cierre de la válvula (5).

9. Dispositivo de cierre de seguridad según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el muelle helicoidal (13) está preparado para una fuerza de muelle equivalente a una presión diferencial entre 3 y 60 mbar.