ES2269268T3 - Valvula de control de retencion de bola multipresion. - Google Patents
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Abstract
Válvula de control de fluidos selectora (210, 410) para suministrar, de manera selectiva, por lo menos dos presiones diferentes de fluido de trabajo a un dispositivo accionado por fluidos, presentando dicha válvula de control de fluidos selectora (210, 410) una entrada de alta presión (220, 420) en comunicación fluídica con una fuente de fluido de trabajo a una presión relativamente alta, una entrada a baja presión (221, 421) en comunicación fluídica con una fuente de fluido de trabajo a una presión relativamente baja y un paso de salida de fluido de carga (228, 428) interconectado en comunicación fluídica con el dispositivo accionado por fluidos, presentando además dicha válvula de control de fluidos selectora (210, 410) un mecanismo de válvula de alta presión normalmente cerrada en comunicación fluídica entre dicha entrada de alta presión (220, 420) y dicho paso de salida de fluido de carga (228, 428) para permitir de manera selectiva el flujo de fluido de alta presión desde dicha entradade alta presión (220, 420) a dicho paso de salida de fluido de carga (228, 428), y un mecanismo de válvula de baja presión normalmente abierta en comunicación fluídica entre dicha entrada de baja presión (221, 421) y dicho paso de salida de fluido de carga (228, 428) para permitir de manera selectiva el flujo de fluido a alta presión desde dicha entrada de baja presión (221, 421) a dicho paso de salida de fluido de carga (228, 428).
Description
Válvula de control de retención de bola
multipresión.
La invención se refiere, en general, a válvulas
de control de fluidos para hacer funcionar un dispositivo de
accionamiento por fluidos y más en particular, válvulas de control
de fluidos primarias o selectoras, que emplean una o más bolas.
Aunque los principios de la invención son aplicables a las válvulas
de controles de fluidos líquidos y neumáticos, son aplicables, en
particular, a válvulas de controles neumáticos a alta presión así
como a los controles neumáticos adoptados para la conmutación
selectiva entre dos o más presiones de salida diferentes.
Una diversidad de válvulas de control de
fluidos, en particular las de naturaleza neumática, han sido dadas
a conocer para numerosas aplicaciones a alta presión, comprendiendo
las utilizadas en procesos para moldeo por soplado de botellas de
plástico u otros recipientes similares. Aunque dichas válvulas de
control han funcionado, en general, satisfactoriamente para los
procesos a los que se han aplicado, se ha descubierto que están
sujetas a un desgaste excesivo debido a las altas presiones de los
fluidos de trabajo implicadas y por este motivo, han tenido un
intervalo de vida útil relativamente corto. Además, debido también
en parte a las altas presiones de los fluidos de accionamiento,
dichas válvulas de control de fluidos, dadas a conocer en la técnica
anterior, han estado sometidas a un nivel inadmisible de fugas de
fluidos de trabajo internas, tales como fugas de cruzamiento, que
se producen cuando se abre una parte de suministro de la válvula y
se cierra una parte de escape de la válvula para poder admitir el
fluido de trabajo para el dispositivo de accionamiento por fluidos.
Como resultado, estos factores han contribuido a los elevados
gastos de funcionamiento y de mantenimiento de los sistemas en los
que se utilizaron las válvulas de control de fluidos según la
técnica anterior.
Además, numerosas aplicaciones requieren la
capacidad de seleccionar entre dos o más presiones de salida de
válvulas de control, en particular en sistemas neumáticos. Un
ejemplo de dicha aplicación es el de los procesos citados
anteriormente para el moldeo por soplado de botellas de plástico u
otros recipientes o contenedores. En estos procesos de ejemplo
suele ser deseable, o necesario, admitir inicialmente una presión
relativamente más baja para el molde con el fin de introducir el
plástico (u otro material) en el interior de las cavidades del
molde y a continuación, admitir una presión relativamente más alta
para forzar o expandir el material en el interior de la forma
deseada dictada por la del propio molde.
El documento EP 289 386 A1 da a conocer una
válvula hidráulica de tres vías que comprende una válvula reguladora
de entrada que se mantiene en una posición cerrada por medio de un
muelle y una válvula reguladora de salida que actúa contra la
posición cerrada por medio de un cilindro de guiado. La válvula
hidráulica de tres vías presenta un segundo muelle que es más
fuerte que el primero y que impulsa a la válvula reguladora de
salida hacia una posición cerrada. Se da a conocer un mecanismo de
bloqueo elástico que retiene la válvula reguladora de salida en una
posición abierta contra la fuerza del segundo muelle, cuando el
cilindro no está cargado. Un conducto de regulación une la cámara
que aloja el cilindro con el conducto de conexión.
El documento US nº 3.884.266 da a conocer una
válvula de control hidráulico direccional, que comprende una
pluralidad de pares de elementos de asientos de válvulas, que están
realizados en material elástico y dispuesto de forma coaxial en
fila en el interior de un cuerpo de válvula. Además, la válvula de
control comprende un carrete tipo bola que presenta una varilla y
una pluralidad de bolas que están dispuestas entre los elementos de
asiento de cada par. El movimiento axial del carrete tipo bola hace
que dichas bolas abran simultáneamente uno y cierren el otro
elemento de asiento de cada par. Cada elemento de asiento presenta
una parte de pared anular y una parte de asiento con un borde de
contacto circular.
La presente invención da a conocer una válvula
de control de fluidos de alta presión o multipresión mejorada que
está significativamente menos sujeta a desgaste y que carece
sustancialmente de fugas de fluidos de trabajo internas
contribuyendo, de este modo, a la vida útil larga de la válvula de
control de fluidos y reduciendo los gastos de utilización y
mantenimiento de los sistemas. Además, la presente invención da a
conocer una válvula de control capaz de suministrar, de forma
selectiva, dos o más presiones diferentes al sistema del
proceso.
Según la presente invención, una válvula de
control primario para hacer funcionar un dispositivo accionado por
fluidos presenta, preferentemente, una entrada en comunicación con
una fuente de fluido de trabajo presurizado, un paso de salida y un
orificio en comunicación fluídica con el dispositivo accionado por
fluidos y un paso de descarga de fluido que establece una
comunicación fluídica para el fluido de trabajo desde la entrada a
la salida. Preferentemente, la válvula de control comprende un
asiento de válvula de suministro generalmente de forma troncocónica
en el paso de suministro de fluidos con el asiento de la válvula de
suministro presentando un diámetro menor corriente abajo y un
extremo corriente arriba de mayor diámetro. Una bola de suministro
generalmente esférica o una bola de descarga se desplaza, de forma
selectiva, entre las respectivas posiciones cerradas de descarga y
abierta de descarga, dentro y fuera de un contacto sustancialmente
lineal para sellado con el extremo de menor diámetro del asiento de
la válvula de suministro. La bola de suministro esférica presenta
una dimensión de la cuerda en dicho contacto lineal con el extremo
corriente abajo de diámetro menor del asiento de la válvula que es
menor que el extremo corriente arriba de mayor diámetro del asiento
de la válvula de suministro. Además, esta disposición se puede
utilizar en una válvula de control de fluidos, selectora de la
presión, según la presente invención y tal como se describe a
continuación.
Cada lado del asiento de la válvula de
suministro frustocónico, en una forma de realización preferida,
presenta un ángulo de asiento de suministro relativo a la línea
central del asiento de la válvula de suministro que es mayor que un
ángulo formado por la línea central del asiento de la válvula de
suministro y una línea tangente a la bola de descarga, en el
contacto sustancialmente lineal antes citado, cuando la bola de
descarga está en su posición cerrada. La relación angular incluida
de los ángulos de los asientos de las válvulas en ambos lados de la
línea central es, en una forma de realización preferida, de
aproximadamente 90 grados. Esto da lugar a que se forme un espacio
anular entre el asiento de la válvula de suministro y la bola de
descarga, que delimita una zona de flujo de descarga restringida,
corriente arriba del contacto sustancialmente lineal citado
anteriormente, puesto que la bola de descarga se desplaza
inicialmente a su posición abierta y puesto que el fluido de
trabajo a alta presión y alta velocidad fluye inicialmente corriente
abajo más allá de la bola de descarga a través del extremo de
diámetro menor del asiento de la válvula. Esta forma de realización
es muy ventajosa porque cualquier erosión sónica de flujo, causada
por el flujo inicial del fluido de trabajo a alta presión y a alta
velocidad a través de la área de flujo de descarga restringida
anular, se desplaza, de esta manera, de forma sustancialmente
inmediata a una superficie corriente arriba del asiento de la
válvula de suministro, que es adyacente a dicha área de flujo de
descarga restringida anular. Y lo que es más importante, dicha
superficie corriente arriba del asiento de la válvula de suministro
es una zona que no está en contacto de manera estanca con la bola
de descarga. Por lo tanto, este desplazamiento inmediato de la zona
susceptible de daño sónico minimiza, en gran medida, la erosión
sónica del extremo corriente abajo de menor diámetro de "filo de
cuchillo" del asiento de la válvula de suministro, que está en
contacto sustancialmente lineal con la bola de descarga. En las
válvulas de control según la presente invención, que tienen
valvulaje de descarga y de escape, se da a conocer una disposición
similar, preferentemente, en el paso de escape en la comunicación
fluídica para el fluido de escape entre el paso de salida de carga
(y salida de carga) y la salida de escape. Según se describió
antes, esta disposición es igualmente aplicable a una válvula de
control de fluidos selectora de la presión, según se describe a
continuación.
Además, la presente invención comprende,
preferentemente, una cavidad generalmente cilíndrica dispuesta
inmediatamente corriente arriba de los extremos corriente arriba de
mayor diámetro de los asientos de válvulas de suministro y/o
escape, siendo, preferentemente, dicha cavidad de mayor diámetro que
el extremo corriente arriba de mayor diámetro de los respectivos
asientos de válvulas. Una guía de bola cilíndrica o una guía de bola
está situada en esta cavidad de mayor diámetro del paso de fluidos,
con la guía de bola presentando una perforación interna de guiado
central, que se extiende axialmente a través de ella. Varias aletas
de guiado, que se extienden en sentido axial y circunferencialmente
separadas, sobresalen en sentido radial hacia el interior de la
perforación de guiado, siendo la bola recibida en el interior de la
perforación de guiado para su movimiento axial en el interior de
los bordes radialmente hacia dentro de las aletas de guiado entre
sus posiciones abierta y cerrada. El diámetro interior de la
cavidad descrita anteriormente es, preferentemente, algo mayor que
el diámetro exterior de la guía de bola para permitir que dicha
bola flote en sentido radial a una distancia determinada en el
interior de la cavidad. Esto permite que la bola generalmente
esférica presente un centrado sustancialmente automático para
sellar el contacto lineal con el extremo de menor diámetro del
respectivo asiento de válvula de suministro o escape. Dichas aletas
de guiado, circunferencialmente separadas, permiten que fluya entre
ellas el fluido de trabajo a alta presión y la guía de bola
minimiza, en gran medida, el desgaste de la bola y/o el asiento de
válvula, que resultaría si se tuviera que permitir una sacudida o de
cualquier otro modo, desplazarse en sentido radial en el flujo de
fluido a alta velocidad. Dicha guía de bola se puede utilizar,
además, en una válvula de control de fluidos selectora, según se
describe a continuación.
La presente invención reduce, en gran medida,
las fugas de cruzamiento en las válvulas de control de fluidos a
alta presión, que presentan valvulaje de descarga y escape,
accionando el dispositivo de bola de escape y cerrando, de este
modo, el lado de escape de la válvula de control, inmediatamente
antes de suministrar energía al dispositivo de accionamiento de
bola de descarga que, a continuación, abre el lado de descarga e
inicia el flujo de descarga hacia el paso de carga y hacia el
orificio.
Las bolas descritas anteriormente (para válvulas
de control de fluidos primarias o selectoras de la presión) están
constituidas, preferentemente, por un material metálico, tal como
acero inoxidable, por ejemplo, y las guías de bolas citadas
anteriormente están constituidas, preferentemente, por un material
sintético, tal como nilón, por ejemplo. Los expertos en la materia
apreciarán fácilmente que se pueden emplear también otros materiales
metálicos, sintéticos o no sintéticos para las bolas y/o las guías
de bolas, dependiendo del fluido del trabajo particular (neumático
o líquido) que se va a emplear así como de las presiones del fluido
de trabajo particulares implicadas así como dependiendo de la
aplicación particular en la que se utilice la válvula de control de
fluidos según la presente invención.
Además, la presente invención da a conocer una
válvula de control de fluidos selectora de la presión para
suministrar, de manera selectiva, por lo menos dos presiones de
fluido de trabajo diferentes a un dispositivo accionado por
fluidos, bien sea directamente, bien sea a través de una válvula de
control de fluidos primaria, tal como se describió anteriormente.
Una válvula de control de fluidos selectora ejemplificativa, según
la presente invención, presenta preferentemente una entrada de alta
presión en comunicación fluídica con una fuente de fluido de
trabajo a una presión relativamente alta, una entrada a baja presión
en comunicación fluídica con una fuente de fluido de trabajo a una
presión relativamente baja y un paso de salida de fluido de carga
interconectado en comunicación fluídica con el dispositivo accionado
por fluidos o la entrada de la válvula de control de fluidos
primaria. Dicha válvula de control de fluidos, selectora comprende
además un mecanismo de válvula de alta presión normalmente cerrada
en comunicación fluídica entre la entrada de alta presión y el paso
de salida del fluido de carga para permitir, de forma selectiva, el
flujo de fluido de alta presión desde la entrada a alta presión al
paso de salida del fluido de carga así como un mecanismo de válvula
a baja presión normalmente abierta en comunicación fluídica entre
la entrada de baja presión y el paso de salida del fluido de carga,
para permitir, de forma selectiva, el flujo del fluido a baja
presión desde el extremo de baja presión al paso de salida del
fluido de carga. Se da a conocer un dispositivo de accionamiento
piloto y es utilizable, de forma selectiva, para forzar el
mecanismo de válvula de alta presión normalmente cerrada a una
posición abierta y permitir dicho flujo de fluido a alta presión
desde la entrada a alta presión al paso de salida del fluido de
carga. Este fluido de alta presión, que es admitido en el paso de
salida del fluido de carga, fuerza al mecanismo de válvula de baja
presión normalmente abierta a una posición cerrada para impedir el
flujo de fluido entre el extremo de baja presión y el paso de salida
del fluido de carga. De este modo, el accionamiento o la
energización selectiva del dispositivo de accionamiento piloto hace
que se pueda admitir el fluido de trabajo a alta presión o baja
presión, tal como un fluido de trabajo neumático, por ejemplo, a la
entrada de un dispositivo accionado por fluidos o la entrada de una
válvula de control de fluidos primaria, tal como fue antes descrito
o prácticamente de cualquier otro tipo.
Por lo menos uno, o preferentemente ambos, de
los mecanismos de válvula de baja presión y alta presión, descritos
anteriormente, puede presentar un asiento de válvula generalmente
troncocónico en un paso de fluido de válvula en comunicación
fluídica con el paso de salida del fluido de carga, presentando el
asiento de válvula un extremo, corriente abajo, de menor diámetro y
un extremo corriente arriba de mayor diámetro. Una bola generalmente
esférica se puede desplazar, de forma selectiva, entre las
posiciones cerrada y abierta respectivas dentro y fuera de un
contacto sustancialmente lineal de la bola con dicho extremo de
menor diámetro del asiento de válvula de suministro. La bola,
generalmente esférica, presenta preferentemente una dimensión de la
cuerda, en dicho contacto lineal con el extremo, corriente abajo,
de menor diámetro del asiento de la válvula, que es menor que el
extremo corriente arriba de mayor diámetro del asiento de la
válvula. El asiento de válvula generalmente troncocónico presenta,
preferentemente, un ángulo de asiento en relación con la línea
central del asiento de válvula de suministro que es mayor que el
ángulo formado por la línea central del asiento de válvula y una
línea tangente a la bola en el contacto lineal de bola, cuando la
bola está en dicha posición cerrada, siendo dicho ángulo de asiento
preferentemente de unos cuarenta y cinco grados, de modo que el
ángulo de asiento total entre partes diametralmente opuestas del
asiento de válvula sea de aproximadamente noventa grados. De este
modo, un espacio anular formado entre el asiento de la válvula y la
bola esférica define una zona de flujo restringido hacia arriba del
contacto lineal de la bola entre la bola y el extremo corriente
abajo de menor diámetro del asiento de la válvula, cuando la bola se
desplaza inicialmente fuera de dicho contacto lineal a su posición
abierta y cuando el fluido de trabajo circula inicialmente corriente
abajo más allá de la bola a través del extremo de menor diámetro
de dicho asiento de válvula. Mediante dicha disposición, cualquier
erosión sónica del flujo causada por el flujo de fluido de trabajo
inicial más allá de la bola de apertura, se desplaza,
sustancialmente de forma inmediata, a una zona corriente arriba del
asiento de válvula, que es adyacente a la zona de flujo restringido
y que no está en contacto hermético con la bola esférica. Esto
minimiza sustancialmente el daño sónico al extremo corriente abajo
de menor diámetro de dicho asiento de válvula contra el cual la
bola se acopla de forma hermética, cuando está en su posición
cerrada. Esto prolonga, en gran medida, la vida útil de la válvula
de control reduciendo al mínimo el desgaste en la parte de sellado
del asiento de válvula.
Una o ambos pasos de la válvula de control de
fluidos puede comprender una cavidad generalmente cilíndrica
inmediatamente corriente arriba del extremo de diámetro mayor del
asiento de válvula, siendo dicha cavidad de mayor diámetro que el
extremo corriente arriba de mayor diámetro. El mecanismo de válvula
comprende, preferentemente, una guía de bola generalmente
cilíndrica situada en la cavidad de dicho paso de fluido, con la
guía de bola presentando una perforación de guiado central que se
extiende en sentido axial. La guía de bola presenta,
preferentemente, varias aletas de guiado que se extienden axialmente
espaciadas en sentido circunferencial y que sobresalen, en sentido
radial, hacia el interior de la perforación de guiado, siendo la
bola recibida en el interior de la perforación de guiado para su
movimiento axial en el interior de bordes radialmente hacia el
interior de las aletas de guiado entre sus posiciones abierta y
cerrada. El diámetro interior de la cavidad es mayor que el
diámetro exterior de la guía de bola para permitir que dicha guía
presente una flotación en sentido radial en el interior de la
cavidad y para permitir que la bola presente sustancialmente un
centrado automático para sellar el contacto lineal con el extremo
de menor diámetro de dicho asiento de válvula troncocónico.
En cualquiera de las válvulas de control de
fluidos, selectoras de la presión o primarias, según la presente
invención, el asiento de válvula troncocónico se puede situar, de
forma alternativa, en un disco de asiento de válvula sustituible,
que es de un material más duro que el del cuerpo de la válvula.
Otros objetivos, ventajas y características de
la presente invención se pondrán más claramente de manifiesto a
partir de la siguiente descripción y de las reivindicaciones
adjuntas, consideradas conjuntamente con los dibujos adjuntos.
La Figura 1 es una ilustración en sección
transversal de una válvula de control de fluidos ejemplo, que no
forma parte de la presente invención.
La Figura 2 es una vista extrema de la válvula
de control de fluidos ilustrada en la Figura 1
La Figura 3 es una vista superior de la válvula
de control de fluidos ilustrada en las Figuras 1 y 2, con la tapa o
casquete superior retirado.
La Figura 4 es una vista superior de una guía de
bola para uso con una bola de descarga y una bola de escape de la
válvula de control ilustrada en la Figura 1.
La Figura 5 es una vista lateral de la guía de
bola ilustrada en la Figura 4.
La Figura 6 es una vista en detalle ampliada de
la parte de valvulaje de descarga de la válvula de control de las
Figuras 1, 10 y 14, con la bola de descarga representada en su
posición cerrada.
La Figura 7 es una vista en detalle ampliada
similar a la vista de la Figura 6, pero que ilustra la bola de
descarga en su posición inicialmente abierta.
La Figura 8 es una vista en detalle ampliada de
la parte de valvulaje de escape de la válvula de control de las
Figuras 1, 10 y 14, con la bola de escape en su posición
cerrada.
La Figura 9 es una vista en detalle ampliada
similar a la ilustrada en la Figura 8, pero que representa la bola
de escape en su posición inicialmente abierta.
La Figura 10 es una ilustración en sección
transversal de una válvula de control de fluidos, selectora de
doble presión ejemplificativa, según la presente invención.
La Figura 10a es una vista en sección
transversal tomada generalmente a lo largo de la línea
10a-10a de la Figura 10
La Figura 11 es una vista superior de la válvula
de control de fluidos selectora de doble presión ejemplificativa de
la Figura 10, interconectada de forma funcional con una válvula de
control de fluidos primaria, tal como se ilustra en las Figuras 1 a
9 inclusive, estando ambas montadas en un colector de fluido.
La Figura 12 es una vista frontal de la
disposición de la válvula de control de fluidos ilustrada en la
Figura 11
La Figura 13 es una vista extrema de la
disposición de la válvula de control de fluidos ilustrada en las
Figuras 11 y 12.
La Figura 14 es una ilustración en sección
transversal de una válvula de control de fluidos selectora de
presión ejemplo similar a la ilustrada en la Figura 10, pero que
representa una versión alternativa de tripresión de la válvula de
control de fluidos selectora de la presión.
La Figura 15 es una vista en detalle ampliada de
una versión alternativa de la parte de bola de una válvula de
control según la invención, que presenta un disco de asiento de
válvula sustituible y que es aplicable a cualquiera de las válvulas
de control de fluidos de las Figuras 1 a 14 inclusive.
Las Figuras 6 a 15 ilustran formas de
realización, ejemplificativas, de válvulas de control de fluidos
neumáticos, selectora y primaria multipresión y de alta presión,
según la presente invención. Aunque los dibujos ilustran dichas
formas de realización de válvula de control de fluidos neumáticos a
título de ejemplo ilustrativo, los expertos en la materia
reconocerán fácilmente que los principios de la presente invención
son igualmente aplicables a otros tipos de válvulas de control de
fluidos selectora o primaria así como a válvulas de control para
fluidos de trabajo líquidos o neumáticos.
En la Figura 1, una válvula de control de
fluidos primaria ejemplo 10 comprende un cuerpo 12, un casquete
piloto 14, pudiéndose ambos fijarse a un colector 16 por medio de
varios pernos 18 así como siendo capaz de una interconexión
alternada mediante conductos de fluidos sin necesidad del uso del
colector 16 si se proporcionan, de forma alternativa, orificios
roscados.
La válvula de control primaria 10
ejemplificativa comprende un orificio de entrada 20, un orificio de
salida o carga 22, y un orificio de escape 24. Un paso de
suministro de fluido 28 proporciona comunicación fluídica de
trabajo desde el orificio de entrada 20 al orificio de salida 22,
que está conectado, tal como mediante un colector 16, a un
dispositivo accionado por fluidos. De manera similar, un paso de
escape 30 proporciona comunicación fluídica de escape entre el
orificio de carga 22 y una salida de escape 24.
La válvula de control primaria 10, en una forma
de realización ejemplificativa, los pasos de descarga y escape 28 y
30 comprenden, respectivamente, un asiento de válvula de suministro
frustocónico 36 y un asiento de válvula de escape frustocónico 46.
El asiento de válvula de suministro 36 comprende un extremo de
diámetro menor 38 y un extremo de diámetro mayor 40. Análogamente,
el asiento de válvula de escape 46 comprende un extremo de menor
diámetro 48 y un extremo de mayor diámetro 50. Una bola de descarga,
generalmente esférica, 42 y una bola de escape, generalmente
esférica similar 52, están provistas para el movimiento de apertura
y cierre con respecto a sus respectivos asientos de válvulas de
suministro y escape troncocónicos respectivos 36 y 46.
La bola de descarga 42 es, preferentemente,
accionada, de forma móvil, mediante un dispositivo de accionamiento
piloto de descarga 80, que recibe aire piloto desde un paso de aire
piloto 97 que, a su vez, está unido, en comunicación fluídica, con
una entrada de aire piloto 96. Cuando se activa el dispositivo de
accionamiento piloto de descarga 80, transmite la fuerza del aire
piloto sobre el pistón de descarga 81, a través de una varilla
empujadora de descarga 82, para solicitar a la bola de descarga 42
para alejarse del asiento de válvula de suministro 36, abriendo, de
este modo, la parte de valvulaje de alimentación de la válvula de
control 10. Cuando se desactiva el dispositivo de accionamiento
piloto de descarga 80, la bola 42 retorna a su posición cerrada
bajo la influencia de la presión del fluido de entrada y un muelle
antagonista 58.
Análogamente, la bola de escape 52 es solicitada
hacia su posición cerrada con respecto al asiento de válvula de
escape 46 mediante la aplicación de energía a un dispositivo de
accionamiento piloto de escape 90, que actúa para ejercer la fuerza
del aire piloto sobre un pistón de escape 91, mediante una varilla
empujadora de escape 92, a la bola de escape 52. Al producirse la
desactivación del dispositivo de accionamiento piloto de escape 90,
la bola de escape 52 se solicita, de nuevo, a su posición abierta
bajo la influencia del fluido de trabajo a alta presión en el paso
de escape 30.
Un experto en la materia de las válvulas de
control reconocerá fácilmente que dispositivos de accionamiento
distintos del dispositivo de accionamiento piloto de descarga
electroneumático ejemplo 80 y del dispositivo de accionamiento
piloto de escape electroneumático 90 se pueden emplear de forma
alternativa. Dichos dispositivos de accionamiento podrían
comprender solenoides electromagnéticos, locales o remotos,
dispositivos de transmisión de movimiento mecánico o una amplia
gama de otros dispositivos de accionamiento bien conocidos para los
expertos en la materia.
Con referencia principalmente a las Figuras 6 y
7, la válvula de control de fluidos a alta presión 10
ejemplificativa, ilustrada en los dibujos, comprende
preferentemente, además, una cavidad de descarga generalmente
cilíndrica 60 inmediatamente corriente arriba del extremo de mayor
diámetro 40 del asiento de válvula de suministro 36. Según se
ilustra en las Figuras 4 a 6 inclusive, una guía de bola de descarga
generalmente cilíndrica 62 está provista corriente arriba en el
interior de la cavidad de descarga cilíndrica de mayor diámetro
preferida 60. La guía de bola de descarga 62 comprende una
perforación de guiado de descarga central generalmente cilíndrica
64, que se extiende axialmente a través de ella, con varias aletas
de guiado de descarga 66 que se extienden en sentido axial y están
circunferencialmente separadas, sobresaliendo en sentido radial
hacia el interior de la perforación de guiado de descarga 64. La
bola de descarga 42 se recibe en el interior de la perforación de
guiado de descarga 64 para su movimiento axial en el interior de los
bordes radialmente hacia dentro de las aletas de guiado de descarga
66 entre sus posiciones abierta y cerrada, con respecto al asiento
de la válvula de suministro 36. Como quizás se ilustre mejor en las
Figuras 6 y 7, el diámetro interior de la cavidad de descarga 60 es
algo mayor que el diámetro exterior de la guía de bola de descarga
62 permitiendo, de este modo, que la guía de bola 62 y la bola 42
flote, en sentido radial, en el interior de la cavidad de descarga
60 lo que permite, a su vez, que se produzca el autocentrado de la
bola de descarga generalmente esférica 42 para el sellado del
contacto sustancialmente lineal 44 con el extremo de menor diámetro
38 del asiento de la válvula de
suministro 36.
suministro 36.
Además, las aletas de guiado de descarga 66 se
extienden preferentemente, en sentido axial corriente abajo para
formar una parte de extensión de aleta de guiado de descarga 63 en
un extremo de la guía de la bola de descarga 62. Un anillo elástico
61, tal como una junta tórica, rodea la parte de extensión 63 para
poder solicitar elásticamente la guía de bola 62 hacia el extremo
opuesto corriente arriba de la cavidad de descarga 60, lo que se
debe a que el anillo elástico 61 es comprimido entre el suelo de la
cavidad de descarga 60 y el resto de la guía de bola de descarga
62.
Debe apreciare que la anterior disposición,
según se representa en las figuras 4 a 7, es sustancialmente típica
con respecto al asiento frustocónico de la válvula de escape 46, con
el extremo de menor diámetro corriente arriba 48 y su extremo
corriente abajo de mayor diámetro 50 para acoplamiento en contacto
sustancialmente lineal del extremo de diámetro menor 48 con la bola
generalmente esférica de escape 52, que se ilustra en su totalidad
en la figura 1. De forma similar, la guía de bola de descarga 62,
representada en las figuras 4 y 5, es sustancialmente típica para
la guía de bola de escape 72, que es alojada en el interior de la
cavidad de escape cilíndrica 70 generalmente ampliada en sentido
diametral 70 y presenta una perforación de guiado de escape central
74 y aletas de guiado de escape similares 76, lo que también se
ilustra en las figuras 1, 8 y 9.
Haciendo referencia, en particular, a las
figuras 6 y 7, que representan una vista en detalle ampliada de la
parte de valvulaje de descarga de la válvula de control 10
ejemplificativa, la bola 42 se ilustra en su posición cerrada en la
figura 6. En esta posición, la bola 42 se acopla sustancialmente en
contacto lineal 44 con el borde del extremo de diámetro menor 38
del asiento de válvula de suministro 36. De forma similar, la bola
42 se ilustra parcialmente abierta y desplazada fuera de dicho
contacto lineal 44 de la figura 7. El asiento de válvula de
suministro troncocónico 36 presenta, preferentemente, un ángulo de
asiento de válvula 37 (con respecto a la línea central 57 del
asiento de válvula 36) que es algo mayor que el ángulo 59 de la
línea tangente 56 a la bola 42 (con respecto a la línea central 57),
cuando la bola 42 está en contacto sustancialmente lineal 44, según
se ilustra en la figura 6.
Esta disposición establece un espacio anular 43
que crea una zona de flujo de suministro restringida, inmediatamente
corriente arriba del contacto lineal de descarga 44 y el extremo de
diámetro menor 38 cuando la bola de suministro 42 se desplaza
inicialmente fuera del contacto lineal 44 a su posición abierta
ilustrada en la figura 7, a medida que el fluido de trabajo
corriente abajo de la bola 42 a través del extremo de diámetro menor
38 del asiento de válvula de suministro 36. Esto hace que
cualquier erosión de flujo sónico, causada por dicho flujo inicial
del fluido de trabajo a alta presión, se desplace sustancialmente,
de forma inmediata, a una zona corriente arriba 45 del asiento de
válvula de suministro 36. Esto es muy conveniente porque desplaza
dicho desgaste o daño, causado por dicha erosión de flujo sónico, a
una zona del asiento de válvula de suministro 36 que es adyacente
al espacio anular 43 y que nunca está en estrecho contacto con la
bola 42. Esto minimiza sustancialmente los daños sónicos al extremo
de cierre corriente abajo de diámetro menor 38 del asiento de
válvula de suministro 36, que es la única zona de asiento de válvula
que siempre está en el contacto lineal 44 con la bola 42. Como
resultado, el daño y el desgaste de la superficie de cierre real del
asiento de válvula 36 sobre la bola 42 se minimiza sustancialmente
y la vida funcional de la válvula de control 10 ejemplo se ve,
correspondientemente, ampliada. Esto, a su vez, reduce en gran
medida el tiempo de parada y los gastos de mantenimiento para un
sistema que emplea una válvula de control 10, según la
presente
invención.
invención.
Como se reconocerá fácilmente, por los expertos
en la materia, la función de la bola 42 descrita anteriormente con
respecto al asiento de válvula de suministro 36, según se ilustra en
las figuras 6 y 7, es similar a la función y relación de la bola de
escape 52 con respecto al asiento de válvula de escape 46 con el
extremo de diámetro menor 48 y su extremo de diámetro mayor
50.
Haciendo referencia principalmente a las figuras
8 y 9, la válvula de control de fluidos de alta presión 10,
representada en los dibujos, también presenta, preferentemente, una
cavidad de escape generalmente cilíndrica 70, inmediatamente
corriente abajo del extremo de diámetro mayor corriente abajo 50 del
asiento de válvula de escape 46. Una guía de bola de escape,
generalmente cilíndrica 72 (similar a la guía de bola de suministro
62 de las figuras 5 y 6), está provista corriente abajo en el
interior de la cavidad de escape 70 cilíndrica, diametralmente
ampliada. La guía de bola de escape 72 presenta una perforación 74
de guiado de escape central, generalmente cilíndrica, que se
extiende transversalmente en sentido axial, con varias aletas de
guiado 76 de escape circunferencialmente separadas y que se
extienden en sentido axial, sobresaliendo radialmente hacia dentro
de la perforación de guiado de escape 74. La bola de escape 52 es
recibida en el interior de la perforación 74 de guiado de escape,
para su desplazamiento axial dentro de los bordes radialmente hacia
el interior de las aletas 76 de guiado de escape, entre sus
posiciones abierta y cerrada con respecto al asiento de válvula de
escape 46. El diámetro interior de la cavidad de escape 70 es algo
mayor que el diámetro exterior de la guía de bola de escape 72
permitiendo, de este modo, que la guía de bola 72 y la bola de
escape 52 floten en sentido radial hacia el interior de la cavidad
de escape 70, lo que, a su vez, permite que la bola de escape
generalmente esférica 52 presente un centrado automático para cerrar
el contacto sustancialmente lineal 54 con el extremo de diámetro
menor 48 del asiento de válvula de escape 46.
Las aletas 76 de guiado de escape se extienden,
preferentemente, de forma axial corriente arriba, para constituir
una parte de extensión de la aleta de guiado de escape 73 en la guía
de bola de escape 72. Un anillo elástico 71, tal como una junta
tórica, rodea la parte de extensión 73 con el fin de solicitar a la
guía de bola 72 hacia el extremo opuesto, corriente abajo de la
cavidad de escape 70, lo que se debe a que el anillo elástico 71
está siendo comprimido entre el suelo de la cavidad de escape 70 y
el resto de la guía de bola de escape 72.
Haciendo referencia, en particular, a las
figuras 8 y 9, que representan una vista en detalle ampliada de la
parte de valvulaje de escape de la válvula de control ejemplo 10,
se ilustra la bola de escape 52 en su posición cerrada en la figura
8. En esta posición, la bola 52 está acoplada, de forma hermética,
en contacto sustancialmente lineal 54 con el borde del extremo de
menor diámetro 48 del asiento de la válvula de escape 46. De forma
similar, la bola 52 se representa parcialmente abierta y de este
modo, desplazada fuera de dicho contacto sustancialmente lineal 54
en la figura 9. El asiento de válvula de escape troncocónico 46,
preferentemente, presenta un ángulo de asiento de válvula de escape
47 (con respecto a la línea central de escape 67 del asiento de
válvula 46) que es algo mayor que el ángulo de la tangente de escape
69 de la línea tangente de escape 65 a la bola de escape 52 (con
respecto a la línea central 67) cuando la bola 52 está en el
contacto sustancialmente lineal 54 ilustrado en la figura 8.
Esta disposición establece un espacio anular 53
que crea una zona de escape restringida inmediatamente corriente
abajo del contacto lineal de escape 54 y el extremo de diámetro
menor 48, puesto que la bola de escape 52 se desplaza inicialmente
fuera de dicho contacto lineal 54 a su posición de apertura
inicialmente en la figura 9, a medida que el fluido de escape se
desplaza inicialmente corriente abajo más allá de la bola 52 a
través del extremo de diámetro menor 48 del asiento de válvula de
escape 46. De este modo, en cualquier daño por erosión sónica de
flujo causado por dicho flujo inicial de fluido de escape a alta
presión será sustancialmente desplazada, de forma inmediata, a una
zona de corriente arriba, adyacente al asiento de válvula de escape
46. Esto es muy conveniente porque desplaza dicho desgaste o daño,
causado por dicha erosión sónica de flujo, a una zona que nunca
está en contacto hermético con la bola 52. Esto minimiza
sustancialmente el daño sónico al extremo de sellado corriente
arriba de diámetro menor 48 del asiento de válvula de escape 46, que
es la única zona de asiento de válvula que siempre está en contacto
lineal 54 con la bola 52. Como resultado, el daño a, y el desgaste
de, la superficie de cierre real del asiento de válvula 46 en la
bola 52 se ve sustancialmente minimizado, y la vida funcional de la
válvula de control ejemplo 10 se ve correspondientemente prolongada.
Esto, a su vez, reduce en gran medida el tiempo inactivo y los
costes de mantenimiento de un sistema que emplea una válvula de
control 10, según la presente invención.
Haciendo referencia principalmente a la figura
1, la fuga de cruzamiento de la válvula de control de fluidos
ejemplo 10, representada en los dibujos, se ve sustancialmente
minimizada por la aplicación de energía al dispositivo de
accionamiento piloto de escape 90 para cerrar la bola de escape 52,
solamente algo antes de accionar el dispositivo de accionamiento
piloto de descarga 80 para abrir la bola 42, cuando el fluido de
trabajo a alta presión ha de admitirse para el orificio de carga o
de salida 22, con el fin de activar el dispositivo accionado por
fluidos. Debido al equipo y la energía necesaria para elevar el
fluido de trabajo a un estado de alta presión, esto reduce, en gran
medida, los costes operativos que de otro modo podrían resultar
excesivos o un escape del fluido de trabajo a alta presión. Dicho
fluido de trabajo a alta presión, que puede ser neumático o
hidráulico, pero que es preferentemente neumático, suele estar en el
intervalo de 300 psig a 900 psig (21 bares a 62 bares) y es
típicamente de aproximadamente 600 psig (41 bares) en el proceso de
moldeo por soplado antes citado.
Por último, una, o ambas bolas 42 y 52, están
preferentemente realizadas en un material metálico, tal como acero
inoxidable u otros materiales metálicos o no metálicos considerados
adecuados por los expertos en la materia para una aplicación dada.
De forma similar, una o ambas guías de bola de suministro 62 y la
guía de bola de escape 72 son preferentemente realizadas en un
material sintético, tal como nilón, pero también pueden estar
realizadas en un material metálico, tal como acero inoxidable, u
otros materiales adecuados conocidos para los expertos en la
materia.
Las figuras 10 a 15 ilustran varias versiones de
una válvula de control de fluidos selectora, que puede utilizarse
sola o en conjunción (en el lado de descarga) con la válvula de
control de fluidos primaria descrita anteriormente en relación con
las figuras 1 a 9. Debido a que muchos de los componentes de las
válvulas ilustradas en las figuras 10 a 15 son idénticos o
sustancialmente similares, por lo menos en función, con los de las
válvulas representadas en las figuras 1 a 9, dichos componentes
están indicados por números de referencia que son los mismos que en
las figuras 1 a 9, pero con los prefijos cien, doscientos,
trescientos o cuatrocientos.
En las figuras 10 a 13, una válvula de control
de fluidos selectora ejemplificativa 210 presenta un cuerpo 212 y
un casquete piloto 214, los cuales se pueden fijar a un colector 216
(según se ilustra en las figuras 11 a 13), de una forma similar a
la representada anteriormente en relación con las figuras 1 a 9.
Como alternativa, sin embargo, en lugar de un colector 216, la
interconexión de los diversos orificios se puede realizar mediante
un conducto de fluidos sin el uso del colector 216, estando
provistos orificios roscados en la base del cuerpo de válvula
12.
La válvula de control de fluidos selectora
ejemplificativa 210 presenta un orificio de admisión con una presión
relativamente alta 220 y un orificio de entrada a presión
relativamente baja 221, que está en comunicación fluídica con
fuentes separadas de fluido de trabajo a presiones relativamente más
altas o bajas, respectivamente. Dichas presiones relativamente más
altas serán citadas en la presente memoria como "alta presión"
y dichas presiones relativamente más bajas serán citadas en la
presente memoria como "baja presión".
Un paso de salida de fluido de carga 228 se
extiende a través del cuerpo 212 de la válvula de control de fluidos
selectora 210 y se encuentra en comunicación fluídica con un
orificio de carga de salida 222. La válvula de control de fluidos
selectora 210 se puede utilizar sola, o en combinación con una
válvula de control de fluidos primaria 10 de las figuras 1 a 9. En
dicha aplicación, la válvula de control de fluidos selectora 210
puede presentar su orificio de salida de carga 222 interconectado en
comunicación fluídica con el orificio de admisión 20 de la válvula
de control de fluidos primaria 10, por medio de una tubería de
fluidos o mediante un colector 216.
La válvula de control de control de fluidos
selectora 210 presenta además un mecanismo de válvula de alta
presión, normalmente cerrada, en comunicación fluídica entre el
orificio de entrada de alta presión 220 y el paso de salida del
fluido de carga 228. De forma similar, un mecanismo de válvula de
baja presión, normalmente abierta, se encuentra en comunicación
fluídica entre el orificio de admisión de baja presión 221 y el
paso de salida de fluido de carga 228. En la válvula de control de
fluidos selectora ejemplificativa 210, el mecanismo de válvula de
alta presión está provisto de un asiento de válvula troncocónico 236
que, a su vez, presenta un extremo de diámetro menor 238 y un
extremo de diámetro mayor 240. Una bola 242, que presenta
preferentemente forma y disposición esféricas, se acopla con el
asiento de válvula 236, en un acoplamiento de contacto
sustancialmente lineal, en una forma descrita con más detalle en
relación con el asiento de válvula 36 y la bola 42 de las figuras
1 a 9. De forma similar, el mecanismo de válvula de baja presión
está provisto de un asiento de válvula 246 que presenta un extremo
de diámetro menor 248 y un extremo de diámetro mayor 250, con la
bola de baja presión 252 acoplando el extremo de diámetro menor 248
en el mismo tipo de contacto lineal, según se describió
anteriormente.
La bola de alta presión 242 es recibida en el
interior de una guía de bola de alta presión 262, que es similar a
la guía de bola 62 de las figuras 1 a 9. De una forma similar, la
bola de baja presión 252 se recibe en el interior de una guía de
bola de baja presión 272. En términos de sus capacidades de
flotación radial y de centrado de la bola, las guías 262 y 272 son
sustancialmente idénticas a las guías 62 y 72 de las figuras 1 a 9.
La única diferencia entre las guías 262 y 272 y las guías 62 y 72,
descritas anteriormente, es que las aletas 266 y 276 no
necesariamente se extienden, en sentido axial, más allá del extremo
de sus guías respectivas 262 y 272. En tal disposición, en lugar de
las juntas tóricas 61 y 71 de las figuras 1 a 9, se proveen
arandelas onduladas elásticas, o arandelas onduladas de muelle 261 y
271 para impulsar, de forma elástica, las guías 262 y 272
respectivas hacia sus posiciones adecuadas respectivas en el
interior de las respectivas perforaciones de guiado 264 y 274. En
sustancialmente todos los demás aspectos, sin embargo, las guías de
bola 262 y 272 funcionan de una forma sustancialmente idéntica a las
correspondientes guías de bola 62 y 72 descritas anteriormente.
En la válvula de control de fluidos 210,
selectora preferida, la bola de alta presión 242 es solicitada hacia
su posición normalmente cerrada por un muelle antagonista 258 que
actúa sobre la bola 242 por medio de un apéndice 275 de la bola.
Está provisto un dispositivo de accionamiento piloto 280 en relación
con la bola de alta presión 242 y que se puede accionar, de forma
selectiva, para hacer salir la bola 242 desde su respectivo asiento
de válvula 236 y a su posición abierta, con el dispositivo de
accionamiento piloto 280 actuando a través del conjunto de pistón
dispositivo de accionamiento de alta presión 281 y la varilla de
empuje 282.
En el mecanismo de válvula de baja presión, la
bola 252 se encuentra en posición normalmente abierta bajo la
influencia del fluido de trabajo de baja presión procedente de la
entrada a baja presión 221, que actúa sobre la bola 252 y contra la
fuerza de precarga de un muelle 251 de retención de fuerza baja. La
bola a baja presión 252 se mantiene en su lugar por un tapón
retenedor 249, que presenta una abertura 278, generalmente en forma
de U, que se extiende a su través, según se ilustra en la figura
10a, y el recorrido de apertura de la bola de baja presión 252 se
ve limitado por su contacto con un pasador o varilla de tope 277,
interconectado de manera fija con el tapón retenedor 249 y
extendiéndose dentro del paso 278 del tapón retenedor.
En funcionamiento, la válvula de control de
fluidos selectora 210 se puede utilizar para suministrar, de forma
selectiva, una o dos presiones diferentes del fluido de trabajo
(preferentemente, un fluido de trabajo neumático), bien sea al
dispositivo accionado por fluidos, bien sea a la entrada de una
válvula de control primaria (tal como la válvula de control de
fluidos primaria 10 descrita anteriormente) a través del orificio de
carga de salida 222 de la válvula de control de fluidos, selectora
de la presión, 210. Inicialmente, está provista una fuente de
fluido de trabajo de presión relativamente baja para el orificio de
entrada de baja presión 221 y pasa por la bola 252, normalmente
abierta, al paso de salida del fluido de carga 228 y el orificio
de carga de salida 222. Dicho fluido de trabajo de presión
relativamente baja ejerce suficiente fuerza sobre la bola de baja
presión 252 para mantenerla en su posición abierta contra la fuerza
de solicitación del muelle de retención de baja presión 251, en
tanto que el fluido esté circulando en el circuito. De este modo, y
en este estado, según se ilustra en la figura 10, el fluido de
trabajo, a presión relativamente baja, suministrado al orificio de
entrada de alta presión 220 se aísla del fluido de trabajo de
presión relativamente baja en el paso del fluido de carga 228 por
la bola de alta presión 242, normalmente cerrada, que se fuerza
contra su respectivo asiento de válvula 236 bajo la acción del
muelle antagonista 258. De este modo, en esta situación, dicho
fluido de trabajo de presión relativamente baja se suministra al
orificio de carga de salida 222.
Sin embargo, cuando se desea admitir un fluido
de trabajo de presión relativamente alta para el paso de salida de
fluido de carga 228 y al orificio de carga de salida 222, el
dispositivo de accionamiento piloto 280 se activa de forma
selectiva. Ha de advertirse que el dispositivo de accionamiento
piloto 280 se puede activar de forma neumática, eléctrica o
mecánica, por ejemplo.
La energización del operador piloto 280 hace que
el conjunto del pistón 281 y la varilla de empuje 282 fuercen a la
bola de alta presión 242 a su posición abierta contra la fuerza de
solicitación del muelle antagonista 258 y el fluido de alta presión
en la entrada 220. Esta apertura de la bola de alta presión 242
permite que el fluido de trabajo de presión relativamente alta,
procedente del orificio de entrada de alta presión 220, se
transfiera al paso de salida de fluido de carga 228. El fluido de
trabajo de alta presión ahora admitido en el paso de salida del
fluido de carga 228 actúa (en conjunción con el muelle de retención
de baja fuerza 251) para solicitar la bola de baja presión 252,
normalmente abierta, a su posición cerrada en acoplamiento
hermético con el asiento de válvula 246. De este modo, en esta
situación, el fluido de trabajo de presión relativamente baja
procedente del orificio de entrada de baja presión 221 se aísla del
fluido de trabajo de presión relativamente alta en el paso de
salida de fluido de carga 228, el paso del tapón retenedor 278 y
el orificio de carga de salida 222. Según se describió antes, esto
permite la descarga selectiva del fluido de trabajo de presión
relativamente baja o del fluido de trabajo de presión relativamente
alta, desde el orificio de carga de salida 222 a un dispositivo
accionado por fluidos o a la entrada 20 de una válvula primaria, tal
como la válvula de control primaria 10 ilustrada en las figuras 1 a
9. Esta última disposición se ilustra en las figuras 11 a 13, en
las que la válvula de control de fluidos selectora 210 y la válvula
de control primaria 10 están montadas conjuntamente en un colector
múltiple 216, que se puede sustituir, como alternativa, por un
conducto de fluidos separado, sin la utilización del colector 216 si
se han provisto orificios roscados alternativos.
En la figura 14 se representa una forma de
realización alternativa de una válvula de control de fluidos
selectora, según la presente invención, con el fin de ilustrar que
la presente invención es igualmente aplicable a las válvulas de
control adaptadas para suministrar más de dos diferentes presiones
de fluido de trabajo a un dispositivo accionado por fluidos, bien
sea directamente, bien sea a través de una válvula de control de
fluidos primaria, tal como la válvula de control de fluidos
primaria 10 descrita anteriormente e ilustrada en las figuras 1 a 9
inclusive. La válvula de control de fluidos selectora 410 de la
figura 14 presenta numerosos componentes que son, idéntica o
funcionalmente, muy similares a los que presenta la válvula de
control de fluidos selectora 210 de la figura 10. En la figura 14,
sin embargo, dichos componentes correspondientes se indican por
números de referencia que tienen los prefijos "cuatrocientos"
y los sufijos "a" o "b", en el caso de componentes que
sean idénticos entre sí.
El cuerpo 412 de la válvula de control de
fluidos selectora 410 presenta dos de las entradas de alta presión
descritas anteriormente, 420a y 420b, con dos de los dispositivos de
accionamiento piloto 480a y 480b, cada uno de los cuales se puede
accionar, de forma separada y selectiva, para solicitar a sus bolas
442a y 442b respectivas hacia sus posiciones abiertas respectivas.
En prácticamente todos los demás aspectos, sin embargo, la válvula
de control de fluidos selectora 410, funciona sustancialmente de la
misma manera que la descrita anteriormente válvula de control de
fluidos selectora 210.
La diferencia operacional entre la válvula de
control de fluidos, selectora de la presión, 410 y la válvula de
control de fluidos, selectora de la presión, 210 es que los
dispositivos de accionamiento piloto 480a y 480b, pueden ser
separada y selectivamente activados o energizados, o desactivados o
desenergizados, con el fin de permitir la descarga selectiva de
tres diferentes presiones o fluido de trabajo al dispositivo
accionado por fluidos, a través del orificio de salida de carga
422, directamente o por medio de la válvula de control de fluidos
primaria descrita anteriormente. Ha de tenerse en cuenta que la
figura 14 ilustra únicamente una aplicación multipresión, a título
de ejemplo, de la presente invención y el experto en la materia
reconocerá fácilmente que cualquier número de diferentes presiones
se pueden admitir por la válvula de control de fluidos selectora de
la presente invención.
En la figura 15 se representa otra disposición
alternativa de la presente invención, en la que la arandela
ondulada elástica 381 se desplaza a una posición opuesta con
respecto a la guía de bola que se ilustra en la figura 10. En esta
disposición, un disco de asiento de válvula sustituible 388, que
incorpora el asiento de válvula 336, está atrapado entre la guía de
bola 362 y el extremo corriente abajo de la perforación de guiado
364. El disco de asiento de válvula 388 presenta un borde
achaflanado 386 que se acopla herméticamente con una junta tórica
384 y está preferentemente fabricado en un material más duro que el
del cuerpo de la válvula. Dicha disposición permite la cómoda
sustitución de un asiento de válvula 336 desgastado, simplemente
sustituyendo el disco de asiento de válvula 388, sin la necesidad de
desechar o volver a mecanizar el asiento de válvula 236 del cuerpo
212 de la figura 10. De este modo, una válvula de control de fluidos
selectora, puede ser parcialmente desmontada y reparada mediante
dicha sustitución del disco de asiento de válvula 388, mientras
otra válvula de control de fluidos selectora está en servicio. Dicha
válvula de control de fluidos selectora, reparada puede, a
continuación, mantenerse en reserva para la sustitución inmediata de
una válvula de control de control de fluidos selectora, desgastada,
que actualmente está en servicio. Ha de tenerse en cuenta que un
disco de asiento de válvula sustituible similar se puede utilizar
también como alternativa en conjunción con cualquiera de los
mecanismos o disposiciones de válvulas que se ilustran en las
figuras 1 a 15 inclusive.
Por último, el fluido, o los fluidos, de trabajo
de alta presión neumáticos, en una forma de realización preferida,
pueden estar a prácticamente cualquier presión por encima de la del
fluido de trabajo de baja presión, tales como, por ejemplo,
presiones en el intervalo de 300 psig a 900 psig (21 bares a 62
bares), con una sola aplicación que requiere un fluido de trabajo
de alta presión a aproximadamente 600 psig (41 bares). De forma
similar, el fluido de trabajo de baja presión puede estar
prácticamente a cualquier presión más baja que la del fluido de
trabajo de alta presión, tales como, por ejemplo, presiones en el
intervalo de 10 psig a 300 psig (0,7 bares a 21 bares), con por lo
menos una aplicación que requiere dicho fluido de trabajo de baja
presión a una presión aproximada de 100 psig (7 bares). Además,
según se indicó anteriormente, las válvulas de control de fluidos
primarias y las válvulas de control selectoras de la presente
invención presentan una aplicabilidad de amplia gama, en diversos
sistemas de accionamiento o de control de fluidos líquidos o
neumáticos. Un ejemplo de dicha aplicación es un sistema neumático
para moldeo por soplado de botellas de plástico u otros recipientes,
que requieren una primera presión relativamente más baja, para
solicitar el material plástico hacia el interior de la cavidad del
molde, seguida por un fluido de trabajo a presión relativamente más
alta para completar el proceso de moldeo por soplado forzando el
material plástico contra los contornos internos del molde. Un
experto en la materia reconocerá fácilmente, sin embargo, que se
trata simplemente de un ejemplo de las numerosas aplicaciones de la
presente invención.
La descripción anterior da a conocer y describe
formas de realización únicamente ilustrativas de la presente
invención. Cualquier experto en la materia reconocerá fácilmente, a
partir de dicha descripción y de los dibujos y reivindicaciones que
se adjuntan, que una pluralidad de cambios, modificaciones y
variaciones se pueden realizar sin desviarse del alcance de la
invención, según se define en las siguientes reivindicaciones.
Claims (30)
1. Válvula de control de fluidos selectora (210,
410) para suministrar, de manera selectiva, por lo menos dos
presiones diferentes de fluido de trabajo a un dispositivo accionado
por fluidos, presentando dicha válvula de control de fluidos
selectora (210, 410) una entrada de alta presión (220, 420) en
comunicación fluídica con una fuente de fluido de trabajo a una
presión relativamente alta, una entrada a baja presión (221, 421)
en comunicación fluídica con una fuente de fluido de trabajo a una
presión relativamente baja y un paso de salida de fluido de carga
(228, 428) interconectado en comunicación fluídica con el
dispositivo accionado por fluidos, presentando además dicha válvula
de control de fluidos selectora (210, 410) un mecanismo de válvula
de alta presión normalmente cerrada en comunicación fluídica entre
dicha entrada de alta presión (220, 420) y dicho paso de salida de
fluido de carga (228, 428) para permitir de manera selectiva el
flujo de fluido de alta presión desde dicha entrada de alta presión
(220, 420) a dicho paso de salida de fluido de carga (228, 428), y
un mecanismo de válvula de baja presión normalmente abierta en
comunicación fluídica entre dicha entrada de baja presión (221,
421) y dicho paso de salida de fluido de carga (228, 428) para
permitir de manera selectiva el flujo de fluido a alta presión
desde dicha entrada de baja presión (221, 421) a dicho paso de
salida de fluido de carga (228, 428), presentando además dicha
válvula de control de fluidos, selectora (210, 410) un accionador
piloto (280, 480) que puede funcionar de forma selectiva para forzar
a dicho mecanismo de válvula de alta presión normalmente cerrada a
una posición abierta y permitir dicho flujo de fluido a alta presión
desde dicha entrada de alta presión (220, 420) a dicho paso de
salida de fluido de carga (228, 428), forzando dicho fluido a alta
presión en dicho paso de salida de fluido de carga (228, 428) a
dicho mecanismo de válvula a baja presión normalmente abierta a una
posición cerrada para impedir el flujo de fluido inverso entre dicha
entrada a alta presión (220, 420) y dicha entrada a baja presión
(221, 421), caracterizada porque por lo menos uno de dichos
mecanismos de válvula de alta presión y baja presión comprende un
asiento de válvula generalmente troncocónico (36, 46, 236, 246,
336, 436) situado en un paso de fluido de válvula en comunicación
fluídica con dicho paso de salida de fluido de carga (228, 428),
presentando dicho asiento de válvula (36, 46, 236, 246, 336, 436)
un extremo de diámetro menor (38, 428, 238, 248, 438) y un extremo
de diámetro mayor (40, 50, 240, 250) y siendo una bola generalmente
esférica (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) selectivamente
desplazable entre dichas respectivas posiciones cerrada y abierta
hacia y fuera del contacto sustancialmente lineal de la bola (44,
54, 344) para el sellado con dicho extremo de diámetro menor (38,
48, 238, 248, 438) de dicho asiento de válvula de suministro (36,
46, 236, 246, 336, 436), presentando dicha bola generalmente
esférica (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) una dimensión de la
cuerda en dicho contacto lineal (44, 54, 344) con dicho extremo de
diámetro menor (38, 48, 238, 248, 438) de dicho asiento de válvula
(36, 46, 236, 246, 336, 436) que es menor que dicho extremo de
diámetro mayor (40, 50, 240, 250) de dicho asiento de válvula (36,
46, 236, 246, 336, 436), presentando dicho asiento de válvula
generalmente troncocónico (36, 46, 236, 246, 336, 436) un ángulo de
asiento (37, 47) relativo a la línea central (57, 67) de dicho
asiento de válvula (36, 46, 236, 246, 336, 436) que es mayor que un
ángulo (59, 69) formado por la línea central (57, 67) de dicho
asiento de válvula (36, 46, 236, 246, 336, 436) y una línea (56,
66) tangente a dicha bola esférica (42, 52, 242, 252, 342, 442,
452) en dicho contacto lineal de bola (44, 54, 344) cuando dicha
bola (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) está en dicha posición
cerrada, delimitando un espacio anular (43, 53) formado entre dicho
asiento de válvula (36, 46, 236, 246, 336, 436) y dicha bola
esférica (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) una zona de flujo
restringido adyacente a dicho contacto lineal de bola (44, 54, 344)
entre dicha bola (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) y dicho extremo
de diámetro menor (38, 48, 238, 248, 438) de dicho asiento de
válvula (36, 46, 236, 246, 336, 436) cuando dicha bola esférica
(42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) se desplaza inicialmente fuera de
dicho contacto lineal (44, 54, 344) a su posición abierta y cuando
dicho fluido de trabajo circula inicialmente más allá de dicha bola
(42, 52, 242, 252, 342, 442, 452), siendo cualquier erosión sónica
del flujo causada por dicho flujo de fluido de trabajo inicial
desplazado de manera sustancialmente inmediata a una zona de
corriente arriba que es adyacente a dicho contacto lineal de bola
(44, 54, 344) y porque no está en de manera hermética por dicha
bola (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) minimizando sustancialmente
de esta manera el daño sónico a dicho extremo de diámetro menor
(38, 48, 238, 248, 438) de dicho asiento de válvula (36, 46, 236,
246, 336, 436).
2. Válvula de control de fluidos selectora según
la reivindicación 1, en la que por lo menos uno de dicho mecanismo
de alta presión y dicho mecanismo de válvula de baja presión es un
mecanismo de válvula de retención de bola.
3. Válvula de control de fluidos selectora según
la reivindicación 1, en la que dicho asiento de válvula
troncocónico (336) está dispuesto en el interior de un disco de
asiento de válvula sustituible (388) dispuesto de manera amovible
en el interior de dicho paso de fluido de válvula.
4. Válvula de control de fluidos selectora según
la reivindicación 1, en la que dicho ángulo de asiento (37, 47)
relativo a dicha línea central (57, 67) es de aproximadamente
cuarenta y cinco grados, de manera que un ángulo entre las partes
diametralmente opuestas de dicho asiento de válvula es de
aproximadamente noventa grados.
5. Válvula de control según la reivindicación 1,
en la que dicho paso de válvula de fluido comprende una cavidad
generalmente cilíndrica (60, 70) inmediatamente adyacente a dicho
extremo de diámetro mayor (40, 50, 240, 250) de dicho asiento de
válvula (36, 46, 236, 246, 336, 436), siendo dicha cavidad (60, 70)
mayor en diámetro que dicho extremo de mayor diámetro (40, 50, 240,
250), comprendiendo, además, dicho mecanismo de válvula una guía de
bola generalmente cilíndrica (62, 72, 262, 272, 362, 462, 472)
dispuesta en dicha cavidad (60, 70) de dicho paso de fluido,
presentando dicho guía de bola (62, 72, 262, 272, 362, 462, 472) una
perforación de guiado central (64, 74, 264, 274, 364, 464) que se
extiende axialmente a través de ella, presentando dicha guía de
bola (62, 72, 262, 272, 362, 462, 472) varias aletas de guiado que
se extienden axialmente y circunferencialmente separadas (66, 76,
266, 276, 366) que sobresalen radialmente hacia el interior de dicha
perforación de guiado (64, 74, 264, 274, 364, 464), siendo dicha
bola (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) recibida en el interior de
dicha perforación de guiado (64, 74, 264, 274, 364, 464) para su
movimiento axial en el interior de los bordes radialmente hacia el
interior de dichas aletas de guiado (66, 76, 266, 276, 366) entre
dicha posición abierta y dicha posición cerrada, siendo el diámetro
interior de dicha cavidad (60, 70) mayor que el diámetro exterior
de dicha guía de bola (62, 72, 262, 272, 362, 462, 472) para
permitir que dicha guía de bola (62, 72, 262, 272, 362, 462, 472)
flote radialmente en el interior de dicha cavidad (60, 70) y para
permitir que dicha bola esférica (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452)
sea sustancialmente de autocentrado para el sellado del contacto
lineal (44, 54, 344) con dicho extremo de diámetro menor (38, 48,
238, 248, 438) de dicho asiento de válvula troncocónico (36, 46,
236, 246, 336, 436).
6. Válvula de control según la reivindicación 5,
en la que dicho asiento de válvula troncocónico (336) está
dispuesto en el interior de un disco de asiento de válvula
sustituible (388) dispuesto de manera amovible en el interior de
dicho paso de fluido de válvula.
7. Válvula de control según la reivindicación 5,
en la que dicho mecanismo de válvula comprende un elemento de
precarga elástico (71, 261, 271, 361, 461) para la solicitación
elástica de dicha guía de bola (62, 72, 262, 272, 362, 462, 472)
hacia un extremo axial de dicha parte de cavidad.
8. Válvula de control según la reivindicación 7,
en la que dicho elemento de precarga elástico (71, 261, 271, 361,
461) es una arandela ondulada de resorte.
9. Válvula de control según la reivindicación 1,
en la que dicho fluido de trabajo a alta presión y dicho fluido de
trabajo a baja presión son fluidos de trabajo neumáticos.
10. Válvula de control según la reivindicación
9, en la que dicho fluido de trabajo neumático a alta presión está
a una presión en el intervalo comprendido entre 300 psig y 900 psig
(21 bares y 62 bares).
11. Válvula de control según la reivindicación
10, en la que dicho fluido de trabajo neumático a alta presión está
a una presión de aproximadamente 600 psig (41 bares)
12. Válvula de control según la reivindicación
9, en la que dicho fluido de trabajo a baja presión está a una
presión en el intervalo comprendido entre 10 psig y 300 psig (0,7
bares y 21 bares).
13. Válvula de control según la reivindicación
12, en la que dicho fluido de trabajo a baja presión está a una
presión de aproximadamente 100 psig.
14. Válvula de control según la reivindicación
1, en la que dicho fluido de trabajo a alta presión y dicho fluido
de trabajo a baja presión son fluidos de trabajo líquidos
presurizados.
15. Válvula de control según la reivindicación
2, en la que dicha bola (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) está
constituida por un material metálico.
16. Válvula de control según la reivindicación
15, en la que dicho material metálico comprende acero
inoxidable.
17. Válvula de control según la reivindicación
2, en la que dicha bola (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) está
constituida por un material sintético.
18. Válvula de control según la reivindicación
1, en la que dicha válvula de control (210, 410) es una válvula de
control neumática y en la que dicho mecanismo de válvula de alta
presión y dicho mecanismo de válvula de baja presión son mecanismos
de válvula de retención de bola y en la que dicho ángulo de asiento
(37, 47) relativo a dicha línea central (57, 67) es de
aproximadamente cuarenta y cinco grados de manera que un ángulo
entre partes diametralmente opuestas de dicho asiento de válvula
sea de aproximadamente de noventa grados, comprendiendo dicho paso
de válvula de fluido una cavidad generalmente cilíndrica (60, 70)
inmediatamente corriente arriba de dicho extremo aguas arriba de
mayor diámetro (40, 50, 240, 250) de dicho asiento de válvula (36,
46, 236, 246, 336, 436), siendo dicha cavidad (60, 70) de mayor
diámetro que dicho extremo corriente arriba de mayor diámetro (40,
50, 240, 250), comprendiendo además dicho mecanismo de válvula una
guía de bola generalmente cilíndrica (62, 72, 262, 272, 362, 462,
472) dispuesta en dicha cavidad (60, 70) de dicho paso de fluido,
presentando dicha guía de bola (62, 72, 262, 272, 362, 462, 472) una
perforación de guiado central (64, 74, 264, 274, 364, 464) que se
extiende axialmente a través de ella, presentando dicha guía de bola
(62, 72, 262, 272, 362, 462, 472) varias aletas de guiado que se
extienden axialmente y circunferencialmente separadas (66, 76, 266,
276, 366) que sobresalen radialmente hacia el interior de dicha
perforación de guiado (64, 74, 264, 274, 364, 464), siendo dicha
bola (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) recibida en el interior de
dicha perforación de guiado (64, 74, 264, 274, 364, 464) para su
movimiento axial en el interior de los bordes radialmente hacia el
interior de dichas aletas de guiado (66, 76, 266, 276, 366) entre
dicha posición abierta y dicha posición cerrada, siendo el diámetro
interior de dicha cavidad (60, 70) mayor que el diámetro exterior de
dicha guía de bola (62, 72, 262, 272, 362, 462, 472) para permitir
que dicha guía de bola (62, 72, 262, 272, 362, 462, 472) flote
radialmente en el interior de dicha cavidad (60, 70) y para permitir
que dicha bola esférica (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) sea
sustancialmente de autocentrado para el sellado del contacto lineal
(44, 54, 344) con dicho extremo de diámetro menor (38, 48, 238,
248, 438) de dicho asiento de válvula troncocónico (36, 46, 236,
246, 336, 436).
19. Válvula de control de fluidos selectora
neumática según la reivindicación 18, en la que dicho asiento de
válvula troncocónico (336) está dispuesto en el interior de un disco
de asiento de válvula sustituible (388) dispuesto de manera
amovible en el interior de dicho paso de fluido de válvula.
20. Válvula de control según la reivindicación
18, en la que dicho mecanismo de válvula comprende un elemento de
precarga elástico (71, 261, 271, 361, 461) para la solicitación
elástica de dicha guía de bola (62, 72, 262, 272, 362, 462, 472)
hacia un extremo axial de dicha parte de cavidad.
21. Válvula de control según la reivindicación
20, en la que dicho elemento de precarga elástico (71, 261, 271,
361, 461) es una arandela ondulada elástica.
22. Válvula de control según la reivindicación
18, en la que dicho fluido de trabajo neumático a alta presión está
a una presión en el intervalo comprendido entre 300 psig y 900 psig
(21 bares y 62 bares).
23. Válvula de control según la reivindicación
22, en la que dicho fluido de trabajo neumático a alta presión está
a una presión de aproximadamente 600 psig (41 bares).
24. Válvula de control según la reivindicación
18, en la que dicho fluido de trabajo a alta presión está a una
presión en el intervalo comprendido entre 10 psig y 300 psig (0,7
bares y 21 bares).
25. Válvula de control según la reivindicación
24, en la que dicho fluido de trabajo a baja presión está a una
presión de aproximadamente 100 psig.
26. Válvula de control según la reivindicación
18, en la que dicha bola (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) está
constituida por un material metálico.
27. Válvula de control según la reivindicación
26, en la que dicho material metálico comprende de acero
inoxidable.
28. Válvula de control según la reivindicación
18, en la que dicha bola (42, 52, 242, 252, 342, 442, 452) está
constituida por un material sintético.
29. Válvula de control según la reivindicación
18, en la que dicha válvula de control de fluidos selectora (210,
410) suministra por lo menos dos presiones de fluido de trabajo
diferentes a un dispositivo accionado por fluidos mediante una
válvula de control de fluidos primaria separada (10).
30. Válvula de control según la reivindicación
18, en la que dicha válvula de control de fluidos selectora (410)
está adaptada para suministrar más de dos presiones de fluidos de
trabajo diferentes, presentando además por lo menos dos de dichas
entradas a alta presión (420a, 420b) en comunicación fluídica
respectiva con por lo menos dos fuentes de fluido de trabajo
neumático a presiones relativamente altas diferentes,
respectivamente, por lo menos dos de dichos mecanismos de válvula
de retención de bola a alta presión y por lo menos dos de dichos
accionadores piloto (480a, 480b).
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