ES2269392T3 - Valvula con control magnetico. - Google Patents

Abstract

Válvula para el control de caudal de un fluido en un circuito, del tipo en cual la válvula (10) comprende un cuerpo de válvula 12 que delimita una cámara de control 14 en la cual un obturador 22 puede desplazarse axialmente bajo la acción de medios de generación de campo magnético 32 dispuestos en el exterior de la cámara 14, y del tipo en el cual la cámara 14 presenta un extremo delantero que forma un vástago 26 contra el cual el obturador 22 se apoya en una posición de cierre, caracterizada porque la cámara 14 comprende al menos dos secciones útiles 16, 18 de secciones transversales diferentes, en las que el obturador 22 puede ocupar, además de la posición de cierre, al menos una posición retrasada en la cual se recibe en un primero 16 de las dos secciones útiles, y una posición intermediaria en la cual se recibe en la segunda 18 de las secciones, de manera que determine al menos dos caudales diferentes para el fluido a través de la válvula 10, y en que el campo magnético creado es asimétrico de manera que sujeta transversalmente el obturador 22 contra una porción 38 de pared de cuerpo de válvula 12 que, a lo largo todo el curso axial del obturador en la cámara, presenta un espesor sensiblemente constante.

Description

Válvula con control magnético.

La invención concierne una válvula para el control del caudal de un fluido en un circuito, del tipo en el cual la válvula comprende un cuerpo de válvula que delimita una cámara de control en la cual un obturador puede desplazarse axialmente bajo la acción de medios de generación de campo magnético dispuestos al exterior de la cámara, y del tipo en el cual la cámara presenta una extremo delantero que forma un vástago contra el cual el obturador llega en apoyo en una posición de cierre.

Una válvula tal es particularmente destinada a ser utilizada en una máquina de relleno luego permite una limpieza perfecta del circuito de distribución del fluido, lo que permite evitar cualquier contaminación del fluido en el transcurso del llenado. Por supuesto, una válvula tal se revela particularmente ventajosa en el caso de llenado de productos alimenticios.

En efecto, según una característica esencial de este tipo de válvulas en donde se encuentran ejemplos en los documentos FR-A_2.206.726 y DE-A- 1.600.717, el obturador está enteramente comprendido en la cámara de control sin ser conectado por cualquier órgano que esté al exterior del circuito. Así, se garantiza un perfecto aislamiento entre el interior y el exterior del circuito.

Tal no es el caso de válvulas en las cuales el obturador está desplazado por un accionador electromagnético por intermedio de un vástago de control. En efecto, el vástago de control presenta entonces un extremo unido al obturador que está en el interior del circuito, y un extremo unido al accionador que está en el exterior. Sin falta, hay entonces que prever medios de hermeticidad alrededor del vástago, estos medios no deben impedir los movimientos del vástago, que controla los desplazamientos del obturador. Ahora bien, estos medios de hermeticidad están sometidos a los desgastes y pueden convertirse en un punto de entrada para los contaminantes.

Las válvulas en cuya posición el obturador está controlado por un campo magnético son por lo tanto particularmente interesantes en términos de limpieza del circuito de distribución del líquido. Sin embargo, la mayor parte estas válvulas son válvulas del tipo "todo o nada". En efecto, el campo magnético está creado por ejemplo por un electroimán de manera que el obturador puede ocupar más de dos posiciones según el electroimán esté alimentado eléctricamente o no.

Ahora bien, para las máquinas de llenado, aparece que es interesante poder disponer de varios caudales del fluido, particularmente para poder acelerar el llenado a pesar del fenómeno de creación de espuma. En efecto, cuando el caudal de llenado es importante, lo que permite llenar rápidamente un volumen dado de producto, se observa sin falta la aparición de espuma. Esto se revela particularmente molesto al final de llenado pues la espuma conduce a un desbordamiento del producto, lo que implica no solamente una pérdida de producto sino también una incertidumbre en cuanto a la cantidad de producto que está efectivamente contenida en el recipiente al final del llenado. Por supuesto, la formación de espuma es siempre menos importante si se reduce el caudal de llenado, pero se aumenta entonces la duración de éste.

Así, parece particularmente interesante llenar el recipiente en dos fases. En una primera fase, se privilegia la rapidez de llenado utilizando un grueso caudal de fluido, sin preocuparse del problema de un espumado del producto. En una segunda fase, se utiliza un caudal menor para permitir a la espuma, eventualmente creada en el curso de la primera fase, reabsorberse y para llegar al nivel deseado de llenado, sea en términos de peso de producto sea en términos de volumen o de altura de llenado, con la mayor precisión
posible.

Ahora bien, un procedimiento tal de llenado necesita la utilización de una válvula capaz de determinar al menos dos caudales diferentes. Un resultado tal puede ser obtenido utilizando una válvula proporcional. Sin embargo, las válvulas proporcionales, en las cuales se debe dominar con una gran precisión la posición axial del obturador en la cámara de control, son relativamente complejas y onerosas, tanto en su concepción propia, como en lo que concierne al circuito de control necesario para su puesta en marcha.

Con este objetivo, la invención propone una válvula para el control de caudal de un fluido en un circuito, del tipo en el cual la válvula comprende un cuerpo de válvulas que delimita una cámara de control en la cual un obturador puede desplazarse axialmente bajo la acción de medios de generación de campo magnético dispuestos en el exterior de la cámara, y del tipo en el cual la cámara presenta un extremo delantero que forma un vástago contra el cual el obturador se apoya en una posición de cierre, caracterizado porque la cámara comprende al menos dos partes útiles de secciones transversales diferentes, en que el obturador puede ocupar, además de la posición de cierre, al menos una posición retrasada en la cual se recibe en un primero de los dos secciones útiles, y una posición intermediaria en la cual se recibe el segundo de los secciones de manera que determine al menos dos caudales diferentes para el fluido al través de la válvula, y porque el campo magnético creado es asimétrico de manera que sujete transversalmente el obturador contra una porción de pared del cuerpo de válvula que, a lo largo de todo del curso axial del obturador en la cámara, presente una espesor sensiblemente constante.

Según otras características de la invención:

- las dos secciones son sensiblemente cilíndricas, de ejes sensiblemente paralelos, estando los dos ejes separados de manera que las dos secciones tengan una generatriz común,

- los dos secciones útiles están conectadas la una a la otra por un trozo de conexión en donde la sección varía progresivamente a lo largo del eje;

- los medios de generación de campo magnético pueden ser desplazados axialmente a lo largo de la pared del cuerpo de válvula, siguiendo el obturador los desplazamientos de los medios de generación de campo;

- los medios de generación del campo magnético comprenden imanes permanentes;

- los medios de generación del campo magnético comprenden al menos dos fuentes de campo electromagnético que pueden ser activadas independientemente la una de la otra para mantener el obturador en posición retrasada y en posición intermedia;

el obturador es una bola en material ferromagnético; y el vástago de la válvula está constituido por una arista circular con un ángulo agudo.

Otras características y ventajas de la invención aparecerán con la lectura de la descripción detallada que sigue así como en los dibujos anexos en los cuales:

- la figura 1 es una vista esquemática en perspectiva de una válvula conforme a las enseñanzas de la invención;

- la figura 2 es una vista esquemática en corte axial de la válvula en posición de apertura;

- la figura 3 es una vista esquemática en corte transversal de la válvula según la figura 2;

- las figuras 4 y 5 son vistas similares a las de la figura 2 que ilustran la válvula respectivamente en posición intermedia y en posición de cierre.

La válvula 10 que está ilustrada sobre las figuras comprende un cuerpo de válvula 12 sensiblemente tubular de eje A1. La cara externa del cuerpo de válvula es cilíndrica de eje A1 mientras que el volumen interno del cuerpo de válvula 12, que forma una cámara de control 14 en la cual circula el fluido del cual se quiere regular el caudal, comprende varias secciones de secciones diferentes.

Con respecto a un sentido preferencial de circulación del fluido en la válvula, que está representado sobre las figuras por las flechas, los cuerpos de válvula 12 presentan un trozo más arriba 16, un trozo intermediaria 18 y la sección más arriba 20. La cámara de control 14 comprende las secciones más arriba 16 e intermediaria 18.

De manera conocida, un obturador 22 es recibido en la cámara de control 14 para regular el caudal del flujo a través de la válvula 10. El obturador 22 es en el caso de que una bola en acero inoxidable magnético cuya posición axial en la cámara de control 14 esté controlada por un dispositivo externo 24 que será descrito más en detalle en lo que sigue. Otras formas de obturador también son bien entendidas como posibles pero la forma esférica de la bola, aunque penalizadas en términos de acoplado magnético, se verifica como ventajosa en términos de hermeticidad de la válvula y de facilidad de limpieza.

El límite entre la sección intermediaria 18 y la sección más abajo 20 de los cuerpos de válvula 12 está determinado por un vástago 26 sobre el cual el obturador, en el caso de que la bola 22 llegue a apoyarse de manera hermética para asegurar el cierre de la válvula, es decir la interrupción completa de la circulación del líquido a través de la válvula 10 (ver figura 5).

En el ejemplo ilustrado, la sección intermediaria 18 y la sección más abajo 20 son calibres cilíndricos del mismo eje A2. Las secciones intermediarias 18 y más abajo 20 presentan ambas una sección circular, siendo el diámetro de la sección intermediaria 18 superior al de la sección más abajo 20 de tal suerte que delimitan entre ellas un reborde anular.

Habría sido posible realizar este reborde bajo la forma de un chaflán cónico sobre el cual la esfera vendría a apoyarse en posición de cierre. Sin embargo, en el ejemplo propuesto, el diámetro de la esfera 22 y la configuración de reborde hacen que, en posición de cierre tal como se ilustra en la figura 5, la esfera 22 viene a apoyarse sobre la arista con ángulo agudo 26 que se encuentra en la intersección de la superficie del reborde y de la superficie lateral de la sección más abajo 20. Esta disposición permite garantizar relativamente de forma fácil la hermeticidad de la válvula en posición de cierre. Permite también conservar esta hermeticidad en el caso en el cual el fluido que circula en la válvula es por ejemplo un líquido alimenticio que contiene pulpas. En efecto, en este caso las pulpas son siempre susceptibles atascarse entre el obturador 22 y el vástago 26, con riesgo de impedir el cierre hermético de la válvula. En la válvula 10, el vástago 26 presenta un carácter cortante de tal manera que un pedazo de pulpa que se encontrara entre la esfera 22 y el vástago 26 sería cortado gracias a la fuerza de apoyo de la esfera sobre el vástago. Así cortado, el pedazo de pulpa no podría alterar más la estanqueidad de la válvula.

Se notará que la forma la sección más abajo 20 es indiferente para el funcionamiento del obturador en ese sistema de control y que podría ser adaptada, por ejemplo para mejorar las características de circulación del fluido.

La sección más arriba 16 de la cámara de control 14 es también un cilindro circular que, en el ejemplo propuesto, presenta el mismo eje A1 que la superficie externa del cuerpo de válvula, sin que ésta sea una necesidad.

Según un primer aspecto de la invención, las dos secciones más arriba 16 e intermediaria 18 presentan, en sección, un tamaño diferente. El diámetro de la sección intermediaria 18 es, en el caso de que sea inferior al de la sección más arriba 16.

La esfera 22 puede ser llevada y mantenida por el dispositivo de control 24 sea en una posición de plena abertura en la cual es recibida en la sección más arriba 16, sea en una posición intermedia en la cual sea recibida en la sección intermediaria 18.

En posición intermediaria de la esfera 22, se puede ver sobre la figura 4 que la sección de paso que queda para el fluido es reducida con respecto a la disponible cuando la esfera se encuentra en posición de plena abertura tal como la que está ilustrada en la figura 2. De tal manera, manteniendo la esfera 22 en la sección más arriba 16 o en la sección intermediaria 18, se determina dos caudales de fluidos diferentes a través de la válvula.

Preferiblemente, las secciones más arriba 16 e intermediaria 18 están conectadas una a la otra de manera progresiva por un trozo de conexión 30 cuya sección varía progresivamente para evitar que haya una variación brutal y discontinua de sección en la cámara de control 14.

Según otro aspecto a la invención, el control de la posición axial de la esfera se hace gracias a un dispositivo externo que pone en marcha un acoplado magnético entre el dispositivo externo y el obturador.

En el ejemplo propuesto, el dispositivo externo utiliza un circuito magnético 32 con imanes permanentes que es susceptible de ser desplazado parcialmente, por gatos con presión de fluido 34, 36 entre tres posiciones ilustradas respectivamente en las figuras 2, 4 y 5. El circuito magnético 32 opera a través del cuerpo de válvula 12 que es material magnético, para atraer la esfera magnética 22 la cual sigue entonces los desplazamientos axiales del circuito magnético.

Según un aspecto de la invención, el campo magnético creado por el circuito magnético 24 es asimétrico de tal manera que la esfera 22 se encuentra siempre sujeta transversalmente contra una porción de la pared lateral en la cámara de control 14. De tal suerte, cualquiera que sea la posición axial de la esfera 22, se encuentra en permanente apoyo contra esta porción definida de la pared lateral de la cámara de control. Según la invención, el espesor de esta porción de pared lateral es sensiblemente constante sobre todo el curso axial de la esfera 22.

Para hacerlo así, se ha escogido realizar, en el ejemplo ilustrado, las dos secciones arriba 16 e intermediaria 18 bajo la forma de dos cilindros de eje A1 y A2 paralelos pero distintos. La separación transversal de los dos ejes A1 y A2 es igual a la diferencia de radios de las dos secciones de tal manera que las dos secciones cilíndricas presentan una generación común 38. En vista de lo anterior, tal como se representa sobre la figura 3, las dos secciones son vistas bajo la forma de dos círculos tangentes por el interior. La generatiz común 38 está entonces a la derecha teórica sobre la cual rueda la esfera 22 cuando se desplaza axialmente por el dispositivo 24. De tal suerte, se evita que la esfera tenga que franquear un "escalón" al paso entre la sección más arriba 16 y la sección intermediaria 18.

Gracias a esta disposición según la invención, el entrehierro entre la esfera 22 y el circuito con imanes permanentes es sensiblemente constante, lo que permite conservar sin ninguna duda un acoplado magnético entre la esfera y el dispositivo de control 24. Tal no sería el caso si se utiliza un campo magnético concéntrico creado por un imán anular y rodeando la cámara de control 14.

En teoría, la porción de pared de espesor constante se reduce a una simple recta que corresponde a la generatriz 38. En la práctica, esta porción presentará una cierta longitud, asimilándose así a una banda de rodamiento. Incluso, el espesor de esta porción de pared podrá presentar una variación reducida de espesor, sea bajo la forma de una variación continua o sea bajo la forma de un pequeño escalón. Lo esencial de este punto de vista es que la fuerza de atracción ejercida sobre la esfera no se encuentra disminuida de manera significativa.

Como se puede ver sobre la figura 3, el circuito magnético 32 comprende para lo esencial un cuerpo de un bucle magnético 40 que porta dos series de imanes 42 orientados de manera que, en el exterior del circuito magnético, las líneas de flujo magnético convergen sensiblemente hacia el centro de la cámara de control 14 para obtener el mejor acoplado posible con la esfera 22. Como se ve también sobre la figura 1, el cuerpo de la válvula 12 presenta sobre su superficie externa 2 caras planas 44 que se extienden axialmente a lo largo de la trayectoria de los imanes 42 para disminuir incluso el espesor de la pared. Preferiblemente, los imanes 42 no hacen contacto sobre los caras planas 44. Por supuesto, las caras planas 44 y los imanes 42 están situados en correspondencia con la porción de pared de espesor constante 38.

El circuito magnético 32 va montado sobre una platina 46 que es solidaria del vástago del gato principal 34, el cual está dispuesto paralelamente al cuerpo de la válvula 12. El gato principal es un gato neumático "de efecto simple" en el cual el vástago es retrocedido por un resorte interno hacia una posición de reposo que corresponde a la posición de cierre de la válvula. En posición de elongación máxima tal como se ilustra en la figura 2, el vástago del gato principal 34 lleva el circuito magnético hasta una posición correspondiente a la abertura plena de la válvula, es decir a una posición tal en la cual la esfera es recibida en la sección más arriba 16 de la cámara de control 14, es decir la sección de más grande diámetro.

El gato auxiliar 36 permite llevar un tampón de soporte de retención 48 hasta una posición saliente en la cual es susceptible de impedir el retorno del circuito magnético hacia la posición de cierre. En efecto, el gato secundario 36 está dispuesto en paralelo al gato principal 34 y, en posición saliente del tampón de tope de retención 48, el circuito magnético 32 llega en apoyo, sensiblemente al medio curso, sobre el tampón 48 cuando el resorte del gato principal 34 lleva la platina 46 en posición de cierre como se ilustra sobre la figura 4. Así, la esfera 22, que sigue los desplazamientos del circuito magnético 32, se encuentra entonces mantenida en el interior de la sección intermedia 18 de la cámara 14. Cuando el gato secundario está controlado hacia su posición de reposo tal como se ilustra en la figura 5, el resorte del gato principal puede entonces llevar el circuito magnético hacia una posición tal que la esfera 22 se encuentra sujeta contra su vástago 26 para asegurar el cierre de la válvula 10.

En el ejemplo ilustrado, el gato auxiliar 36 es un gato del tipo "de doble efecto". Esto permite particularmente llevar muy rápidamente el tampón de tope de retención 48 hacia su posición escamoteada en la cual permite el cierre de la válvula partiendo de la posición intermediaria.

La utilización de un gato principal con efecto simple permite particularmente garantizar que, en caso de fallo del sistema, la válvula sea automáticamente llevada en posición de cierre. Sin embargo, en ciertas aplicaciones que necesiten tiempos de cierre muy cortos, se podrá utilizar un gato principal del tipo "doble efecto".

El modo de realización de la invención que acaba de ser descrita no es más que un ejemplo no limitativo. En efecto, se podrá prever otras disposiciones constructivas, particularmente para la realización del dispositivo de control 24. En efecto, se podrá prever utilizar otros tipos de accionadores para asegurar los desplazamientos del circuito magnético. Se podrá también prever reemplazar el circuito magnético con imanes permanentes por un circuito magnético con electroimanes, conservando el principio de acoplado magnético permanente así como el sistema de desplazamiento del circuito magnético.

Sin embargo, este dispositivo de control podría incluso ser reemplazado por un sistema que comprende varios electro imanes dispuestos de manera que puedan atraer y mantener la esfera en las diferentes posiciones axiales requeridas en la cámara de control. Los diferentes electroimanes serían entonces alimentados alternativamente para controlar los diferentes modos de funcionamiento de la válvula 10.

En el ejemplo de realización ilustrado, la válvula está representada en una posición vertical, el fluido circulante de arriba hacia abajo en la cámara de control, de tal suerte que la esfera tiende a ser sujetada contra su vástago por la presión del fluido. Con esta disposición, el circuito de control podría ser previsto para dejar la esfera libre en posición de reposo. Sin embargo, el hecho de prever un mantenimiento positivo de la esfera contra su vástago por acoplado magnético permite utilizar la válvula en otra orientación espacial o con un sentido inverso de circulación del fluido en la válvula 10.

En todas los casos, la válvula según la invención está controlada en "todo o nada" lo que simplifica considerablemente los circuitos de control para colocar en marcha, garantizando una muy buena precisión de los caudales de fluido. En efecto, para una presión de fluido dada, los dos caudales a través de la válvula son determinados por la sección de paso residual que deja subsistir la esfera cuando es mantenida en una de las dos secciones más arriba o intermediaria. Se notará que estas secciones son preferencialmente cilíndricas de manera que presenten una sección constante sobre una cierta longitud axial. Así, en tanto que la esfera está contenida en este trozo, la sección de paso queda constante, independientemente de una relativa imprecisión en cuanto a la posición exacta de la esfera en la sección.

Por supuesto, el experto en la técnica podrá sin dificultad deducir de la presente descripción una variante de ejecución de la invención para realizar una válvula que permita determinar más de dos caudales discretos diferentes. Será suficiente en efecto prever, hacia arriba del vástago tantas secciones útiles de secciones diferentes según se quiera poder controlar caudales discretos.

Claims (8)

1. Válvula para el control de caudal de un fluido en un circuito, del tipo en cual la válvula (10) comprende un cuerpo de válvula 12 que delimita una cámara de control 14 en la cual un obturador 22 puede desplazarse axialmente bajo la acción de medios de generación de campo magnético 32 dispuestos en el exterior de la cámara 14, y del tipo en el cual la cámara 14 presenta un extremo delantero que forma un vástago 26 contra el cual el obturador 22 se apoya en una posición de cierre,

caracterizada porque la cámara 14 comprende al menos dos secciones útiles 16, 18 de secciones transversales diferentes, en las que el obturador 22 puede ocupar, además de la posición de cierre, al menos una posición retrasada en la cual se recibe en un primero 16 de las dos secciones útiles, y una posición intermediaria en la cual se recibe en la segunda 18 de las secciones, de manera que determine al menos dos caudales diferentes para el fluido a través de la válvula 10, y en que el campo magnético creado es asimétrico de manera que sujeta transversalmente el obturador 22 contra una porción 38 de pared de cuerpo de válvula 12 que, a lo largo todo el curso axial del obturador en la cámara, presenta un espesor sensiblemente constante.

2. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque las dos secciones útiles 16, 18 son sensiblemente cilíndricas, de ejes (A1, A2) sensiblemente paralelos, estando los dos ejes separados de manera que

\hbox{las dos
secciones tengan una generatriz común 38.}

3. Válvula según una las reivindicaciones 1 o 2 caracterizada porque las dos secciones útiles 16, 18 está conectadas una a la otra por un trozo de conexión 30 cuya sección varía progresivamente a lo largo del eje.

4. Válvula según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los medios de generación de campo magnético 32 pueden ser desplazados axialmente a lo largo de la pared de los cuerpos de la válvula 12, el obturador 22 siguiendo los desplazamientos de los medios de generación de campo.

5. Válvulas en una cualquiera en las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los medios de generación del campo magneto 32 comprenden imanes permanentes 42.

6. Válvulas en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los medios de generación del campo magnético comprenden al menos dos fuentes de campo electromagnético que pueden ser activadas independientemente la una de la otra, para mantener el obturador 22 en posición retrasada y en posición intermediaria.

7. Válvula según una cualquiera en las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el obturador es una esfera en material ferromagnéti-
co.

8. Válvulas en una cualquiera en las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el vástago de la válvula está constituido por una arista circular con ángulo agudo 26.