ES2273152T3 - Valvula. - Google Patents

Abstract

Válvula de bola para fluidos que comprende un cuerpo (11) provisto de una entrada (12) y de una salida (13) y de una cámara interior (14) en la que se recibe de manera que pueda girar un elemento de bola (15) que presenta un paso de comunicación principal (17) que pasa a través del elemento de bola (15), pudiendo dicho elemento de bola (15) girar entre una posición angular en la que la válvula se encuentra completamente cerrada, en la que dicho paso principal (17) está dispuesto sustancialmente transversal a la entrada (12) y a la salida (13), y una posición angular en la que la válvula se encuentra completamente abierta, en la que dicho paso principal (17) está alineado con la entrada (12) y la salida (13) de la válvula, para constituir una comunicación entre sí, comprendiendo el elemento de bola (15) un segundo paso de comunicación (19) de sección reducida, dispuesto lateralmente con respecto a dicho paso de comunicación principal (17), estando el paso secundario (19) concebido para poneren comunicación la entrada (12) y la salida (13) de la válvula entre sí, cuando dicho elemento de bola (15) se encuentre en una gama de posiciones angulares intermedias entre dichas posiciones completamente abierta y completamente cerrada, caracterizada porque dicho paso secundario (19) está concebido para no estar en comunicación ni con la entrada (12) ni con la salida (13) cuando el elemento de bola (15) se encuentre en la posición completamente abierta y porque el paso secundario (19) está formado por una pluralidad de discos dispuestos embalados (22) que se reciben en un asiento (23) en dicho elemento de bola (15), estando dichos discos (22) provistos de una pluralidad de orificios (25) que delimitan los segmentos de dicho paso secundario (19).

Description

Válvula.

La presente invención se refiere a una válvula de regulación innovadora del tipo de bola. En la técnica se conocen, especialmente cuando se utilizan fluidos gaseosos, los problemas relacionados con las válvulas de bola en las transiciones de apertura y cierre y en las posiciones intermedias para la regulación de flujo.

En un intento de mejorar el rendimiento de dichas válvulas, se han propuesto distintas soluciones en la técnica conocida. Por ejemplo (véase el documento EP-A-0831262), se ha sugerido la inserción de deflectores perforados en el conducto que pasa a través del elemento de bola, de manera que se cierre parcialmente la entrada de dicho conducto. Esta zona parcialmente cerrada y perforada debería proporcionar una regulación mejorada en las posiciones de giro intermedias de la bola. Desafortunadamente, esta solución elimina la posibilidad de obtener una válvula abierta en su totalidad, ya que el deflector perforado obstruye parcialmente el conducto. Además, debido a la forma específica de los bordes de acoplamiento formados por el deflector perforado y los pasos presentes, bajo algunas condiciones de funcionamiento se generan silbidos y vibraciones inaceptables, especialmente a velocidades elevadas del fluido.

El documento nº US 5.509.446 da a conocer una válvula de bola con un paso principal y un paso secundario enfrentados a la entrada y a la salida de la válvula, obteniendo así una caída de presión en el flujo de fluido.

Un objetivo general de la presente invención consiste en superar las desventajas de las válvulas de bola conocidas, proporcionando una válvula de bola que no sólo permita un funcionamiento ON/OFF, sino que también ofrezca la posibilidad de regular el flujo con un alto diferencial de presiones o con un bajo diferencial, pero a un ángulo de regulación útil elevado, todo ello con una estructura de funcionamiento sencilla y robusta que resulte satisfactoriamente silenciosa incluso a velocidades de fluido elevadas.

En relación al objetivo mencionado, de acuerdo con la invención se ha concebido una válvula de bola para fluidos que presenta las características mencionadas en la reivindicación 1.

Para una mejor exposición de los principios innovadores de la presente invención, así como de las ventajas que ésta ofrece sobre la técnica conocida, a continuación se describirá una forma de realización como posible ejemplo que explica dichos principios, a partir de los dibujos adjuntos. En dichos dibujos:

- la Figura 1 es una vista seccionada esquemática de una válvula según la invención;

- la Figura 2 es una vista frontal del elemento de bola de la válvula de la Figura 1.

Haciendo referencia a los dibujos, en la Figura 1 se muestra una válvula de bola para fluidos, en particular gases, y generalmente se indica con el número de referencia 10. Dicha válvula comprende un cuerpo 11 provisto de una entrada 12 y de una salida 13, dispuestas de forma coaxial en los extremos opuestos de una cámara interior 14, en la que se recibe de forma que pueda girar un elemento de estanqueidad de bola 15. El elemento de bola puede girar, gracias a unos medios conocidos que no se muestran, alrededor de su eje 16, y está provisto de un paso principal de comunicación 17 que lo atraviesa. Están previstos unos elementos de estanqueidad hidráulica 18 conocidos entre el elemento de bola y la cámara.

De este modo, el elemento de bola puede girar entre una posición angular en la que la válvula se encuentra cerrada en su totalidad, presentando dicho paso 17 un eje dispuesto sustancialmente transversal al eje de entrada y salida común, y una posición angular en la que la válvula se encuentra abierta en su totalidad, estando el paso principal 17 alineado con la entrada y la salida de la válvula para constituir una comunicación entre las mismas.

El paso principal 17 presenta ventajosamente un diámetro sustancialmente próximo al diámetro de apertura de los conductos de entrada y salida 12 y 13 en la cámara.

Además del paso principal 17, el elemento de bola 15 comprende un paso de comunicación secundario separado 19 de una sección reducida si se compara con el paso principal y dispuesto paralelo y lateral a dicho paso principal.

Tal como se muestra claramente en la Figura 1, el paso secundario 19 está concebido para comunicar la entrada y la salida de la válvula entre sí cuando dicho elemento de bola se encuentra en una gama de posiciones angulares intermedias entre las posiciones completamente abierta y completamente cerrada mencionadas anteriormente.

Ventajosamente, el paso secundario 19 comprende una pluralidad de vías para el fluido que preferentemente son tortuosas, para disipar una cantidad elevada de la energía del fluido y, consecuentemente, generar una diferencia de presión importante entre la entrada y la salida de la válvula cuando el elemento de bola se encuentre en dicha gama de posiciones angulares intermedias. Dependiendo de los requisitos, la diferencia de presión también puede alcanzar valores muy elevados otorgando a las vías los tamaños adecuados.

Tal como se pone de manifiesto en la Figura 2, el paso secundario presenta una sección transversal que se extiende en un ángulo alrededor de dicho paso principal. La extensión puede presentar un ángulo \alpha entre 0º y 360º, ventajosamente entre 45º y 180º y, preferentemente, de aproximadamente 90º alrededor del paso central. El ángulo de extensión de los orificios pequeños del paso secundario puede ser diferente para los sectores individuales, de manera que se permita la expansión de los fluidos compresibles a lo largo del paso secundario. Por lo tanto, puede resultar útil que la zona perforada en la superficie esférica se extienda de acuerdo con las distintas formas y ángulos, dependiendo del tipo de servicio y que dicha zona perforada se encuentre entre 0º y 90º aproximadamente, dado que no se precisa que la extensión sea mayor que el asiento, pero resulta necesario que en los sectores posteriores se extienda angularmente hasta cubrir la totalidad de la circunferencia.

Por ejemplo, el ángulo seleccionado puede presentar un tamaño tal, que la sección del paso lateral se extienda sobre la totalidad del espacio 20 (mostrado esquemáticamente en línea discontinua en la Figura 2) para el paso del fluido a través de la entrada de los conductos de comunicación 12, 13 en la cámara.

Tal como se muestra asimismo en la Figura 2, el paso secundario 19 presenta una sección transversal que se extiende de manera simétrica en una configuración en forma de arco con respecto a un plano medio 21 del elemento de bola que es transversal al eje de giro 16.

Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, en una forma de realización ventajosa de la válvula según la presente invención, dicha válvula comprende un elemento toroidal 22 insertado en un asiento 23 en el elemento de bola con un eje que coincide con el eje del paso principal 17 para rodear el propio paso principal. El elemento toroidal comprende el paso secundario 19. En la forma de realización preferida, el elemento toroidal está, a su vez, formado ventajosamente con una pluralidad de discos o arandelas perforadas 22 que se insertan y disponen en el asiento 23.

De esta manera, se forma el paso principal 17 a través de los orificios centrales alineados 24. Los discos están asimismo provistos de una pluralidad de orificios 25 dispuestos para la extensión angular predeterminada alrededor del orificio central, para delimitar los segmentos del paso secundario. Llevando a cabo la alineación o la desalineación de los orificios de forma adecuada se consigue un obstáculo mayor o menor para el paso del fluido a través del paso secundario.

Resulta particularmente ventajoso para el rendimiento de la válvula, que los orificios 25 de cada uno de los discos presenten un primer diámetro sobre una primera longitud y un segundo diámetro diferente del primero sobre una segunda longitud, tal como se muestra claramente en la Figura 1, haciendo así que la totalidad de los conductos formados con segmentos alternados presenten primeros y segundos diámetros.

De forma ventajosa, se inserta una conducción 26 que forma dicho paso principal en su interior en el paso formado por los orificios centrales de los discos embalados. Tal como se puede apreciar en la línea discontinua de la Figura 1, por lo menos una parte de una conducción 26 que se puede extender hacia la parte exterior de los discos embalados se dispone parte de la entrada próxima a la superficie esférica imaginaria identificada por el elemento de bola en el extremo del paso central. Esto permite el guiado del flujo de forma adecuada, cuando la válvula se encuentre en las condiciones de apertura intermedia. Realizando distintas extensiones de sólo una parte de la conducción, también se pueden obtener vías específicas y se puede evitar la aparición de una sobrepresión o zonas de presión negativa no deseadas en la válvula.

Se dispone un tapón 27 que presenta una forma adecuada, y que está agujereado por lo menos en interferencia con el paso secundario 19 y conecta la superficie del elemento de bola. Dicho tapón presenta una superficie exterior conectada a la superficie del elemento de bola, que está concebida para deslizarse de manera hermética a lo largo del borde del elemento de estanqueidad 18.

En este punto, resulta evidente que se consiguen los objetivos perseguidos. La válvula realizada según la invención permite que se den las posiciones tanto de apertura completa como de cierre completo en una única válvula, así como una gama de regulación satisfactoria. Además, se eliminan los problemas relacionados con las transiciones de apertura y cierre presentes en las válvulas conocidas. Además, seleccionando de manera adecuada la conformación de los pasos secundarios se puede obtener una gama de regulación con características de regulación con altas presiones diferenciales o bajas presiones diferenciales, pero un ángulo de regulación útil considerablemente elevado, antes de alcanzar la posición completamente abierta de la válvula. Disponiendo una extensión de paso mayor alrededor del paso central se permite la expansión del gas, si se desea.

Obviamente, la descripción anterior de una forma de realización que aplica los principios innovadores de la presente invención se proporcionan únicamente a título de ejemplo y, por lo tanto, no se deberá considerar como una limitación de los derechos de patente reclamados en el presente documento. Por ejemplo, los pasos 19 pueden ser orificios, canales, o laberintos más o menos complicados dependiendo del uso práctico, y de los requisitos de fabricación.

Si se desea, podrían estar previstos otros pasos o canales para la conexión entre el paso secundario y el paso principal (en posiciones separadas a lo largo del eje del canal, por ejemplo) con el fin de permitir otra expansión del fluido.

Claims (13)

1. Válvula de bola para fluidos que comprende un cuerpo (11) provisto de una entrada (12) y de una salida (13) y de una cámara interior (14) en la que se recibe de manera que pueda girar un elemento de bola (15) que presenta un paso de comunicación principal (17) que pasa a través del elemento de bola (15), pudiendo dicho elemento de bola (15) girar entre una posición angular en la que la válvula se encuentra completamente cerrada, en la que dicho paso principal (17) está dispuesto sustancialmente transversal a la entrada (12) y a la salida (13), y una posición angular en la que la válvula se encuentra completamente abierta, en la que dicho paso principal (17) está alineado con la entrada (12) y la salida (13) de la válvula, para constituir una comunicación entre sí, comprendiendo el elemento de bola (15) un segundo paso de comunicación (19) de sección reducida, dispuesto lateralmente con respecto a dicho paso de comunicación principal (17), estando el paso secundario (19) concebido para poner en comunicación la entrada (12) y la salida (13) de la válvula entre sí, cuando dicho elemento de bola (15) se encuentre en una gama de posiciones angulares intermedias entre dichas posiciones completamente abierta y completamente cerrada, caracterizada porque dicho paso secundario (19) está concebido para no estar en comunicación ni con la entrada (12) ni con la salida (13) cuando el elemento de bola (15) se encuentre en la posición completamente abierta y porque el paso secundario (19) está formado por una pluralidad de discos dispuestos embalados (22) que se reciben en un asiento (23) en dicho elemento de bola (15), estando dichos discos (22) provistos de una pluralidad de orificios (25) que delimitan los segmentos de dicho paso secundario (19).

2. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el paso secundario (19) comprende una pluralidad de vías para que el fluido genere una diferencia de presión importante entre la entrada (12) y la salida (13) de la válvula cuando el elemento de bola (15) se encuentre en dicha gama de posiciones angulares.

3. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el paso secundario (19) presenta una sección transversal que se extiende en un ángulo alrededor de dicho paso principal (17).

4. Válvula según la reivindicación 3, caracterizada porque dicha extensión está limitada a un ángulo comprendido entre 45º y 180º y, preferentemente, de aproximadamente 90º alrededor de dicho paso principal (17).

5. Válvula según la reivindicación 3, caracterizada porque el paso secundario (19) presenta una sección transversal que se extiende simétricamente con respecto a un plano medio (21) transversal al eje de rotación (16) del elemento de bola (15).

6. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque los discos (22) son toroidales y se reciben en el asiento (23) con un eje coincidente con el eje del paso principal (17) para rodear dicho paso principal (17).

7. Válvula según la reivindicación 6, caracterizada porque los orificios (25) de cada disco (22) se disponen sobre una extensión angular preestablecida alrededor de un orificio central.

8. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque los orificios (25) de cada disco (22) están conformados con un primer diámetro sobre una primera longitud y con un segundo diámetro diferente del primero sobre una segunda longitud.

9. Válvula según la reivindicación 7, caracterizada porque se inserta una conducción (26) que forma dicho paso principal (17) en el interior del mismo en el paso formado por los orificios centrales de los discos embalados (22).

10. Válvula según la reivindicación 9, caracterizada porque por lo menos parte de dicha conducción (26) se extiende hacia el exterior de los discos embalados (22).

11. Válvula según la reivindicación 3, caracterizada porque se inserta un tapón (27) en dicho asiento (23) de los discos (22), cuyo tapón (27) está perforado por lo menos en interferencia con el paso secundario (19) y conecta la pared curvada del elemento de bola (15).

12. Válvula según la reivindicación 11, caracterizada porque dicho tapón (27) presenta una superficie exterior, conectada con la superficie del elemento de bola (15), que está concebida para deslizarse de manera hermética a lo largo del borde de un elemento de estanqueidad (18) rodeando la abertura de la entrada (12) o la salida (13) correspondiente en la cámara (14).

13. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende otros pasos para la conexión entre el paso principal (17) y el paso secundario (19).