ES2278304T3 - Dispositivo de valvula para instalaciones dotadas de convertidores de presion. - Google Patents

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Abstract

Dispositivo de válvula para la conmutación de vías de flujo, especialmente destinado a instalaciones que están dotadas de convertidores de presión y cámaras tubulares (3) por las que fluye alternativamente el fluido, estando dispuesto dentro de un cuerpo (11) un elemento giratorio de control (10, 10.1) con varias vías de flujo, presentando dicho cuerpo (11) varias conexiones (12, 16, 17, 46) para tuberías de conexión, comunicando el cuerpo (11) con un primer sistema de tuberías y estando conectado, a través de las conexiones (16, 17), como mínimo, con un extremo respectivamente de un convertidor de presión, estando el otro extremo de cada convertidor de presión conectado a un segundo sistema de tuberías a través de otras válvulas interpuestas, estando el elemento de control (10, 10.1) dotado de un eje motorizado (50), y comunicando las vías de flujo del elemento de control (10, 10.1) alternativamente con las conexiones dispuestas en el cuerpo (11), y en el que con las posiciones del elemento de control (10, 10.1) un fluido de alta presión afluente fluye alternativamente a los convertidores de presión y el fluido de baja presión efluente de los convertidores de presión llega a la conexión para fluido de baja presión, estando dispuestas una conexión (12) para un fluido de alta presión afluente (HPB), una conexión (46) para un fluido de baja presión (salmuera de baja presión LPB) y conexiones (16, 17) para al menos dos convertidores de presión cargados alternativamente con un fluido de alta presión y un fluido de baja presión, caracterizado porque dentro del cuerpo (11) se produce un flujo afluente en dirección axial y/o radial hacia el elemento de control (10, 10.1) y un flujo efluente del fluido de baja presión en dirección axial desde dicho elemento de control (10, 10.1) hacia la conexión para fluido a baja presión, y porque los orificios de control (37¿40) dispuestos en el elemento de control (10, 10.1) en la zona de una cámara de alta presión (14) presentan un ángulo de abertura distinto al de los correspondientes orificios de flujo (30, 31, 34, 35) del cuerpo (11), a efectos de poder cargar simultáneamente las cámaras tubulares, que están en unión activa con la válvula, durante la conmutación del elemento de control (10, 10.1).

Description

Dispositivo de válvula para instalaciones dotadas de convertidores de presión.
La invención se refiere a un dispositivo de válvula, especialmente destinado a instalaciones que están dotadas de convertidores de presión con cámaras tubulares por las que fluye alternativamente el fluido, estando dispuesto dentro de un cuerpo un elemento de control giratorio con varias vías de flujo, presentando dicho cuerpo varias conexiones para tuberías de conexión, comunicando el cuerpo con un primer sistema de tuberías y estando conectado, como mínimo, con un lado extremo de una cámara tubular, estando el otro lado extremo de cada cámara tubular conectado a un segundo sistema de tuberías a través de otras válvulas interpuestas, estando el elemento de control dotado de un eje motorizado, y comunicando las vías de flujo del elemento de control alternativamente con las aberturas dispuestas en el cuerpo.
Estos convertidores de presión constan de dos o más cámaras tubulares cuyos extremos están dotados de válvulas. Mediante la apertura y el cierre adecuados de las válvulas, las cámaras tubulares son cargadas alternativamente con fluidos de diferente contenido energético. De esta manera, en el interior de las cámaras tubulares se puede transferir una presión elevada de un fluido a otro que sólo tiene poca presión, dentro de una instalación o en el marco de un proceso específico de la instalación. Con la ayuda de estos convertidores de presión es posible, por lo tanto, reducir los gastos energéticos dentro de instalaciones y utilizar bombas de refuerzo más pequeñas para incrementar la presión.
Para el tratamiento de agua se utiliza a menudo el procedimiento de ósmosis inversa. Este consiste en hacer pasar un flujo de líquido a depurar altamente presurizado a través de un sistema de membranas que, tratándose de grandes cantidades de líquido, está formado por múltiples módulos de membranas. En dichos módulos de membranas, las membranas llevan a cabo la separación entre el agua purificada y un concentrado enriquecido, ya que sólo una parte del líquido a depurar puede pasar por la membrana. La parte que fluye a través de la misma sale como agua purificada o también por permeación al otro lado de la membrana, siendo ésta la parte aprovechable. La parte que no pasa por la membrana sale a alta presión del módulo en forma de salmuera, un concentrado de líquido enriquecido con sales y minerales, que constituye la parte no aprovechable. La presión a la que esta parte sale del módulo se sitúa aproximadamente 2 bar por debajo de una presión de entrada al módulo de unos 65 bar.
Por la patente US 5 306 428 se conoce una planta de ósmosis inversa en la que se utilizan convertidores de presión en forma de cámaras tubulares para la recuperación de energía. Con su ayuda se transfiere la presión, todavía elevada, de la salmuera, rica en energía al salir del módulo de membranas, a un líquido todavía por depurar. De esta manera, la potencia motriz de la bomba, requerida para inyectar este líquido, a efectos de conseguir la alta presión necesaria para el procedimiento de ósmosis inversa, se reduce en la medida de dicho aumento de presión.
Para controlar y/o cambiar las vías de flujo de la salmuera para entrar y salir de las cámaras tubulares del convertidor de presión, es útil, entre otras válvulas, una válvula dotada de un elemento de control rotatorio. Con su ayuda se cargan alternativamente las cámaras tubulares del convertidor de presión con la salmuera que sale de los módulos de membranas. El elemento de control rotatorio está realizado en forma de rodillo en el que están dispuestos canales de conexión a modo de un grifo de 3 vías. Durante los procesos de conmutación, se lleva a cabo el cierre total de todas las vías de flujo. Para evitar golpes de presión durante estos procesos de conmutación, están dispuestos canales compensadores de presión dentro del rodillo.
La capacidad de separación de una membrana disminuye en función de su tiempo de funcionamiento, por lo que un líquido a depurar tendrá que permanecer cada vez más tiempo dentro de un módulo de membranas. Por esta razón, según el estado de la técnica se regulan los tiempos de conmutación del rodillo con la ayuda de un servomotor. Sin embargo, esta válvula sólo es apta para pequeñas instalaciones de ósmosis inversa, ya que las secciones de flujo dentro de la válvula son casi igual de grandes que las secciones de flujo de los canales a alimentar. En plantas grandes donde hay que desplazar columnas de líquidos y debido a las fuerzas requeridas a tal efecto, surge un importante problema en cuanto al dimensionado de la válvula.
Por la patente EP 1 095 693 A1 se da a conocer una planta para la obtención de agua dulce mediante ósmosis inversa, en la que cada cámara principal forma un circuito cerrado que hace posible la circulación continua del agua a través de ella en la misma dirección. El control de las vías de flujo se realiza, en este caso, mediante pistones de control axialmente desplazables.
Otras soluciones con pistones de control para cambiar las vías de flujo en plantas de ósmosis inversa se dan a conocer en las patentes US 4 705 625 y GB 2 204 664. Según la última, la superficie de un pistón de control axialmente desplazable está dotada de escotaduras a través de las que se lleva a cabo el cambio de dirección de una vía de flujo. Alternativamente, el pistón de control puede estar dotado de perforaciones en dirección diagonal a través de las que se realiza el cambio de dirección del flujo. Estas soluciones resultan difíciles de estanqueizar con respecto a altas presiones.
La invención tiene como objetivo desarrollar un dispositivo de conmutación, especialmente destinado a grandes plantas de ósmosis inversa, con cuya ayuda sea posible distribuir de forma sencilla y sin problemas grandes flujos de líquido entre las diferentes cámaras tubulares del convertidor de presión. En un dispositivo de válvula del mismo género, la solución que se da a este problema prevé que dentro del cuerpo se produce un flujo que entra en el elemento de control en dirección axial y/o radial y un flujo que sale del elemento de control en dirección axial. Si los flujos de ida y de vuelta son en dirección axial, se podrá conseguir una longitud de construcción mínima de la válvula. Si el flujo de ida se realiza en dirección radial, sin embargo, la válvula será algo más larga pero, en cambio, será más fácil controlar los empujes axiales que se producen.
Según una realización, el elemento de control está realizado como un elemento de control en forma de cilindro hueco y una pared de separación divide el elemento de control en forma de cilindro hueco en dos cámaras de diferente presión. De esta manera, se facilita dentro del dispositivo de válvula la creación de cámaras adicionales, en las que tiene lugar la desviación del flujo para un fluido a intercambiar. Por lo tanto, para la función de control y de estanqueización propiamente dicho de la válvula se utiliza un elemento de construcción sencillo, de pared delgada, que se deja controlar más fácilmente durante los procesos de conmutación. A tal efecto, según otra realización, en las cámaras de diferente presión están dispuestos refuerzos adicionales. Estos refuerzos están realizados en forma de nervios o elementos de pared que dividen una zona de presión, por la que ha de pasar el flujo, en el sentido del flujo. Los refuerzos adicionales pueden estar realizados también en forma de elementos anulares. Éstos pueden ser segmentos o piezas circunferenciales. Mejoran la rigidez del elemento de control en forma de cilindro hueco, cuando el mismo está sometido a diferentes condiciones de presión, contrarrestando las deformaciones del elemento de construcción.
Según varias realizaciones para el accionamiento del elemento de control en forma de cilindro hueco, el eje motriz está acoplado a la pared de separación con capacidad de transmitir el par de giro, la pared de separación está dispuesta en la zona central del elemento de control en forma de cilindro hueco, un elemento de construcción que transmite el par de giro está dispuesto en el lado frontal del elemento de control en forma de cilindro hueco, la pared de separación está fijamente unida al elemento de control o la pared de separación está fijamente unida al cuerpo. De esta manera, un eje motriz puede ser fijado directa o indirectamente en el elemento de control. Esto depende del modo de fabricación más ventajoso. Cuando la pared de separación está dispuesta en la zona central del elemento de control en forma de cilindro hueco, la división en dos cámaras de presión está garantizada. La pared de separación, que divide el elemento de control en dos zonas de presión, puede estar fijada directamente en el elemento de control o bien puede estar acoplada al cuerpo.
A tal efecto, según unas realizaciones, la pared de separación está fijada en el cuerpo mediante tirantes en la zona de una abertura de admisión en el lado de alta presión. Unos elementos de estanqueidad pueden estar dispuestos entre la pared de separación, en este caso, estacionaria, y la superficie de la pared interior giratoria del elemento de control en forma de cilindro hueco. La pared de separación y/o los tirantes, que unen dicha pared de separación con el cuerpo, también pueden estar realizados como una pieza insertada intercambiable. Esto facilita los trabajos de montaje y mantenimiento, y la pared de separación montada en el cuerpo hace posible la disposición sin golpes axiales del elemento de control.
Según otra realización, el elemento de control está realizado como cilindro sólido y en su superficie circunferencial múltiples vías de flujo en forma de ranuras constituyen diferentes zonas de presión. Mediante este otro modo de fabricación se mejoran las propiedades de resistencia. A tal efecto, según otras realizaciones, las vías de flujo de zonas de presión idéntica están dispuestas diametralmente opuestas entre sí sobre la superficie circunferencial, estableciendo de esta manera un equilibrio de presión.
Además, se prevé que un segmento de las vías de flujo en forma de ranura, que comunica con un orificio de flujo, constituya el orificio de control del elemento de control, y que en la zona de una abertura de admisión radial del lado de alta presión esté dispuesta una ranura anular circunferencial en el cuerpo y/o en la superficie circunferencial del elemento de control. Debido a ello, se obtienen mejores posibilidades de conexión radial adicionales. Además, en el elemento de control está dispuesta una zona de estanqueidad cerrada en forma de anillo entre los extremos de las vías de flujo en forma de ranura de las diferentes zonas de presión, y en el área de la zona de estanqueidad se encuentran elementos de estanqueidad dispuestos en el elemento de control y/o en el cuerpo. Y, a través de un canal de alivio de presión dispuesto en el elemento de control, se alivia el empuje axial entre las caras frontales del mismo. De esta manera, se puede prescindir de cojinetes axiales adicionales.
La carga por compresión del cuerpo se optimiza mediante escotaduras conformadas en la circunferencia exterior del elemento de control en forma de horquilla y/o de forma escalonada y comunicadas con los orificios de control. En la zona de dichas escotaduras se produce, por lo tanto, una alta presión interior que se aplica de forma dirigida al cuerpo para contrarrestar cargas exteriores sobre el mismo. Adicionalmente, las escotaduras dan lugar a otra vía de flujo con cuya ayuda se puede establecer una comunicación temporal entre las cámaras tubulares conectadas. De esta manera, se desplaza sólo temporalmente un tramo de los canales de carga al elemento de control.
Si las escotaduras están realizadas en forma de horquilla, durante la conmutación se mantendrán flujos volumétricos y condiciones de presión prácticamente constantes dentro del dispositivo de válvula. Los elementos de puente, que se encuentran en la horquilla propiamente dicha, están dispuestos en el plano de los nervios de refuerzo radiales. Con esta medida se mejora también la transmisión de fuerzas dentro de la válvula. De forma análoga, en la circunferencia interior de la pared interior del cuerpo pueden estar conformadas escotaduras realizadas en forma de horquilla y/o de forma escalonada y comunicadas con los orificios de flujo.
Según otra realización de la invención en y/o dentro de la pared exterior del cuerpo están dispuestos múltiples canales de carga que unen los orificios de flujo. Con su ayuda se produce un intercambio del líquido que sale y que entra de las cámaras tubulares durante los ciclos de trabajo del convertidor de presión, garantizando la válvula que cada cámara tubular conectada se llene siempre con el líquido de la zona del flujo afluente y se vacía hacia la zona del flujo efluente. A efectos de adaptar los tiempos de control, los orificios de flujo dispuestos en el cuerpo forman parte de una pared interior ajustable del cuerpo en forma de cilindro hueco. Una pared interior adicional de este tipo, en forma de cilindro hueco, está realizada como elemento de construcción separado y se puede disponer, con los orificios de flujo dispuestos en la misma, de forma girada con respecto al cuerpo. De esta manera, se puede adaptar, si fuese necesario, un momento de coincidencia con los orificios de control dispuestos en el elemento de control. En función de su realización constructiva, esto se puede llevar a cabo durante su funcionamiento, o bien al montar la válvula en una instalación.
Además, en la pared exterior del cuerpo están dispuestas varias aberturas de acceso. En cuerpos de fundición dichas aberturas facilitan la fabricación y la preparación. Y se cierran por medios conocidos en forma de elementos de cierre tal como, por ejemplo, tapones, elementos roscados y elementos similares. Para aumentar la rigidez del cuerpo, en la pared exterior del mismo están dispuestos elementos de refuerzo exterior. Éstos pueden estar dispuestos de forma circunferencial o solamente en las escotaduras exteriores del cuerpo. Dichas escotaduras del cuerpo están dispuestas entre los canales de carga por motivos de peso y de fabricación.
Asimismo, durante un movimiento del elemento de control, las cámaras tubulares del convertidor de presión pueden estar comunicadas entre sí temporalmente con intermedio de los canales de carga. Cuando los orificios de control, preferentemente los situados en el lado de alta presión, se extienden a otra zona angular distinta a los orificios de flujo correspondientes, la conmutación se llevará a cabo reduciendo los golpes de presión a un mínimo. El ángulo entre las aberturas está dimensionado de tal manera que, cuando la abertura para la cámara tubular 1 se está cerrando, interrumpiendo el paso del flujo de alta presión, la abertura para la cámara tubular 2 se está abriendo, dejando paso al flujo de alta presión. De esta manera se garantiza que un fluido, que se encuentra al otro lado de las cámaras tubulares y todavía ha de ser depurado, siempre está altamente presurizado.
Los canales de carga también pueden estar realizados como elementos tubulares exteriores, para los cuales están dispuestas varias conexiones de forma distribuida a lo largo del perímetro exterior del cuerpo, a efectos de facilitar el montaje. De acuerdo con otra forma de realización, los canales de carga están realizados como canales de flujo incorporados en la pared del cuerpo. De esta forma se reduce el número de puntos de estanqueidad.
Según otra realización, se lleva a cabo un intercambio de líquido entre el elemento de control y los canales de carga a través de, como mínimo, dos orificios de flujo diametralmente opuestos entre sí y los orificios de control correspondientes. Una disposición simétrica de las aberturas y de los canales de carga da lugar a un alojamiento del elemento de control dentro del cuerpo sin empujes radiales.
Para conseguir un cambio de dirección suave, se prevé realizar los orificios de control del elemento de control en forma de cilindro hueco, por ejemplo, como agujeros oblongos, polígonos o con otra forma. La posición sobre el elemento de control y el tamaño de los orificios de control facilita la conmutación del flujo sin golpes de presión. El cierre de un orificio de control de una cámara tubular conectada va unido simultáneamente con la apertura de otro orificio de control, antes cerrada, de otra cámara tubular, y viceversa. Debido a que los orificios de control son más grandes o por su posición sobre el elemento de control, se puede conseguir que las vías de carga se solapen con los orificios de flujo dispuestos fijamente en el cuerpo. Esto tiene un efecto favorable sobre el cambio de dirección y el comportamiento de las columnas de líquido, que se ven alteradas en su flujo.
Durante el funcionamiento de la válvula, existen diferentes estados de presión en zonas alternativas a lo largo de la circunferencia del elemento de control. Para facilitar el movimiento de conmutación del elemento de control, éste puede estar dotado en su circunferencia exterior de varios canales de alivio. De esta forma, se aplica una contrapresión definida sobre determinadas zonas de la superficie de deslizamiento. Canales de alivio de este tipo también pueden estar dispuestos sobre la superficie exterior de la pared del elemento de control y/o sobre una superficie opuesta del cuerpo de la válvula. En función de su forma y realización, los canales de alivio presentan un flujo continuo o alternante.
Una opción ventajosa para la fabricación se obtiene cuando el elemento de control está montado con capacidad de giro sobre una superficie del cuerpo, la cual presenta forma de meandros, o bien si una pared interior del cuerpo realizada como elemento de construcción separado está montada con capacidad de giro sobre una superficie del cuerpo, que presenta forma de meandros. Entre los brazos de los meandros se han formado una especie de canales de empalme, que actúan al mismo tiempo como canal de carga dentro del cuerpo. Por lo tanto, la fabricación de un cuerpo de este tipo resulta poco costosa, ya que se evitan destalonamientos desfavorables. Del mismo modo, el elemento de control puede estar montado con capacidad de giro sobre varias superficies individuales del cuerpo.
Sólo cuando se utiliza un elemento de control con una pared de separación fija, se dispondrá un cojinete axial dentro del cuerpo, sobre el que se apoya el elemento de control. Para un elemento de control, en el que el lado de alta presión se encuentra entre dos paredes de separación fijas, no se requiere en principio un cojinete axial. En la última variante, ha resultado ser ventajoso que una cámara anular, dispuesta en el cuerpo, esté comunicada con el lado de alta presión. Esto permite una estanqueización más sencilla en la zona de las conexiones.
Según otras realizaciones, el cuerpo de la válvula está dotado de una conexión para comunicarlo con una cámara tubular respectivamente, y con una conexión para una abertura de admisión en el lado de alta presión y otra para una abertura de salida en el lado de baja presión. De esta forma, se puede reducir el número de puntos de estanqueidad en la válvula a un mínimo. El cuerpo puede estar dotado, a tal efecto, de una abertura de admisión dispuesta axialmente y/o radialmente en el lado de alta presión. Una abertura de admisión dispuesta axialmente está dispuesta en la cara frontal del cuerpo, encontrándose el primer sistema de tuberías dispuesto en una abertura de admisión de este tipo, en el lado de alta presión. Este modo de realización facilita la estanqueización de la válvula de forma sencilla, ya que en este caso sólo se requiere una estanqueización estática.
Otras realizaciones prevén, a tal efecto, que a continuación de la abertura de admisión del lado de alta presión esté dispuesto un dispositivo de desviación de flujo que presenta elementos de apoyo y que dicho dispositivo de desviación de flujo rodee un alojamiento para el elemento de control. Esta medida sirve, asimismo, para recortar la longitud de construcción y para mejorar su rigidez. Y, debido a que la abertura de admisión del lado de alta presión está dispuesta en una parte de tapa junto con la desviación del flujo y el alojamiento, resulta de ello una posición mejorada del elemento de control al tiempo que se simplifica la fabricación.
El cuerpo puede estar dotado, asimismo, de aberturas de salida dispuestas axialmente y/o radialmente en el lado de baja presión.
A continuación, se describen con más detalle ejemplos de realización de la invención, que se muestran en los dibujos. Éstos muestran:
En la figura 1, una instalación, según el estado de la técnica;
en la figura 2, un dispositivo válvula en sección transversal con representaciones de los planos de sección de las figuras 3a hasta 7;
en las figuras 3a y 3b, dos vistas en sección, giradas en 90º, del dispositivo de válvula en el primer estado de funcionamiento;
en las figuras 4a y 4b, dos vistas en sección giradas en 90º de un dispositivo de válvula en un segundo estado de funcionamiento, mostrándose el elemento de control girado en 90º con respecto a las figuras 3a y b;
en las figura 5a y 5b, dos vistas en 3D del dispositivo de válvula en sección parcial;
en la figura 6, una construcción con un accionamiento en una pared de separación;
en la figura 7, un dispositivo de válvula con un cilindro de control adicional;
en la figura 8, un dispositivo de válvula con dos paredes de separación,
en la figura 9, un dispositivo de válvula dotado de un elemento de control en forma de un cilindro sólido;
en las figuras 10a y 10b, dos vistas en sección, giradas en 90º, de un dispositivo de válvula más corto en un primer estado de funcionamiento;
en la figura 11, una vista en perspectiva de un elemento de control, según las figuras 10a y 10b; y
en la figura 12, una vista exterior en perspectiva del dispositivo de válvula más corto.
En la figura 1 se muestra el modo de actuar de un dispositivo de válvula, según el estado de la técnica, por medio del ejemplo de una planta de ósmosis inversa. Una bomba de alta presión (1) impele un flujo a depurar, habitualmente agua en forma de agua de lago, de mar, agua salobre o también aguas residuales a un módulo o varios módulos de ósmosis inversa (2). Debido a la alta presión en estos módulos (2), se produce un efecto de separación en las membranas dispuestas en él. Detrás de las membranas sale agua depurada, la denominado permeación, a poca presión; ésta se recoge para su posterior uso.
Un fluido no depurado que sale de los módulos de ósmosis inversa (2), la denominada salmuera, presenta tras el proceso de separación una concentración más elevada de contaminantes, habitualmente sales, y es reconducida a la fuente original. Debido a su alto contenido energético en forma de energía de presión, la salmuera es conducida, a través de una válvula (7) para la recuperación de energía, a un convertidor de presión de dos cámaras. En sus cámaras tubulares (3) están dispuestos pistones de separación (4), que se pueden desplazar por aplicación de presión y que dan lugar a dos espacios o cámaras presurizadas a diferente presión. También se conocen instalaciones con cámaras tubulares sin pistones de separación, sin embargo, en ellas podrán producirse mezclas indeseadas de dos líquidos diferentes, cuando el sistema se desequilibra o los tiempos de control están desajustados.
La alta presión de la salmuera presiona, en esta situación, un pistón (4), que se encuentra en la primera cámara tubular superior (3) de la figura 1, hacia el lado que está alejado de la válvula (7) y transfiere la presión a un fluido, que se halla en esta cámara al otro lado del pistón. A tal efecto, la alta presión se transfiere a un fluido a depurar, que se encuentra a una presión más baja, situada a la izquierda del pistón. Este fluido sale altamente presurizado del lado izquierdo de la cámara tubular superior (3) y a través de una válvula de retención (5) hacia una bomba amplificadora (6), que está dispuesta dentro de un segundo sistema de tuberías. Con la ayuda de la bomba amplificadora (6) se compensa tan sólo aquella pequeña pérdida de presión que se produce en procesos de depuración osmóticos en los módulos (2). Debido a la recuperación de energía, la bomba amplificadora (6) sólo ha de aportar aquella diferencia de presión, que se pierde dentro de los módulos de ósmosis inversa. Por esto, la bomba de alta presión (1) puede estar diseñada de forma considerablemente más pequeña y, por lo tanto, puede ser más económica que en una instalación sin recuperación de energía.
Cuando el pistón (4) alcanza dentro del primer sistema de tuberías (3) el extremo de la cámara, entonces se conmuta la válvula (7), estableciendo ahora para la primera cámara tubular una comunicación con la atmósfera. La presión previa dentro de una tubería de aspiración, que conduce a la bomba principal (1), es suficiente para presionar con el líquido a depurar la salmuera, ahora de baja tensión superficial, y que se encuentra en la primera cámara tubular superior (3), haciendo que salga otra vez de la cámara tubular superior (3) por la derecha y que fluya hacia la atmósfera. Durante el proceso de expulsión de la salmuera de la primera cámara tubular (3), se presuriza simultáneamente la segunda cámara tubular inferior (3) aplicando una presión elevada a través de la válvula (7). El proceso de expulsión de una salmuera de baja tensión superficial se muestra en la segunda cámara tubular inferior (3).
Mediante la adecuada conmutación cíclica de la válvula (7), se presurizan alternativamente las dos cámaras tubulares (3) y, por lo tanto, se consigue una recuperación eficaz de energía. Debido a la función de 3 vías dentro de la válvula, se pueden producir golpes de presión durante el proceso de conmutación, que constituyen un peligro para las membranas dentro del módulo de ósmosis inversa (2). A tal efecto, se han de prever aberturas adicionales y especiales para compensar la presión en el elemento de control de la válvula (7), a efectos de minimizar este peligro. Otro inconveniente resulta de un empuje radial que se produce durante el movimiento de conmutación, y que no está compensado.
En la figura 2, que muestra una válvula según la invención en sección, están señalados dos planos de corte A-A y B-B, dispuestos de forma desplazada en 90º entre sí, con cuya ayuda se explicará en las siguientes descripciones de las figuras cómo actúa la válvula. Una doble flecha (Z) muestra el sentido del flujo desde y hacia las cámaras tubulares, no mostradas en esta figura, de un convertidor de presión; la flecha simple (Y) señala la dirección de salida de una salmuera de baja tensión superficial de una válvula.
En las figuras 3a y 3b se muestra una válvula, según la invención, en dos secciones dispuestas de forma desplazada en 90º entre sí. La posición de estas secciones A-A y B-B se desprende de la figura 2, y en estas representaciones en sección la posición del elemento de control (10) en forma de cilindro hueco siempre queda igual.
El elemento de control en forma de cilindro hueco (10) está montado con capacidad de giro en el cuerpo (11) de la válvula. La salmuera altamente presurizada, en adelante salmuera de alta presión (HPB), sale de los módulos de ósmosis inversa (2) y, ayudándose de un colector antepuesto, no mostrado, penetra a través de una única abertura de admisión (12), dispuesta en el lado de alta presión, en una cámara de alta presión (14) de la válvula. En este ejemplo se muestra una válvula para comunicar con un convertidor de presión de dos tubos análogamente a la representación de la figura 1. Por esta razón, se ha prescindido de la representación de las cámaras tubulares conectadas a la válvula.
El cuerpo (11) de esta válvula dispone en su pared exterior (15) de dos conexiones (16, 17) a las que están conectadas tuberías, no mostradas, para comunicarlo con cámaras tubulares (3) asimismo no mostradas. Según este ejemplo de realización, el cuerpo (11) está dotado de canales de flujo integrados (18-21) y de dos cámaras anulares (26, 27) con cuya ayuda se establece la comunicación entre las conexiones (16, 17) y los orificios de flujo (29-36) dispuestos en una pared interior (28) del cuerpo. La pared interior (28) del cuerpo está realizada, en este caso y por motivos constructivos, como un elemento de pared en forma de cilindro hueco, que está dispuesto en el cuerpo (11) de forma estanqueizante. Asimismo, podrá constituir una parte integrante fija del cuerpo (11), por ejemplo, si está realizada como construcción de fundición. La pared interior (28) sirve al mismo tiempo como apoyo radial para el elemento de control en forma de cilindro hueco (10). La pared del elemento de control (10) está perforada por múltiples orificios de control (37-44).
En la representación de la figura 3a, una salmuera de alta presión señalada por una flecha HPB penetra a través de la abertura de admisión (12) en la cámara de alta presión (14) del cuerpo (11). La cámara de alta presión (14) está dispuesta dentro del elemento de control (10) y está delimitada en dirección axial por una pared frontal (13) fijamente unida al cuerpo y por una pared de separación (47). Según este ejemplo de realización, la pared de separación (47) está estanqueizada con respecto al elemento de control (10) mediante juntas de estanqueidad (49). Y la pared de separación (47) está fijamente unida al cuerpo (11), en este caso, especialmente a la pared frontal (13) mediante tirantes (48). Debido a esta realización constructiva, el elemento de control giratorio (10) queda aliviado de presiones axiales durante sus movimientos de conmutación. Para la junta de estanqueidad (49) se pueden aplicar soluciones en sí conocidas.
Los orificios de control (37-40) dispuestos en el elemento de control (10) en la zona de la cámara de alta presión (14) presentan, en este caso, un ángulo de apertura distinto al de los correspondientes orificios de flujo (30, 31, 34, 35) de la pared interior (28). Mediante la elección adecuada de un ángulo de apertura se consigue que, durante un breve período de tiempo, cuando el elemento de control (10) realiza la conmutación, las cámaras tubulares, no mostradas, que están en unión activa con la válvula a través de conexiones (16, 17), son presurizadas simultáneamente a la alta presión de la abertura de admisión (12). Debido a ello, se evitan las oscilaciones de presión que ponen en peligro las membranas de la planta de ósmosis inversa.
En el cuerpo (11) está dispuesto con capacidad de giro el elemento de control (10). Más o menos en la zona central del cuerpo se encuentra la pared de separación (47) fijamente unida al cuerpo (11) mediante tirantes (48). Dicha pared de separación (47) divide el elemento de control (10) en dos cámaras (14, 45) con zonas de presión diferentes. La cámara (14) comunica constantemente con la zona de alta presión HPB de los módulos de membranas. La otra cámara (45), en cambio, que según la figura 3a está situada a la izquierda de la pared de separación (47), comunica a través de una conexión (46) con la zona de baja presión señalada por la flecha LPB de la salmuera de baja tensión superficial, que refluye de las cámaras tubulares. Dado que el elemento de control (10) se desplaza con relación a la pared de separación (47), se ha dispuesto una junta de estanqueidad (49) adecuada para las condiciones de presión existentes.
El elemento de control (10) es accionado por un eje motriz (50), uno de cuyos extremos penetra a través de un paso (52) por el cuerpo hacia fuera al lado de baja presión. El movimiento de giro es continuo o por pasos, y la velocidad se determina en función de los demás componentes del sistema.
Manteniendo el elemento de control (10) la misma posición, la válvula de conmutación de la invención, mostrada en las figuras 3a y 3b, actúa de la siguiente manera:
Una salmuera de alta presión HPB penetra a través de la única abertura de admisión (12), en este caso, dispuesta en dirección axial, en la cámara de alta presión (14). Este diseño reduce el número de conexiones y el volumen total de la válvula. Naturalmente, la abertura de admisión (12) para la alimentación de la salmuera de alta presión HPB también puede estar dispuesta en dirección radial pero, en este caso, la válvula tiene que ser más larga y la alimentación ha de llevarse a cabo en una zona del cuerpo donde no se produce ningún recubrimiento con el elemento de control (10). La salida de la salmuera de baja presión LPB de la válvula se realiza por la conexión (46). Fundamentalmente, la válvula garantiza que de las cámaras tubulares, que están conectadas a las conexiones (16) y (17), una siempre estará alimentada con salmuera de alta presión y de la otra se vaciará la salmuera de baja presión, que presenta luego una baja tensión superficial. Sólo durante un breve lapso de tiempo, durante la conmutación, ambas cámaras tubulares mantienen simultáneamente una alta presión.
Primer estado de funcionamiento (figuras 3a y 3b):
La salmuera de alta presión HPB sale de la cámara de alta presión (14) a través de orificios de control (38) y (39) dispuestos en el elemento de control (10) y opuestos entre sí, así como a través de orificios de flujo (30) y (31) dispuestos en la pared interior (28) del cuerpo y, asimismo, opuestos entre sí, y penetra en una cámara anular (27) integrada en el cuerpo (11), comparar con la figura 3b. Dos paredes de separación (24, 25), que delimitan parcialmente esta cámara anular (27) en dirección axial, constituyen al mismo tiempo un apoyo para la pared interior (28) del cuerpo. De la cámara anular (27) la salmuera de alta presión HPB fluye hacia la conexión (17) de una primera cámara tubular. Los demás orificios de flujo (34, 35) hacia los canales (20) y (21), que forman una vía de flujo dentro de la válvula hacia la cámara anular (26) y hacia la conexión (16), están bloqueados por el elemento de control (10). De esta manera se llena la primera cámara tubular que se encuentra en la conexión (17).
Al mismo tiempo, la válvula está en unión activa con la otra segunda cámara tubular a través de la conexión (16). De dicha segunda cámara refluye una salmuera de baja presión LPB, que presenta una baja tensión superficial, a la válvula y penetra a través de la conexión (16) en una cámara anular (26), y a través de orificios de flujo (33) y (36) opuestos entre sí, así como a través de orificios de control (41) y (44), dispuestos en el elemento de control (10) y, asimismo, opuestos entre sí, penetra en la cámara de baja presión (45). Desde allí la salmuera de baja presión LPB fluye hacia una conexión (46), vaciándose la cámara tubular hacia el lado atmosférico. Todos los demás orificios de flujo (29, 32), que están dispuestos en la pared interior (28) del cuerpo y que conducen a canales (18), (19), permanecen cerrados por el elemento de control (10). Dos paredes de separación (22, 23) que delimitan parcialmente la cámara anular (26) en dirección axial, constituyen simultáneamente otro apoyo para el elemento de control (10), comparar con la figura 3a.
La salmuera de alta presión, que fluye a través de la conexión (17) a la primera cámara tubular, transfiere su energía de presión a un fluido todavía a depurar, que se encuentra en la misma, y que será presionado, a continuación, a una presión más alta hacia el módulo de ósmosis inversa. La velocidad de giro del motor en el árbol motriz (50) (no mostrado) y la elección de la sección de la abertura de los orificios de control (37-40) garantizan que justo antes de que la cámara tubular dispuesta en la conexión (17) quede completamente llena de salmuera de alta presión, se termina el proceso de llenado. Al mismo tiempo, también se termina el proceso de vaciado de la segunda cámara tubular situada en la conexión (16).
Las aberturas (38/30) y (39/31), que están dispuestas en oposición entre sí y actúan conjuntamente de dos en dos en el lado de alta presión, permanecen sin embargo abiertas durante algo más de tiempo que los pares de aberturas (41/33) y 44/36) dispuestas en el lado de baja presión. De esta manera, sólo la cámara tubular dispuesta en la conexión (16) recibe ya la alta presión a través de los pares de aberturas (37/34) y (40/35), los canales (20) y (21), así como la cámara anular (26), mientras que los pares de aberturas (38/30) y (39/31) se están cerrando. Así se garantiza que el segundo estado de funcionamiento empiece con la inversión de la dirección del flujo hacia las cámaras tubulares sin que se produzcan golpes de presión.
Segundo estado de funcionamiento (figuras 4a/
b):
En estas representaciones de las figuras, al contrario de las representaciones de las figuras 3a y 3b, se muestra el elemento de control (10) de forma girada en 90º dentro del cuerpo (11), y las condiciones de flujo en las conexiones (16, 17) hacia las cámaras tubulares se han invertido. Por motivos de mayor claridad, se ha prescindido de una representación de posiciones intermedias durante el movimiento de giro.
Cuando los pares de aberturas (38/30) y (39/31) están en posición de cierre, entonces la cámara tubular a llenar se sigue llenando en la conexión (16). La cámara tubular dispuesta en la conexión (17), sin embargo, se vacía a través de la cámara anular (27), y los canales (18) y (19) opuestos entre sí, así como los pares de aberturas (29/42) y (32/43) opuestas entre sí, se vacían a través de la cámara de baja presión (45) y la conexión (46). En el segundo estado de funcionamiento la energía de presión de la salmuera de alta presión HPB se transfiere a la cámara tubular en la conexión (16), mientras que la cámara tubular en la conexión (17) es vaciada. Hacia el final del proceso, análogamente al primer estado de funcionamiento, los pares de aberturas (37/34) y (40/35), así como (38/30) y (39/31), estarán abiertas simultáneamente durante poco tiempo, de manera que se puede pasar otra vez al primer estado de funcionamiento sin golpes de presión.
El elemento de control (10) está dotado de un elemento de estanqueidad (49) en su superficie circunferencial interior y/o exterior, en este caso, en la zona de la pared de separación (47). Esto evita derrames entre el lado de alta presión y el lado de baja presión y mantiene, por lo tanto, el grado de eficacia del sistema completo. En función de las dimensiones de una instalación de este tipo, se pueden aplicar también varios elementos de estanqueidad (49) de este tipo en el elemento de control (10).
Un eje motriz (50), con cuya ayuda se pone en rotación el elemento de control (10), se sujeta por los elementos de apoyo habituales y se protege contra pérdidas de líquido mediante elementos de estanqueidad conocidos. La transmisión de fuerzas entre el árbol motriz (50) y el elemento de control (10) se realiza mediante medios de transmisión de potencia (51) en sí conocidos. Éstos pueden ser tirantes, elementos en forma de disco u otros medios, que hacen posible el paso del flujo de la cámara de baja presión (45) a la conexión (46). En el ejemplo mostrado en las figuras 3a a 4b la fuerza se aplica en la cara frontal del elemento de control (10).
La figura 5a representa una vista tridimensional sobre un cuerpo (11) parcialmente abierto de una válvula. Solamente se muestra el cuerpo (11) sin la pared interior (28) separada, que se utiliza según el ejemplo de realización. De esta manera, se pone de manifiesto que los cuatro canales en total (18) hasta (21), que salen a partir de las cámaras anulares (26, 27), representan una especie de canales de empalme cuyos segmentos de pared conformados entremedio siguen un curso en forma de meandros. De esta manera, se obtienen también superficies (53) en forma de meandros, que sirven como superficies de apoyo para la pared interior (28). Las caras frontales o estrechas de las paredes de separación (22) hasta (25) tienen al mismo tiempo la función de superficies de apoyo. La pared interior (28) puede estar realizada también como elemento constructivo integral del cuerpo (11). Mediante un trazado del flujo de este tipo dentro del cuerpo (11) de la válvula, se pueden crear canales u orificios de flujo opuestos entre sí, que hacen posible un movimiento del elemento de control (10) sin que intervengan fuerzas radiales.
En la figura 5b se muestra, en una disposición análoga a la de la figura 5a, un corte a través de una válvula instalada y lista para funcionar. Sus racores de conexión (16, 17) comunican directamente con dos cámaras tubulares (3). El elemento de control en forma de cilindro hueco (10) y dotado de orificios de control (37-44), gira dentro de la pared interior (28) dotada de orificios de control (29-36). El accionamiento del elemento de control (10) se realiza en su cara frontal a través de un árbol motriz estanqueizado (50), que actúa sobre un elemento de transmisión de fuerzas estrellado (51). El trazado del flujo, que se reconoce mejor en esta representación en sección, corresponde a la representación de las figuras 3a y 3b.
En la figura 6 se muestra una forma de construcción sencilla de la válvula, según la invención. En este caso, la pared de separación (47) está realizada como parte integrante del elemento de control (10). La pared de separación (47) puede ser fijada mediante medios habituales. Según el ejemplo, la pared de separación (47) está realizada como parte integral del elemento de control (10), lo cual es posible mediante procesos de fundición, de soldadura u otras técnicas de unión conocidas. De esta manera, no se requiere la fijación de la pared de separación (47) mostrada en las figuras 3a-4b por medio de tirantes en el cuerpo (11). El accionamiento del elemento de control (10) se realiza a través del árbol motriz (50) directamente en la pared de separación (47), por lo que se puede prescindir de otros medios de unión (51) entre el árbol motriz (50) y el elemento de control (10) que, del otro modo, sí se necesitaban. Dado que la pared de separación (47) divide el interior de la válvula en dos zonas de diferente presión, habrá que tener en cuenta la fuerza axial que resulta del elemento de control (10). Un componente de fuerza axial de este tipo actúa en el sentido de la salmuera de alta presión HPB, que entra en la cámara de alta presión (14). Ello tiene un efecto sobre la pared de separación (47) y produce en el elemento de control un componente de fuerza. Éste se absorbe mediante un simple elemento de cojinete axial adicional (54) y se transmite al cuerpo (11).
En la figura 7 se muestra una construcción alternativa de la válvula con opciones de control adicionales para tiempos variables de apertura y de cierre durante el servicio. Un cilindro de control adicional (55) está dispuesto concéntricamente entre la pared interior (28) del cuerpo y el elemento de control (10). Dicho cilindro de control (55) tiene la función de una pared interior en forma de cilindro hueco adicional, está realizado como elemento constructivo separado y se puede disponer, con los orificios de flujo dispuestos en la misma, de forma girada con respecto al cuerpo. Dispone de otros orificios de flujo (56-63) opuestos al elemento de control (10), cuya extensión en la circunferencia o cuya sección transversal es inferior o igual a la de los orificios de flujo correspondientes (29-36) de la pared interior (28). Mediante la oportuna elección de la extensión circunferencial de dichos orificios de flujo correspondientes (56-63) es posible influir en el momento de apertura o de cierre de la válvula mediante el giro del cilindro de control (55). El ajuste del cilindro de control (55) se puede realizar mediante un árbol hueco (64), que gira de forma concéntrica con respecto al eje motriz (50) y puede ser ajustado a través de una brida (65). La construcción está realizada de tal manera que esto se puede llevar a cabo durante su funcionamiento para ajustarlo a diferentes estados de funcionamiento. Asimismo, se puede aplicar otro modo de ajuste. El ejemplo de realización mostrado no se limita a dicho modo de ajuste.
En la figura 8 se muestra una unión fija entre el elemento de control (10) y la pared de separación (47). Debido a ello, se consigue una mayor rigidez del elemento de control (10) en la zona de los lados de alta presión y de baja presión. Para contrarrestar un empuje axial, que se produce en esta situación, actuando en la figura 8 en dirección al lado izquierdo del dibujo, se ha dispuesto otra pared de separación (66) que cierra la cámara de alta presión (14) en el interior del elemento de control (10) hacia la derecha. Mediante esta medida se aumenta adicionalmente la rigidez. El accionamiento se realiza a través del eje motriz (50) directamente a la pared de separación (47). La abertura de admisión (12) en el lado de alta presión está dispuesta radialmente, a cuyo efecto el elemento de control (10) y la pared interior (28) son oportunamente alargados. La salmuera de alta presión HPB fluye a través de la abertura de admisión (12) radial a una cámara anular (67), circula por dos o más orificios de control (68, 69) dispuestos en la pared interior (28) y por dos o más aberturas (70, 71) en el elemento de control (10) hasta llegar a la cámara de alta presión (14). Las aberturas (70, 71) en el elemento de control (10) no ejercen, en este ejemplo, ninguna función de control, sino que sirven, análogamente a una abertura de admisión (12), solamente para el llenado de la cámara de alta presión (14).
En la figura 9 se muestra un elemento de control (10.1) que está realizado a modo de un cilindro sólido. De ello resulta un mayor aumento de su rigidez. En la superficie circunferencial del elemento de control (10.1) están incorporados sendos canales de flujo (72-73) y (74-75), que se encuentran diametralmente opuestos entre sí. Entre las zonas del fondo de los canales de flujo (72-75) en forma de ranura queda, de esta manera, una pared suficientemente gruesa cuyo grosor puede ajustarse de modo sencillo a las condiciones de presión existentes. Las formas de los canales de flujo en forma de ranura (72-75) pueden ser adaptadas a los materiales utilizados, para evitar tensiones en el elemento de control (10.1). Análogamente a un obturador en forma de cilindro hueco (10), los canales de flujo (72, 73) ejercen la función de una cámara de alta presión y los canales de flujo (74, 75) ejercen la función de una cámara de baja presión. La salmuera de alta presión HPB fluye a través de una abertura de admisión (12) dispuesta radialmente en el lado de alta presión y penetra en un canal anular (76), que puede estar dispuesto tanto en el cuerpo o, tal como se muestra, en el elemento de control (10.1). En ambos casos el canal anular (76) está realizado de forma totalmente circundante. Con la ayuda de un canal de alivio (78), que atraviesa el elemento de control (10.1) en dirección axial, tiene lugar un intercambio de presión entre las superficies en las caras frontales axiales. Simultáneamente, en la cara frontal del lado de alta presión del elemento de control (10.1) está dispuesto un espacio libre, representado en el dibujo por la línea continua al lado derecho, creando así la superficie correspondiente para la compensación de la presión para aliviar un empuje axial.
Según la disposición mostrada, la salmuera de alta presión HPB fluye a través de un orificio de flujo (69) en la pared interior (28) al canal anular (76) del elemento de control (10.1), desde donde salen canales de flujo (72, 73) en forma de ranura que se extienden en dirección axial, respectivamente. De estos canales de flujo de alta presión (72, 73) el fluido fluye hacia los orificios de flujo (30, 31, 34 y 35) mencionados en las figuras anteriores. Los canales de baja presión (74, 75) dispuestos en el elemento de control (10.1) reciben la salmuera de baja presión LPB de los orificios de flujo (29, 32, 33 y 36), mencionados en las figuras anteriores, y la conducen hacia la conexión (46). También en este caso, la salmuera de baja presión LPB siempre sale del elemento de control (10.1) en dirección axial. Los extremos dirigidos uno hacia el otro de los respectivos canales de flujo (72-75) están dispuestos con separación entre sí y constituyen entre sí una zona de estanqueidad en forma de anillo cerrado (77). Ésta evita el trasvase entre las dos zonas de presión.
En las figuras 10a y 10b se muestra una válvula con una longitud de construcción más corta y también se representa en dos secciones dispuestas de forma desplazada en 90º entre sí. La posición de los cortes A-A y B-B es análoga a la representación de la figura 2 y, también en este caso, la posición del elemento de control (10) se mantiene igual.
La válvula, según las figuras 10a y 10b, presenta una longitud de construcción más corta debida a otra disposición de los orificios de flujo. En el cuerpo (11) y en el elemento de control (10) la posición de los orificios de flujo (29-36) y de los orificios de control (37, 40, 42, 43) se refiere a los planos de apertura (79, 80), respectivamente, que están dispuestos perpendicularmente al eje motriz (50.2) del elemento de control (10). En esta realización, se han eliminado dos planos de apertura con respecto a las otras formas de realización. Esta realización dispone en total solamente de tres planos de apertura, de los que un plano de apertura (81) sólo sirve para la admisión a la cámara de alta presión (14). También se podrá prescindir del plano de apertura (81) si el flujo de admisión al elemento de control se realiza en dirección axial.
Para ahorrar los dos planos de apertura se han dispuesto en el cuerpo en cada uno de los planos de apertura (79, 80) 4 orificios de flujo distribuidos a lo largo de la circunferencia, en los que en la figura 10a se aprecian las aberturas (29, 32, 34, 35). En esta forma de realización con dos cámaras tubulares a conectar, los 4 orificios de flujo (30, 31, 34, 35) y (29, 32, 33, 36), respectivamente, están dispuestos en los planos de apertura (79, 80) en la pared interior (28) de forma desplazada en 90º entre sí. Con la ayuda de escotaduras (82) dispuestas en el elemento de control (10) se transfiere una salmuera de alta presión HPB de un plano de apertura (80) en dirección axial a través del elemento de control (10) hasta el segundo plano de apertura (79) del cuerpo (11). La función de una escotadura (82) se desprende claramente de la representación en perspectiva del elemento de control (10), según la figura 11.
En el espacio interior del elemento de control en forma de cilindro hueco (10) están dispuestos refuerzos adicionales, realizados en forma de nervios (83, 89), y que atraviesan las cámaras (14, 45) en dirección axial a modo de divisores de flujo, que se extienden radialmente. Los nervios de refuerzo (83, 89), mostrados en sección en la figura 10a, se extienden a lo largo de todo el diámetro del elemento de control en forma de cilindro hueco (10) y mejoran su rigidez con respecto a las cargas por compresión tanto exteriores como interiores y que cambian constantemente. Los planos de los nervios de refuerzo, que se extienden en el sentido del eje motriz (50.2), están dispuestos de forma desplazada en 90º entre sí y, además, están dispuestos directamente a continuación de la pared de separación (47).
En el espacio interior del elemento de control (10) están dispuestos refuerzos, en este caso, en forma de elementos anulares (84). Éstos se extienden desde la pared interior del elemento de control (10) radialmente hacia el interior y penetran a modo de anillos en los espacios interiores (14, 85). Estos elementos anulares de refuerzo (84) también mejoran en su conjunto la rigidez del elemento de control (10).
Según este ejemplo de realización, la abertura de admisión (12) forma parte de una tapa (85) que está unida al cuerpo (11) formando una unión estanca y capaz de transmitir fuerzas. La realización en forma de tapa tiene la ventaja de que el cuerpo (11) está diseñado mayoritariamente en forma de cilindro y, por lo tanto, es más fácil de fabricar. Dentro de la tapa (85) está dispuesto un dispositivo de desviación de flujo (86). En esta desviación (86) están dispuestos varios elementos de apoyo (87), que delimitan dentro de la tapa (85) múltiples canales de flujo (88). Mediante el dispositivo de desviación de flujo (86), una salmuera de alta presión HPB que entra axialmente en la tapa (85) es desviada por canales de flujo (88), que se extienden en forma de arco, y por esto fluye axial o semiaxialmente desde fuera en el elemento de control (10) a través de sus aberturas (70, 71) en la cámara (14).
Las escotaduras (82) realizadas, en este caso, en forma de horquilla y unidas a los orificios de control (37, 40), están dispuestas en la circunferencia exterior del elemento de control (10), estando diametralmente opuestas entre sí. Según este ejemplo de realización, se extienden a ambos lados del nervio de refuerzo (83) de la cámara de baja presión (45) y sólo son parcialmente visibles en esta representación. En la tapa (85) está dispuesto, además, un alojamiento (90) y un dispositivo de estanqueidad (91) para el elemento de control (10).
En la pared exterior (15) del cuerpo (11) están dispuestas múltiples aberturas de admisión (92), que están cerradas mediante elementos de cierre (93) a prueba de líquidos y de escape bajo presión. Dichas aberturas de admisión (92) se prevén por motivos técnicos de fabricación y facilitan considerablemente la fabricación del cuerpo. Hacen posible el acceso fácil a los espacios huecos en forma de cámaras anulares (26, 27), dispuestos dentro del cuerpo.
En la figura 10b se muestra una sección longitudinal desplazada en 90º con respecto a la figura 10a. De esta manera, se puede apreciar en el elemento de control (10) que el nervio de refuerzo (83) se extiende ahora perpendicularmente al plano de dibujo y que está dispuesto a modo de una parte del flujo dentro de la cámara de baja presión (45). Al lado derecho de la pared de separación (47), sin embargo, el nervio de refuerzo (89), que se encuentra en la cámara de alta presión (14), se encuentra ahora dentro del plano de dibujo. En el ejemplo de realización mostrado aquí, los nervios de refuerzo (83, 89) están realizados como parte integrante de la pared de separación (47), siendo el nervio de refuerzo (83) al mismo tiempo también parte integrante de la parte (50..2) del eje motriz situada en el interior del elemento de control (10). Esta realización simplifica la fabricación. De la misma manera, los elementos de refuerzo pueden estar dispuestos en las cámaras (14, 45) sin que haya una unión activa con la pared de separación (47).
Al observar ambas figuras 10a y 10b conjuntamente, se aprecia que en la zona de la cámara (45) todos los orificios de control y de flujo (41-44), así como (29, 32, 33, 36), están recogidos en un plano de apertura (79). En la zona de la cámara (14) se encuentran recogidos análogamente los orificios de control y de flujo (37-40), así como (30, 31, 34, 35) en el plano de apertura (80). El plano de apertura (81) sirve únicamente para que la salmuera de alta presión HPB entre a la cámara (14) en un flujo radial, pero no participa en los procesos de conmutación. Por lo tanto, resulta en total una forma de realización considerablemente más corta de una rigidez considerablemente mejorada de toda la válvula.
En la figura 11 se muestra una vista en perspectiva del elemento de control en forma de cilindro hueco (10), según las figuras 10a, 10b. Es la proyección sobre el lado de baja presión del elemento de control (10) con la parte (50.2) del eje motriz que sobresale de la cámara (45). Se aprecia claramente el nervio (83), que está dispuesto dentro de la cámara (45) y se extiende en el sentido del flujo o en el sentido del eje motriz (50.2). Además, también se aprecia un elemento anular (84) de refuerzo, que está dispuesto de forma circunferencial en la cámara de baja presión (45) en la zona de su lado de salida. Distribuidos a lo largo de la circunferencia de la pared del elemento de control (10), están dispuestos múltiples canales de alivio de presión (78) que se extienden en dirección axial. Con su ayuda se compensa la carga por empuje axial, lo cual facilita considerablemente el alojamiento.
En el perímetro exterior del elemento de control (10) están dispuestas escotaduras (82) diametralmente opuestas entre sí y realizadas en forma de horquilla, que comunican con los orificios de control (37, 40) de la cámara (14) cargada con la salmuera de alta presión HPB. A través de estas escotaduras, en el perímetro exterior del elemento de control (10), se desvía el flujo entre las dos cámaras tubulares de un convertidor de presión, que están conectadas a la válvula. Debido a esta medida, en el lado de la salmuera de baja presión LPB los orificios de control y de flujo tan sólo pueden ser desplazados hacia un plano de apertura (79).
La realización de las escotaduras (82) en forma de horquilla tiene la ventaja de que entre las vías de flujo, que se forman de esta manera, queda un elemento de puente (96). Éste está dispuesto ventajosamente en el plano del nervio de refuerzo (83), optimizando de esta manera la transmisión de fuerzas y las presiones superficiales entre el elemento de control rotatorio y el cuerpo. Cuando las escotaduras (82) están realizadas de forma escalonada, se prescinde de dicho elemento de puente (96). Esto aumenta ciertamente el espacio disponible para la desviación pero, por otro lado, conduce a condiciones de flujo menos favorables durante el movimiento de conmutación del elemento de control (10).
Se prescindió de representar una especie de inversión cinemática de las escotaduras. En una realización análoga a la de las escotaduras que giran con el elemento de control (10), es posible disponer las mismas en el cuerpo y en forma de escotaduras estacionarias. Una desviación del flujo de salmuera al plano de apertura (79) se llevaría a cabo, en esta situación, en la pared del cuerpo y en las escotaduras estacionarias.
En la zona de la cámara (14) cargada con la salmuera de alta presión HPB, se pueden ver en el elemento de control (10) las aberturas (70, 71), que se encuentran distribuidas a lo largo del perímetro. Debido a ello, una vez haya pasado por el dispositivo de desviación en la tapa, no mostrado en el dibujo, una salmuera de alta presión HPB penetra en la cámara (14) en dirección radial o semiaxial desde fuera hacia dentro.
En la figura 12 se muestra una vista en perspectiva sobre una válvula, según las figuras 10-11. En la pared exterior del cuerpo (15) se pueden ver las aberturas de admisión (92) que están dispuestas en el sentido del plano del curso de los canales de carga que se hallen dentro del cuerpo. Según este ejemplo de realización, se utilizan simples tapones como elementos de cierre (93), pero también son posibles otros tipos de construcción. Entre los canales de carga (18-21), que se hallan dentro de la pared (15), están dispuestos elementos de refuerzo exteriores (94) adicionales en el cuerpo (11).
En la pared exterior (15) del cuerpo (11) están dispuestas acumulaciones de material adicionales (95), que desempeñan, para la válvula, la función de elementos de pie y/o de suspensión. Las mismas facilitan la colocación de la válvula, así como un manejo más fácil de la misma. En este ejemplo de realización, la conexión (46), que sirve como desagüe para la salmuera de baja presión, es parte integrante de un elemento de tapa separado. Debido a ello, se puede adaptar la dirección de salida de la salmuera de baja presión LPB a través de la conexión (46) del modo más sencillo mediante la disposición correspondientemente girada de dicho elemento de tapa.
Referencias utilizadas
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
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de retención\cr  6 \+ Bomba amplificadora\cr  7 \+ Válvula\cr  10,
10.1 \+ Elementos de control\cr  11 \+ Cuerpo\cr  12 \+ Abertura de
admisión\cr  13 \+ Pared frontal\cr  14 \+ Cámara, cámara de alta
presión\cr  15 \+ Pared exterior\cr  16 \+ Conexión para cámara
tubular\cr  17 \+ Conexión para cámara tubular\cr 
18-21 \+ Canales de flujo\cr  22-25
\+ Paredes de separación\cr  26-27 \+ Cámaras
anulares\cr  28 \+ Pared interior del cuerpo\cr 
29-36.1 \+ Orificios de flujo\cr 
37-44 \+ Orificios de control\cr  45 \+ Cámara,
cámara de baja presión\cr  46 \+ Conexión\cr  47 \+ Pared de
separación\cr  48 \+ Tirantes\cr  49 \+ Elemento de estanqueidad\cr 
50-50.2 \+ Eje motriz\cr  51 \+ Medio de transmisión
de fuerza\cr  52 \+ Paso por el cuerpo\cr  53 \+ Superficie,
superficies de apoyo\cr  54 \+ Cojinete axial\cr  55 \+ Cilindro de
control\cr  56-63 \+ Orificios de flujo\cr  64 \+
Árbol hueco\cr  65 \+ Brida\cr  66 \+ Pared de separación\cr  67 \+
Cámara anular\cr  68-69 \+ Orificios de flujo\cr 
70-71 \+ Orificios\cr  72-75 \+
Canales de flujo\cr  76 \+ Canal anular\cr  77 \+ Zona de
estanqueidad\cr  78 \+ Canal de alivio de presión\cr 
79-81 \+ Planos de apertura\cr  82 \+ Escotadura\cr 
83 \+ Nervio de refuerzo\cr  84 \+ Elemento anular, refuerzo\cr  85
\+ Tapa\cr  86 \+ Desviación del flujo\cr  87 \+
Nervios-guía\cr  88 \+ Canales de flujo\cr  89 \+
Nervio de refuerzo\cr  90 \+ Alojamiento\cr  91 \+ Dispositivo de
estanqueidad\cr  92 \+ Aberturas de admisión\cr  93 \+ Elementos de
cierre\cr  94 \+ Elementos de refuerzo\cr  95 \+ Acumulaciones de
material\cr  96 \+ Elemento de puente\cr  LPB \+ Salmuera de baja
presión\cr  HPB \+ Salmuera de alta
presión\cr}

Claims (49)

1. Dispositivo de válvula para la conmutación de vías de flujo, especialmente destinado a instalaciones que están dotadas de convertidores de presión y cámaras tubulares (3) por las que fluye alternativamente el fluido, estando dispuesto dentro de un cuerpo (11) un elemento giratorio de control (10, 10.1) con varias vías de flujo, presentando dicho cuerpo (11) varias conexiones (12, 16, 17, 46) para tuberías de conexión, comunicando el cuerpo (11) con un primer sistema de tuberías y estando conectado, a través de las conexiones (16, 17), como mínimo, con un extremo respectivamente de un convertidor de presión, estando el otro extremo de cada convertidor de presión conectado a un segundo sistema de tuberías a través de otras válvulas interpuestas, estando el elemento de control (10, 10.1) dotado de un eje motorizado (50), y comunicando las vías de flujo del elemento de control (10, 10.1) alternativamente con las conexiones dispuestas en el cuerpo (11), y en el que con las posiciones del elemento de control (10, 10.1) un fluido de alta presión afluente fluye alternativamente a los convertidores de presión y el fluido de baja presión efluente de los convertidores de presión llega a la conexión para fluido de baja presión, estando dispuestas una conexión (12) para un fluido de alta presión afluente (HPB), una conexión (46) para un fluido de baja presión (salmuera de baja presión LPB) y conexiones (16, 17) para al menos dos convertidores de presión cargados alternativamente con un fluido de alta presión y un fluido de baja presión, caracterizado porque dentro del cuerpo (11) se produce un flujo afluente en dirección axial y/o radial hacia el elemento de control (10, 10.1) y un flujo efluente del fluido de baja presión en dirección axial desde dicho elemento de control (10, 10.1) hacia la conexión para fluido a baja presión, y porque los orificios de control (37-40) dispuestos en el elemento de control (10, 10.1) en la zona de una cámara de alta presión (14) presentan un ángulo de abertura distinto al de los correspondientes orificios de flujo (30, 31, 34, 35) del cuerpo (11), a efectos de poder cargar simultáneamente las cámaras tubulares, que están en unión activa con la válvula, durante la conmutación del elemento de control (10, 10.1).
2. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de control está realizado como un elemento de control en forma de cilindro hueco (10) y porque una pared de separación (47) divide el elemento de control en forma de cilindro hueco (10) en dos cámaras (14, 45) de diferente presión (HPB, LPB).
3. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 2, caracterizado porque en las cámaras (14, 45) de diferente presión (HPB, LPB) están dispuestos refuerzos adicionales.
4. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque los refuerzos están conformados como nervios (83, 89) que se extienden radialmente y/o como elementos anulares (84).
5. Dispositivo de válvula, según las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque el eje motriz (50) está acoplado a la pared de separación (47) con capacidad de transmitir el par de giro.
6. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 5, caracterizado porque la pared de separación (47) está dispuesta en la parte central del elemento de control en forma de cilindro hueco (10).
7. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque un componente (51) capaz de transmitir un elemento de giro está dispuesto en el lado frontal del elemento de control en forma de cilindro hueco (10).
8. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la pared de separación (47) está fijamente unida al elemento de control (10).
9. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la pared de separación (47) está fijamente unida al cuerpo (11).
10. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 9, caracterizado porque la pared de separación (47) está fijada en el cuerpo (11) mediante tirantes (48) en la zona de una abertura de admisión (12) dispuesta en el lado de alta presión.
11. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque en una zona de estanqueidad entre la pared de separación (47) y la superficie de la pared interior del elemento de control en forma de cilindro hueco (10) están dispuestos los elementos de estanqueidad (49).
12. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque la pared de separación (47) y/o los tirantes (48) son partes integrantes de un inserto.
13. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de control (10.1) está realizado como cilindro sólido y porque en su superficie circunferencial varias vías de flujo realizadas en forma de ranura (72-74) forman zonas de presión diferentes (HPB, LPB).
14. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 13, caracterizado porque sobre la superficie circunferencial las vías de flujo (72, 73; 74, 75) de las mismas zonas de presión están dispuestas diametralmente opuestas entre sí.
15. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 13 ó 14, caracterizado porque un tramo de las vías de flujo en forma de ranura (72-75) que comunica con un orificio de flujo (29-31; 33-35) constituye el orificio de control del elemento de control (10.1).
16. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 13, 14 ó 15, caracterizado porque en la zona de una abertura de admisión radial (69) en el lado de alta presión, está dispuesta una ranura anular circunferencial (76) en el cuerpo (11) y/o en la superficie circunferencial del elemento de control (10.1).
17. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque en el elemento de control (10.1) está dispuesta una zona de estanqueidad cerrada (77), en forma de anillo, entre los extremos de las vías de flujo en forma de ranura (72-75) de las diferentes zonas de presión (HPB, LPB).
18. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 17, caracterizado porque en la zona de estanqueidad (77) están dispuestos elementos de estanqueidad en el elemento de control (10.1) y/o en el cuerpo (11).
19. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque en el perímetro exterior del elemento de control (10, 10.1) están dispuestas escotaduras (82) en forma de horquilla y/o realizadas de forma escalonada y que comunican con orificios de control (37, 40).
20. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 19, caracterizado porque el elemento de puente (96) de las escotaduras en forma de horquilla (82) está dispuesto en el plano del nervio radial (83).
21. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque en la circunferencia interior de la pared interior (28, 55) del cuerpo están dispuestas escotaduras en forma de horquilla y/o realizadas de forma escalonada y que comunican con orificios de flujo (30, 31, 34, 35)
22. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque en y/o dentro de una pared exterior (15) del cuerpo (11) están dispuestos múltiples canales de carga (18-21) que unen los orificios de flujo (29-31, 33-36).
23. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 19 a 22, caracterizado porque los orificios de flujo (29-31; 33-36) son parte integrante de una pared interior (55) ajustable del cuerpo en forma de cilindro hueco.
24. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque en la pared exterior (15) del cuerpo (11) están dispuestas múltiples aberturas de admisión (92).
25. Dispositivo de válvula, según una o varias de las reivindicaciones 1 a 24, caracterizado porque en la pared exterior (15) del cuerpo (11) están dispuestos múltiples elementos de refuerzo exteriores (94).
26. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 25, caracterizado porque durante un movimiento del elemento de control (10, 10.1) las cámaras tubulares (3.1, 3.2) del convertidor de presión son conectadas temporalmente entre sí a través de canales de carga (18-21).
27. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 26, caracterizado porque los canales de carga (18-21) están realizados en forma de elementos tubulares exteriores.
28. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 27, caracterizado porque las conexiones para los elementos tubulares se encuentran distribuidas a lo largo del perímetro exterior del cuerpo (11).
29. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 28, caracterizado porque los canales de carga (18-21) están realizados como canales de flujo integrados en la pared del cuerpo.
30. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 29, caracterizado porque se realiza un intercambio de líquidos entre el elemento de control (10, 10.1) y los canales de carga (18-21) a través de, como mínimo, dos orificios de flujo (29,32; 30,31,33,36; 34,35) diametralmente opuestos entre sí y los correspondientes orificios de control
(37-44).
31. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 30, caracterizado porque la posición y el tamaño de los orificios de control (37-44) hacen posible una conmutación de flujos sin golpes de presión.
32. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 31, caracterizado porque los orificios de control (37-44) del elemento de control en forma de cilindro hueco están realizados en forma de agujeros oblongos, polígonos o con otra forma.
33. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 31 ó 32, caracterizado porque el cierre de los orificios de control de una cámara tubular va unido simultáneamente con la apertura de orificios de control anteriormente cerrados de otra cámara tubular, y
viceversa.
34. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 33, caracterizado porque múltiples canales de alivio de presión están dispuestos sobre la superficie de la pared exterior del elemento de control (10, 10.1) y/o sobre una superficie opuesta del cuerpo o dentro de una pared interior (28, 55) del cuerpo.
35. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 34, caracterizado porque un canal o varios canales de alivio de presión (78) están dispuestos en el elemento de control (10, 10.1).
36. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 35 ó 35, caracterizado porque los canales de alivio de presión presentan un flujo continuo o alternante.
37. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 36, caracterizado porque el elemento de control (10, 10.1) está montado sobre una superficie (53) del cuerpo (11) que está formada por las caras frontales de las paredes de separación (22-25) y se extiende en forma de meandros.
38. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 37, caracterizado porque el elemento de control (10, 10.1) está montado sobre múltiples superficies (53) del cuerpo (11) que están formadas por las caras frontales de las paredes de separación (22-25).
39. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 38, caracterizado porque una pared interior (28) del cuerpo, realizada como elemento de construcción separado, está montada sobre una superficie (53) del cuerpo (11) que está formada por las caras frontales de las paredes de separación (22-25) y se extiende en forma de meandros.
40. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 39, caracterizado porque el elemento de control (10, 10.1) está dispuesto con, como mínimo, un muñón en un alojamiento (90).
41. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 40, caracterizado porque el elemento de control (10, 10.1) está montado libre de solicitaciones radiales y axiales.
42. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 41, caracterizado porque un elemento de control en forma de cilindro hueco (10, 10.1) se apoya sobre un cojinete axial (54) con una pared de separación fija (47).
43. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 42, caracterizado porque el lado de alta presión (HPB) está conformado en el elemento de control (10, 10.1) entre dos paredes de separación fijas (47, 66).
44. Dispositivo de válvula, según las reivindicaciones 41, 42 ó 43, caracterizado porque una cámara anular (67), dispuesta en el cuerpo, comunica con el lado de alta presión (HPB).
45. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 44, caracterizado porque el cuerpo (11) está dotado de sendas conexiones(16, 17) para comunicarse con una cámara tubular (3) y con una conexión para cada abertura de admisión del lado de alta presión (12) y para la abertura de salida (46) del lado de baja presión.
46. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 45, caracterizado porque a continuación de la abertura de admisión (12) está dispuesto un dispositivo de desviación (86) dotado de elementos de apoyo (87), y porque dicho dispositivo de desviación (86) rodea un alojamiento (90) para el elemento de control
(10, 10.1).
47. Dispositivo de válvula, según la reivindicación 45 ó 46, caracterizado porque la abertura de admisión (12) con la desviación de flujo (86) y el alojamiento (90) están dispuestos en la tapa (85) que va unida al cuerpo (11).
48. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 45 a 47, caracterizado porque el cuerpo está dotado de una abertura de salida (46) del lado de baja presión, dispuesta en dirección axial y/o
radial.
49. Dispositivo de válvula, según una de las reivindicaciones 1 a 12 y 19 a 48, caracterizado porque los orificios de control (37-44) del elemento de control en forma de cilindro hueco están conformados, por ejemplo, como agujeros oblongos, polígonos o con otra forma.
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