ES2286239T3 - Dispositivo de control. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de mando y de seguridad de un caudal de fluido que recorre una trayectoria de circulación de fluido que atraviesa un cuerpo principal (1) de un dispositivo, que comprende: - un elemento de válvula (7) con desplazamiento axial que coopera con un asiento (8) para determinar, en el paso del fluido, una sección de paso de fluido (71) regulable entre la posición de apertura total y una posición de obturación, - un accionador lineal (10) conectado mecánicamente al elemento de válvula (7) directamente por una varilla de enlace (9) en desplazamiento axisl, para desplazar axialmente de manera continua el elemento de válvula (7) dirigido hacia el asiento (8) entre sus posiciones de apertura total y de obturación, permitiendo una regulación continua de la posición del elemento del válvula (7) con respecto al asiento (8), - la varilla de enlace (9) comprende un primer tramo (12) y un segundo tramo (13) coaxiales e independientes, siendo solidario el primer tramo (12) del elemento de válvula(7), siendo impulsado el segundo tramo (13) por el accionador lineal (10) y pudiéndose desplazar los dos tramos (12), (13) axialmente uno con respecto al otro entre una posición de aproximación relativa y una posición de alejamiento relativo, - un resorte de recuperación (18) que actúa sobre el elemento de válvula (7) y el primer tramo (12) de la varilla de enlace (9) con separación del segundo tramo (13) de la varilla de enlace (9) para llevar al elemento de valvula (7) en la posición de obturación.
Description
Dispositivo de control.
La presente invención se refiere a válvulas
electromagnéticas que permiten el control de un caudal de fluido en
el trayecto de circulación del fluido.
Estas válvulas se utilizan especialmente para la
regulación de los caudales gaseosos que alimentan un quemador o una
caldera de gas.
Se conocen ya electroválvulas que permiten la
regulación continua del caudal gaseoso, mediante una válvula de
desplazamiento axial que coopera con un asiento para determinar en
el paso de gas una sección de paso de gas regulable entre una
posición de apertura total y una posición de apertura mínima. En
general, las electroválvulas que permiten la regulación continua
del caudal de gas no aseguran una regulación hasta la obturación
total, y se debe asociar a las mismas una válvula de
obturación.
Para la regulación del caudal de gas, se conoce
igualmente una tecnología con varias válvulas conectadas en
paralelo, permitiendo cada una de ellas el paso de una parte del
caudal de gas máximo. En este caso, cada una de las electroválvulas
puede asegurar la obturación total de su propio paso, asegurando el
cierre del conjunto de las válvulas la obturación total del paso de
gas. El inconveniente es una regulación discontinua del caudal de
gas, constituyendo cada una de las electroválvulas un elemento de
regulación.
En todos los casos, las normas actualmente en
vigor para el control de flujos gaseosos obligan a prever dos
sistemas de seguridad en serie, uno detrás del otro, para asegurar
la seguridad de obturación en caso de defecto de alimentación
eléctrica de la electroválvula.
En la tecnología con varias válvulas conectadas
en paralelo, es necesario, por lo tanto añadir una electroválvula
de seguridad en serie con el conjunto de las electroválvulas en
paralelo.
En la tecnología con electroválvula de
regulación continua, en la que la electroválvula con regulación
continua está asociada a una electroválvula de obturación total, es
necesario igualmente añadir una electroválvula de seguridad para
asegurar la doble obturación en caso de defecto de alimentación
eléctrica.
Se comprenderá que los sistemas mencionados
anteriormente conducen a una gran complejidad del dispositivo,
requiriendo la utilización simultánea de varias electroválvulas y de
varios circuitos de mando.
Se conoce igualmente, por el documento DE 18 06
094 B, una válvula electromagnética con doble seguridad, que
funciona en sistema de todo o nada. En este documento, la válvula
está montada en un extremo de un cuerpo tubular, en el que desliza
una varilla de accionamiento, que, por su parte, es solidaria de un
grupo magnético de arrastre. El núcleo magnético de arrastre está
solicitado por una bobina de arrastre que genera un campo magnético
que provoca un desplazamiento axial de un núcleo magnético de
arrastre. Un segundo núcleo magnético de seguridad es desplazable
axialmente con respecto al primer núcleo magnético de arrastre, lo
cual está separado por un anillo no magnético. El segundo núcleo
magnético de seguridad está solicitado por el resorte en dirección
de la válvula, y está solicitado magnéticamente por una segunda
bobina de seguridad que genera un campo magnético que provoca el
desplazamiento axial del segundo núcleo de seguridad. La válvula
recupera su posición por la acción de un resorte hacia el asiento
de la válvula. El dispositivo de este tipo no permite regular de
manera continua la posición de la válvula con respecto al asiento.
La válvula funciona en sistema de todo o nada, pudiendo tomar el
elemento de cierre de la válvula solamente una posición de plena
apertura y una posición de cierre, dependiendo del estado de
alimentación de las bobinas. Igualmente, el núcleo magnético de
arrastre no es solidario del elemento de cierre, sino que está
conectado al elemento de cierre por una varilla que desliza en un
cuerpo cilíndrico que, por su parte, es solidario del elemento de
cierre. Igualmente, para realizar la apertura de la válvula, es
necesario generar un campo magnético intenso para provocar el pegado
de los núcleos magnéticos entre sí, lo que requiere bobinas
potentes y voluminosas.
Se conoce igualmente, por cada uno de los
documentos DE 20 22 863 A, DE 82 25 214 U ó DE
26 43 550 A, un dispositivo de mando de seguridad de caudal de fluido, según el preámbulo de la reivindicación 1.
26 43 550 A, un dispositivo de mando de seguridad de caudal de fluido, según el preámbulo de la reivindicación 1.
En cada uno de estos documentos, un electroimán
queda dispuesto sobre una varilla de accionamiento.
En el documento EP 1 106 923 A2, publicado
después de la fecha de prioridad de la que se beneficia la presente
solicitud de patente, un electroimán queda igualmente colocado sobre
la varilla de accionamiento, y por lo tanto es móvil.
El problema que se ha puesto en evidencia por la
presente invención es el de asegurar simultáneamente una regulación
continua del caudal de fluido en el trayecto de circulación del
mismo, y una seguridad satisfactoria de obturación en caso de
defecto de alimentación eléctrica de las electroválvulas, cumpliendo
estas funciones con ayuda de un número reducido de electroválvulas
y de circuitos de mando para simplificar el dispositivo y reducir
su coste.
Otro problema que la presente invención se
propone resolver por ciertas formas de realización es el de asegurar
el control de la electroválvula de regulación por medio de un
motor, por una regulación continua y una satisfactoria precisión de
regulación, asegurando simultáneamente el retorno automático del
motor a la posición de obturación de la electroválvula sin riesgo
de aplastamiento o de amplificación del fenómeno de pegado de las
puntas de estanqueidad y sin riesgo de deslizamiento o de bloqueo
del motor.
Para conseguir estos objetivos, así como otros,
la presente invención prevé un dispositivo de control y de
seguridad de un caudal de fluido que recorre un trayecto de
circulación del fluido que pasa por un cuerpo principal del
dispositivo, que comprende:
- -
- un elemento de válvula con desplazamiento axial que coopera con un asiento para determinar, en el paso del fluido, una sección de paso de fluido regulable entre una posición de apertura total y una posición de obturación.
- -
- un accionador lineal conectado mecánicamente al elemento de cierre directamente por una varilla de enlace en desplazamiento axial, para desplazar axialmente de manera continua el elemento de cierre dirigido al asiento entre sus posiciones de apertura total y de obturación, permitiendo una regulación continua de la posición del elemento de cierre dirigido hacia el asiento,
- -
- comprendiendo la varilla de enlace un primer tramo y un segundo tramo coaxiales e independientes, siendo solidario el primer tramo del elemento de cierre, y siendo arrastrado el segundo tramo por el accionador lineal, y pudiendo desplazarse los dos tramos axialmente uno con respecto al otro, entre una posición de aproximación relativa y una posición de alejamiento relativo, un resorte antagonista,
- -
- que solicita el elemento de cierre y el primer tramo de la varilla de enlace con separación del segundo tramo de la varilla de enlace para retornar el elemento de cierre a la posición de obturación;
según la invención:
- -
- cada uno de los primer y segundo tramos de varilla de enlace comprende, como mínimo, una parte de enlace correspondiente de material ferromagnético, encontrándose las dos partes de enlace en oposición una a la otra, según dos superficies de contacto correspondientes, con un entrehierro cuando se encuentran en posición de alejamiento relativo,
- -
- un circuito magnético de acoplamiento con bobina de excitación está acoplado magnéticamente a las partes de enlace de los tramos de varilla de enlace y está conformado para generar selectivamente un campo magnético circulante entre las dos partes de enlace de los tramos de varilla de enlace, asegurando dicho campo magnético una atracción magnética mutua en los tramos de varilla de enlace, uno hacia el otro, venciendo la fuerza antagonista ejercida por el resorte antagonista, siendo dicha atracción magnética superior a la fuerza de recuperación del resorte de recuperación cuando los dos tramos se encuentran en posición de aproximación relativa,
- -
- el circuito magnético de acoplamiento y la bobina de exitación son elementos propios del cuerpo principal del dispositivo.
De esta manera, la alimentación de la bobina de
excitación mantiene el pegado o unión de los tramos de varilla de
enlace entre sí, asegurando el acoplamiento mecánico del elemento de
cierre con el accionador lineal para sus desplazamientos
funcionales, y la interrupción de alimentación de la bobina de
excitación provoca la liberación relativa de los tramos de varilla
de enlace uno con respecto al otro, asegurando el desacoplamiento
del elemento de cierre que se encuentra entonces llevado a la
posición de obturación por el resorte de recuperación, cualquiera
que sea la situación del accionador lineal.
En la descripción y en las reivindicaciones, la
expresión "accionador lineal" designa cualquier elemento que
permite desplazar axialmente el elemento de cierre de manera
continua para llevarle y mantenerle en cualquier posición entre las
posiciones límites de apertura completa y cierre, y este elemento
mantiene su posición fija cuando tiene lugar la interrupción de la
alimentación eléctrica. Un ejemplo de este accionador lineal es un
motor rotativo asociado a un accionador de tornillos sin fin.
Según una posibilidad, las partes de enlace de
los tramos de la varilla de enlace presentan superficies de
contacto respectivas planas.
De forma alternativa, las partes de enlace de
los tramos de varilla de enlace presentan superficies de contacto
respectivas troncocónicas correspondientes.
De forma preferente, el accionador lineal
comprende un motor, por ejemplo, un motor paso a paso.
Según una forma de realización ventajosa, el
dispositivo comprende:
- -
- un captador sensible a la corriente eléctrica que recorre la bobina de excitación y que genera una señal eléctrica de acoplamiento cuando tiene lugar el cierre del circuito magnético de acoplamiento por aproximación y pegado de los tramos de varilla de enlace entre sí,
- -
- un circuito de mando del accionador lineal, que recibe la señal eléctrica de acoplamiento y que está adaptado para interrumpir la adaptación del accionador lineal en el sentido de su cierre a la recepción de dicha señal eléctrica de acoplamiento.
De esta manera, cualquiera que sea la posición
del accionador lineal, en el instante de una interrupción de la
alimentación eléctrica, el accionador lineal pasa a continuación a
una posición de cierre perfectamente definida sin provocar bloqueo
accesivo del elemento de cierre sobre el asiento. La posición de
cierre del accionador lineal queda definido de forma precisa y
reproductible. Se evita cualquier riesgo de bloqueo del motor del
accionador lineal, bloqueo que se produciría, en caso de una
compresión demasiado importante del elemento de cierre sobre el
asiento.
En una primera realización simplificada, el
conjunto constituye una válvula de mando proporcional con cierre de
seguridad en caso de ausencia de alimentación de la corriente
eléctrica.
En este caso, el dispositivo de invención, para
respetar las normas de seguridad, debe estar asociado a una válvula
de seguridad con el elemento de cierre de seguridad soportado por el
núcleo magnético móvil, solicitado por un resorte retorno en
posición de obturación y solicitado por un campo magnético de
apertura de válvula generado por un circuito magnético de válvula
de seguridad y una bobina de accionamiento, estando conectada la
válvula de seguridad en serie en el trayecto de circulación de
fluido, estando constituido el circuito magnético de la válvula de
seguridad para constituir simultáneamente el circuito magnético de
acoplamiento de la válvula de mando cualquiera de seguridad, y la
bobina de accionamiento que cumple simultáneamente la función de
bobina de excitación de la válvula de mando con cierre de
seguridad.
De acuerdo con una segunda realización, el
dispositivo de la invención comprende además una válvula de
seguridad con elemento de cierre de seguridad soportado por un
núcleo magnético móvil, solicitado por un resorte de recuperación
en posición de obturación y solicitado por un campo magnético de
apertura de válvula generado por un circuito magnético de válvula
de seguridad y una bobina de accionamiento, estando conectada la
válvula de seguridad en serie en la trayectoria de circulación de
fluido, estando conformado el circuito magnético de la válvula de
seguridad para constituir simultáneamente el circuito magnético de
acoplamiento de la válvula de mando con cierre de seguridad, y la
bobina de accionamiento que cumple simultáneamente la función de
bobina de excitación de la válvula de mando con cierre de
seguridad.
Otros objetos, características y ventajas de la
presente invención resultarán de la descripción siguiente de formas
de realizaciones específicas, haciendo referencia a las figuras
adjuntas, entre las cuales:
- la figura 1 es una vista esquemática, en
sección, de un dispositivo de mando y de seguridad de caudal de
fluido, según una primera forma de realización de la presente
invención, en posición de obturación;
- la figura 2 es una vista esquemática, en
sección, de un dispositivo de la figura 1, en posición de
regulación;
- la figura 3 es una vista esquemática, en
sección, del dispositivo de la figura 1, en posición de obturación
en caso de corte de la alimentación eléctrica;
- la figura 4 es una vista esquemática, en
sección, de un dispositivo de mando y de seguridad de caudal de
fluido, según una segunda forma de realización de la presente
invención, en posición de obturación total;
- la figura 5 es una vista, en sección, del
dispositivo de la figura 4, en posición de apertura de la
electroválvula de seguridad, permaneciendo cerrada la
electroválvula de regulación;
- la figura 6 es una vista esquemática, en
sección, del dispositivo de la figura 4, en posición de regulación
de caudal; y
- la figura 7 es una vista esquemática, en
sección, del dispositivo de la figura 4, en posición de doble
obturación de seguridad en caso de corte de la alimentación
eléctrica.
En la forma de realización mostrada en las
figuras 1 a 3, el dispositivo de mando y de seguridad de un caudal
de fluido asegura, por una parte, la función de regulación continua
del caudal de fluido, y, por otra, la función de obturación
automática en caso de ausencia de alimentación eléctrica del
dispositivo.
El dispositivo comprende un cuerpo principal
(1), en el que está previsto un trayecto de circulación de fluido
entre una entrada (2) y una salida (3). En la realización mostrada
en la figura 1, el trayecto de fluido recorre la entrada (2), a
continuación una cámara de la parte de arriba (4), una cámara de la
parte de abajo (5), una cámara de salida (6), y finalmente la
salida (3).
Entre la cámara de la parte de arriba (4) y la
cámara de abajo (5), un elemento de válvula (7) se desplaza
axialmente, según el eje (I-I), y coopera con un
asiento (8) para determinar, en el paso de fluido, una sección de
paso de fluido regulable entre una posición de apertura total y una
posición de obturación. La posición de obturación se ha mostrado en
la figura 1.
El elemento de válvula (7) está conectado
directamente de forma mecánica por una varilla de enlace (9) a un
accionador lineal (10). El accionador lineal (10) está dispuesto
para desplazar axialmente la varilla de enlace (9) y el elemento
de válvula (7) entre las posiciones de apertura total y de
obturación, y para mantenerlas en cualquier posición de regulación,
escogida entre las posiciones extremas. El accionador lineal (10)
puede comprender, por ejemplo, un motor eléctrico, alimentado por un
circuito de mando (11).
La varilla de enlace (9) está realizada en dos
partes separadas, comprendiendo el primer tramo (12) y el segundo
tramo (13) coaxiales e independientes. El primer tramo (12) es
solidario del elemento de válvula (7). El segundo tramo (13) está
impulsado por el accionador lineal (10). Por deslizamiento en el
cuerpo principal (1), según el eje I-I, los dos
tramos (12) y (13) se pueden desplazar axialmente uno con respecto
al otro entre una posición de aproximación relativa (figura 1) y
una posición de alejamiento relativo (figura 3).
El primer tramo (12) de varilla de enlace (9)
comprende, como mínimo, una parte de enlace (14) de material
ferromagnético. Igualmente, el segundo tramo (13) de varilla de
enlace (9) comprende una parte de enlace (15) de material
ferromagnético. Las dos partes de enlace (14) y (15) están en
oposición una con respecto a la otra, según dos superficies de
contacto respectivas (16) y (17).
Un resorte de recuperación (18) actúa sobre el
elemento de válvula (7) y el primer tramo (12) de la varilla de
enlace (9) en la dirección del asiento (8), es decir, en separación
del segundo tramo (13) de la varilla de enlace (9), hasta la
obturación de la electroválvula.
Un circuito magnético de acoplamiento (19) con
bobina de excitación (20) está acoplado magnéticamente a las partes
de enlace (14) y (15) de los tramos (12) y (13) de la varilla de
enlace (9). El circuito magnético de acoplamiento (19) está
adaptado para generar selectivamente un campo magnético que circula
entre las dos partes de enlace (14) y (15) de los tramos (12) y
(13). En la figura 1, se observa que la bobina de excitación (20) es
una bobina anular que rodea las partes de enlace (14) y (15) de
material ferromagnético de la varilla de enlace (9). El circuito
magnético de acoplamiento (19), que tiene forma de C, cierra las
líneas de campo en el exterior de la bobina de excitación (20)
entre las dos partes de enlace (14) y (15), dejando solamente un
reducido entrehierro entre el polo distal (19a) y el polo próximo
(19b) del circuito magnético de acoplamiento (19), por una parte, y
las partes de enlace (14) y (15) respectivas de la varilla de enlace
(9), por otra. Un tercer entrehierro E se encuentra en el interfaz
entre las superficies de contacto respectivas (16) y (17) de las
partes de enlace (14) y (15) de las varillas de enlace (9), tal como
se aprecia mejor en la figura 3, en posición de alejamiento
relativo.
La bobina de excitación (20) está alimentada en
corriente eléctrica por conductores de entrada (21). En presencia
de una corriente eléctrica, la bobina de excitación (20) crea un
campo magnético que, recorriendo el circuito magnético de
acoplamiento (19) y las partes de enlace (14) y (15), asegura la
atracción magnética mutua de los tramos (12) y (13) de varilla de
enlace (9), uno hacia el otro, venciendo la fuerza de recuperación
ejercida por el resorte de recuperación (18). La bobina de
excitación (20) y su corriente de excitación se escogen de manera
que la atracción magnética que se ejerce entre los dos tramos (12) y
(13) de varilla de enlace (9), en posición de aproximación
relativa, sea superior a la fuerza de recuperación del resorte de
recuperación (18).
De esta manera, la alimentación de la bobina de
excitación (20) en energía eléctrica mantiene la adaptación de los
tramos (12) y (13) de la varilla de enlace (9), uno con respecto al
otro, asegurando el acoplamiento mecánico permanente del elemento
de válvula (7) al accionador lineal (10) cuando tienen lugar
desplazamientos longitudinales para la regulación del caudal de
fluido.
Se comprenderá que, cuando los tramos (12) y
(13) se encuentran en posición de alejamiento relativo del
entrehierro (E), el flujo magnético generado por la bobina de
excitación (20) disminuye a causa de la presencia del entrehierro,
y, si se desea que la alimentación de la bobina de excitación (20)
asegure una atracción magnética mutua de los tramos (12) y (13),
superior a la fuerza de recuperación ejercida por el resorte de
recuperación (18), sería necesario utilizar una bobina de
excitación (20) de gran potencia. El volumen del dispositivo
aumentaría fuertemente, y el coste de realización sería más
elevado, así como el consumo en energía para alimentar la
bobina.
bobina.
Según la invención, se podrá utilizar
preferentemente una bobina de menor potencia, solamente suficiente
para mantener la adaptación de los tramos (12) y (13) uno sobre
otro cuando se encuentran en posición de aproximación, resultando
insuficiente la atracción magnética para aproximar dichos tramos
(12) y (13) entre sí cuando se encuentren en presencia de un
entrehierro (E). Gracias a la presencia del accionador lineal, que
puede desplazar los tramos (12) y (13) uno con respecto al otro,
para llevarlos en contacto uno con el otro después de restablecer
la alimentación eléctrica, el dispositivo puede ser puesto
nuevamente en estado de enlace mecánico continuo entre el
accionador lineal y el elemento de válvula por alimentación de la
bobina de excitación (20).
El funcionamiento del dispositivo se explica
adicionalmente, en relación con las figuras 1 a 3.
En la figura 1, el dispositivo se encuentra en
posición de obturación permanente: el elemento de válvula (7) se
apoya sobre el asiento (8), para la obturación total del trayecto de
circulación de fluido entre la cámara de arriba (4) y la cámara de
abajo (5). El elemento de válvula (7) es mantenido en esta posición
por el primer tramo (12) de la varilla de enlace (9) que, por su
parte, es empujada por el resorte (18) y por el segundo tramo (13)
que recibe la acción del accionador lineal (10). El dispositivo
mantiene este estado, cualquiera que sea la alimentación de la
bobina de excitación (20).
La figura 2 muestra el estado del dispositivo en
funcionamiento normal de regulación del caudal de fluido. La bobina
de excitación (20) es alimentada en corriente eléctrica, y provoca
la adaptación permanente de los tramos (12) y (13) de la varilla de
enlace (9) uno sobre el otro. En este caso, el accionador lineal
(10) puede desplazar axialmente, según el eje longitudinal
(I-I), la varilla de enlace (9) y el elemento de
válvula (7) con respecto al asiento (8), para regular de forma
continua la sección de paso del fluido (71), que determina el
caudal de fluido en el trayecto de circulación de fluido. El
elemento de válvula (7) permanece acoplado al accionador lineal
(10) mientras se mantiene la alimentación eléctrica de la bobina de
excitación (20).
Si se interrumpe la alimentación eléctrica de la
bobina de excitación (20), el dispositivo toma el estado mostrado
en la figura 3. Después de la desaparición de la alimentación
eléctrica de la bobina de excitación (20), el campo magnético que
recorre el circuito magnético de acoplamiento (19) desaparece, de
manera que la atracción magnética desaparece entre los tramos (12)
y (13) de la varilla de enlace (9). El segundo tramo (13) permanece
fijo, siendo determinada su posición por el accionador lineal (10),
que se encuentra igualmente fijo por ausencia de alimentación
eléctrica. Por el contrario, el primer tramo (12) es solicitado por
el resorte de recuperación (18), y se desplaza hacia la posición de
obturación, de manera que el elemento de válvula (7) se apoya
nuevamente y de forma automática sobre el asiento (8), asegurando la
obturación total de la electroválvula.
En esta posición de la figura 3, el tercer
entrehierro (E) de gran espesor separa los dos tramos (12) y (13),
cuando se produce la interrupción de la alimentación cuando el
accionador lineal (10) se encuentra en posición de apertura total o
parcial. Los tramos (12) y (13) se encuentran, por lo tanto, en
posición de alejamiento relativo con el entrehierro (E).
Cuando se repone la alimentación eléctrica, a
causa del tercer entrehierro (E), el campo magnético generado por
la bobina de excitación (20) no es suficiente para que la atracción
magnética pueda vencer la fuerza de recuperación del resorte (18) y
provocar la adaptación de los tramos (12) y (13), uno con respecto
al otro. Es necesario que el accionador lineal (10) desplace el
segundo tramo (13) en la dirección del primer tramo (12),
aproximando las superficies de contacto (16) y (17) una hacia la
otra, hasta reducción suficiente del tercer entrehierro (E) y
adaptación de los tramos (12) y (13) uno con respecto al otro. La
electroválvula recupera entonces su función de regulación del
caudal de fluido.
En la figura 1, se han representado además los
medios que permiten controlar automáticamente el paro del accionador
lineal (10), cuando vuelve a la posición de obturación, después del
restablecimiento de la alimentación eléctrica. En efecto, a partir
de la posición de obturación de seguridad, tal como se ha mostrado
en la figura 3, en la que el accionador mantiene el segundo tramo
(13) de varilla de enlace (9) retirada con respecto al primer tramo
(12) de varilla de enlace (9), que ha sido devuelto a la posición de
obturación por el resorte antagonista (18), cuando ha tenido lugar
el restablecimiento de la alimentación eléctrica, es necesario
controlar el accionador lineal (10) para aproximar las superficies
de contacto (16) y (17) según una separación suficientemente
reducida para que el campo magnético provoque nuevamente la
adaptación de los tramos (12) y (13) de la varilla de enlace (9).
Sin embargo, es necesario controlar simultáneamente el paro del
accionador lineal (10) desde que ha tenido lugar esta adaptación, a
falta de lo cual el accionador lineal (10) continua su carrera y
comprime la varilla de enlace (9) y el elemento de válvula (7)
contra el asiento (8), provocando el aplastamiento de las juntas de
estanqueidad, tales como la junta (70). Igualmente, si no se para el
accionador lineal (10) cuando tiene lugar la coincidencia sobre el
asiento, el accionador lineal (10) puede deslizar o patinar y perder
sus referencias de posicionamiento porque perjudica la precisión de
las regulaciones posteriores de apertura del elemento de válvula
(7).
La forma de realización de la figura 1 permite
interrumpir la alimentación del accionador desde que se produce el
acoplamiento entre los dos tramos (12) y (13) de la varilla de
enlace (9).
Para ello se prevé un captador (22), insertado
en los conductores de entrada (21) que alimentan la bobina de
excitación (20), que es sensible a la corriente eléctrica que
recorre la bobina de excitación (20) y que genera en su salida (23)
una señal eléctrica de acoplamiento cuando tiene lugar el cierre del
circuito magnético de acoplamiento (19) por aproximación y
coincidencia de los tramos (12) y (13) de la varilla de enlace (9)
entre sí. La salida (23) del capturador (22) está conectada a una
entrada (24) del circuito de mando (11). Por lo tanto, el circuito
de mando (11) del accionador lineal (10) recibe la señal eléctrica
de acoplamiento y está adaptado para interrumpir la alimentación
del accionador lineal (10) en el sentido del cierre del elemento de
válvula (7) a la recepción de dicha señal eléctrica de
acoplamiento.
En la forma mostrada en las figura 1 a 3 el
circuito magnético de acoplamiento (19) y la bobina de excitación
(20) son elementos propios adaptados sobre el cuerpo principal (1)
del dispositivo, constituyendo el conjunto una válvula de mando con
cierre de seguridad en caso de ausencia de alimentación de corriente
eléctrica.
Para satisfacer las normas de seguridad en vigor
la válvula de mando con cierre de seguridad, tal como se ha
mostrado en las figuras 1 a 3 puede estar asociado a una válvula de
seguridad de cualquier tipo conocido conectada en serie en el
circuito de circulación de fluido.
Por ejemplo, se puede asociar dicha válvula de
mando con el cierre de seguridad a una válvula de seguridad con
elemento de válvula soportado por un núcleo magnético móvil
solicitado por un resorte de recuperación en posición de obturación
y solicitado por un campo magnético de apertura de válvula generado
por un circuito magnético y una bobina de accionamiento. En este
caso la bobina de accionamiento de la válvula de seguridad está
alimentada eléctricamente y de forma simultánea por la bobina de
excitación (20) de un dispositivo de las figuras 1 a 3.
Para asegurar una doble seguridad de de mando
se puede referir, no obstante, la forma de realización de las
figuras 4 a 7.
En esta forma de realización, se asocia una
válvula de mando con cierre de seguridad (A), mostrada en la mitad
derecha de la figura 4, y una válvula de seguridad (B) mostrada en
la mitad izquierda de la figura 4.
La válvula de mando con cierre de seguridad (A)
adopta la misma estructura que la que se ha definido en la primera
forma de realización de las figuras 1 a 3. Por lo tanto, se observan
otra vez los mismos elementos que se han referenciado con los
mismos numerales de referencia y en especial: cuerpo principal (1),
entrada (2), salida (3), cámara de arriba (4), cámara de abajo (5),
cámara de salida (6), elemento de válvula (7), asiento (8), varilla
de enlace (9), accionador lineal (10), primer tramo (12) de la
varilla de enlace (9), segundo tramo (13) de la varilla de enlace
(9), partes de enlace (14) y (15) de material ferromagnético,
resorte de recuperación (18), circuito magnético de acoplamiento
(19) con su polo distal (19a) y su polo próximo (19b).
En esta forma de realización de las figuras 4 a
7 la válvula de mando con cierre de seguridad (A) difiere por la
estructura del circuito magnético de acoplamiento (19) y de la
bobina de excitación que genera el campo magnético en el circuito
magnético de acoplamiento (19), tal como se explicará más
adelante.
La válvula de seguridad (B) está realizada en el
mismo cuerpo principal (1) y está conectada en serie en la
trayectoria de circulación de fluido entre una entrada principal
(25) y la entrada (2) de la válvula de mando con cierre de
seguridad (A). La válvula de seguridad (B) comprende un elemento de
válvula de seguridad (26) soportado por el núcleo magnético móvil
(27) que puede deslizar dentro del cuerpo principal (1) según un eje
longitudinal (II-II) para desplazar el elemento de
válvula de seguridad (26) entre una posición de obturación mostrada
en la figura 4 en la que se apoya sobre un asiento de seguridad (28)
para oponerse a cualquier paso de líquido, y una oposición de
apertura mostrada en las figuras 5 y 6 en la que está retirada con
respecto al asiento de seguridad (28) para permitir el paso de
fluido desde la entrada principal (25) hacia la entrada (2) de la
válvula de mando con cierre de seguridad (A).
El núcleo magnético móvil (27) está solicitado
por un resorte de recuperación (29) que la lleva a la posición de
obturación.
El núcleo magnético móvil (27) está asociado a
un núcleo magnético fijo (30), dispuesto coaxialmente a lo largo
del eje II-II, y del que está separado por un
entrehierro (31). Una bobina de accionamiento (32) alimentada por
una fuente de energía eléctrica está dispuesta alrededor de los
núcleos magnéticos (27) y (30).
El circuito magnético de acoplamiento (19)
comprende, desde el polo distal (19a), una placa distal (119a) de la
que una parte se encuentra en las proximidades del núcleo magnético
móvil (27) para su acoplamiento magnético a dicho núcleo magnético
móvil (27). Igualmente el circuito magnético de acoplamiento (19)
presenta desde el polo próximo (19b) una placa próxima (119b) de la
que una parte se encuentra en las proximidades del núcleo magnético
fijo (30) para su acoplamiento magnético. El campo magnético
generado por la bobina de accionamiento (32) provoca, por lo tanto,
la atracción mutua del núcleo magnético fijo (30) y del núcleo
magnético móvil (27), atracción que tiende a reducir el entrehierro
(31) y a adaptar los dos núcleos (27) y (30) uno al otro para la
apertura de la válvula de seguridad (B). Simultáneamente, el campo
magnético generado por la bobina de accionamiento (32) se propaga
en el circuito magnético de acoplamiento (19) hasta los polos (19a)
y (19b) y después en las partes de enlace (14) y (15) de la varilla
de enlace (9) para asegurar la adaptación de los tramos (12) y (13)
de la varilla de enlace (9) que permite el control de la válvula de
mando con cierre de seguridad (A) por el accionador lineal
(10).
De este modo, el circuito magnético de la
válvula de seguridad (B) está conformado para constituir
simultáneamente el circuito magnético de acoplamiento (19) de la
válvula de mando con cierre de seguridad (A), y la bobina de
accionamiento (32) cumple simultáneamente la función de bobina de
excitación de la válvula de mando con cierre de seguridad (A).
El funcionamiento del dispositivo se explica,
además, con relación a las figuras 4 a 7.
En la figura 4 el dispositivo se encuentra en
posición de cierre de seguridad: la válvula de mando con cierre de
seguridad (A) se encuentra en posición de obturación total estando
el elemento de válvula (7) apoyado contra el asiento (8).
Igualmente la válvula de seguridad (B) se encuentra en posición de
obturación, no siendo alimentada la bobina de accionamiento, de
manera que la válvula de seguridad (26) y el núcleo magnético móvil
(27) son impulsados por el resorte de recuperación (29) que dispone
la válvula de seguridad (26) contra el asiento de seguridad
(28).
En la figura 5 se alimenta la bobina de
accionamiento (32), lo que provoca la atracción del núcleo magnético
móvil (27) por el núcleo magnético fijo (30) y la retirada de la
válvula de seguridad (26) con separación con respecto al asiento de
seguridad (28) abriendo el paso del fluido. El paso del fluido
queda, no obstante, obturado por la válvula de mando con cierre de
seguridad (A), cuyo accionador lineal (10) no ha sido abierto
todavía.
En la figura 6 el dispositivo se encuentra en el
estado de regulación: al ser alimentada la bobina de accionamiento
(32) con corriente eléctrica produce un campo magnético que provoca
simultáneamente la apertura de la válvula de seguridad (B) y la
adaptación de los tramos (12) y (13) de la varilla de enlace (9),
actuando el accionador lineal (10) de manera eficaz para desplazar
a voluntad el elemento de válvula (7) con respecto al asiento (8)
para regular la sección de paso de fluido (71).
A partir de la posición de regulación mostrada
en la figura 6, si la alimentación de la bobina de accionamiento
(32) queda interrumpida, el dispositivo toma el estado de cierre de
seguridad mostrado en la figura 7: cuando desaparece el campo
magnético que recorre el circuito magnético de acoplamiento (19),
el núcleo magnético móvil (27) y la válvula de seguridad (26) son
impulsados por el resorte de recuperación (29) a la posición de
cierre para asegurar un primer cierre de seguridad. Simultáneamente,
la desaparición del campo magnético en el circuito magnético de
acoplamiento (19) provoca la separación del primer tramo (12) de la
varilla de enlace (9) con respecto al segundo tramo (13), de manera
que el primer tramo (12) de la varilla de enlace (9) y el elemento
de válvula (7) son llevados por el resorte de recuperación (18) a la
posición de obturación contra el asiento (8), para asegurar
automáticamente un segundo cierre de seguridad.
En el restablecimiento de la alimentación de la
bobina de accionamiento (32), la válvula de seguridad (B) se abre,
pero la válvula de mando con el cierre de seguridad A queda cerrada
hasta que un operador o un programa apropiado provoca el
funcionamiento del accionador lineal (10) en el sentido que aproxima
los tramos (12) y (13) de la varilla de enlace (9) para la
adaptación de los dos tramos y después en el sentido de apertura de
la válvula de mando con cierre de seguridad A.
Se comprende que esta segunda forma de
realización es particularmente económica para realizar una válvula
de mando y de seguridad con doble seguridad.
Tal como se aprecia en las figuras 4 a 7, el
entrehierro (31) entre el núcleo magnético móvil (27) y el núcleo
magnético fijo (30) tiene forma troncocónica. Esta forma facilita la
atracción del núcleo magnético móvil (27) en una carrera larga. Por
el contrario, tal como se aprecia mejor en la figura 3, el tercer
entrehierro (E) entre los tramos (12) y (13) de la varilla de enlace
(9) está limitado por dos superficies de contacto planas (16) y
(17), puesto que la tracción entre los dos tramos (12) y (13) no ha
sido realizada en principio según una carrera grande. No obstante,
de forma alternativa, se podrían prever superficies de contacto
respectivas (16) y (17) troncocónicas, lo mismo en lo que respecta
al entrehierro (31).
La presente invención no está limitada a las
formas de realización que se han descrito de manera explícita, sino
que comprende las diversas variantes y generalizaciones contenidas
dentro del ámbito de las siguientes reivindicaciones.
Claims (10)
1. Dispositivo de mando y de seguridad de un
caudal de fluido que recorre una trayectoria de circulación de
fluido que atraviesa un cuerpo principal (1) de un dispositivo, que
comprende:
- -
- un elemento de válvula (7) con desplazamiento axial que coopera con un asiento (8) para determinar, en el paso del fluido, una sección de paso de fluido (71) regulable entre la posición de apertura total y una posición de obturación,
- -
- un accionador lineal (10) conectado mecánicamente al elemento de válvula (7) directamente por una varilla de enlace (9) en desplazamiento axial, para desplazar axialmente de manera continua el elemento de válvula (7) dirigido hacia el asiento (8) entre sus posiciones de apertura total y de obturación, permitiendo una regulación continua de la posición del elemento del válvula (7) con respecto al asiento (8),
- -
- la varilla de enlace (9) comprende un primer tramo (12) y un segundo tramo (13) coaxiales e independientes, siendo solidario el primer tramo (12) del elemento de válvula (7), siendo impulsado el segundo tramo (13) por el accionador lineal (10) y pudiéndose desplazar los dos tramos (12), (13) axialmente uno con respecto al otro entre una posición de aproximación relativa y una posición de alejamiento relativo,
- -
- un resorte de recuperación (18) que actúa sobre el elemento de válvula (7) y el primer tramo (12) de la varilla de enlace (9) con separación del segundo tramo (13) de la varilla de enlace (9) para llevar al elemento de válvula (7) en la posición de obturación,
caracterizado porque:
- -
- cada uno de dichos primer tramo (12) y segundo tramo (13) de la varilla de enlace (9) comprende, como mínimo, una parte de enlace (14, 15) correspondiente de material ferromagnético, encontrándose las dos partes de enlace (14, 15) en oposición una a la otra según dos superficies de contacto (16, 17) respectivas con un entrehierro (E) cuando se encuentran en posición de alejamiento relativo,
- -
- un circuito magnético de acoplamiento (19) con bobina de excitación (20) está acoplado magnéticamente a las partes de enlace (14, 15) de los tramos (12, 13) de la varilla de enlace (9) y está conformado para generar selectivamente un campo magnético que circula entre las dos partes de enlace (14, 15) de los tramos (12, 13) de la varilla de enlace, asegurando dicho campo magnético una atracción magnética mutua de los tramos (12, 13) de la varilla de enlace (9) uno hacia el otro venciendo la fuerza antagonista ejercida por el resorte antagonista (18), siendo dicha atracción magnética superior a la fuerza de recuperación del resorte (18) cuando los dos tramos (12, 13) se encuentran en posición de aproximación relativa.
- -
- el circuito magnético que acoplamiento (19) y la bobina de excitación (20) son elementos propios del cuerpo principal (1) del dispositivo, de manera que la alimentación de la bobina de excitación (20) mantiene la adaptación de los tramos (12, 13) de varilla de enlace (9) uno respecto al otro, asegurando el acoplamiento mecánico del elemento de válvula (7) al accionador lineal (10) para sus desplazamientos funcionales, y la interrupción de la alimentación de la bobina de excitación (20) provoca la liberación relativa de los tramos (12, 13) de la varilla de enlace (9) uno con respecto al otro, asegurando el desacoplamiento del elemento de válvula (7) que es llevado entonces a la posición de obturación por el resorte antagonista (18) cualquiera que sea el estado del accionador lineal (10).
2. Dispositivo, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el circuito magnético de acoplamiento
(19) comprende un polo distal (19a) y un polo próximo (19b),
solamente con un reducido entrehierro entre el polo distal (19a) y
el polo próximo (19b), por una parte, y las partes de enlace (14 y
15) respectivas de la varilla de enlace (9), por la otra.
3. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque las partes de
enlace (14, 15) de los tramos (12, 13) de la varilla de enlace (9)
comprenden superficies de contacto respectivas planas (16, 17).
4. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque las partes de
enlace (14, 15) de los tramos (12, 13) de la varilla de enlace (9)
comprenden superficies de contacto respectivas (16, 17)
troncocónicas correspondientes.
5. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el accionador
lineal (10) comprende un motor.
6. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende:
- -
- un captador (22) sensible a la corriente eléctrica que recorre la bobina de excitación (20) y que genera una señal eléctrica de acoplamiento cuando tiene lugar el cierre del circuito magnético de acoplamiento (19) por aproximación y adaptación de los tramos (12, 13) de la varilla de enlace (9) entre sí.
- -
- un circuito de mando (11) del accionador lineal (10) que recibe la señal eléctrica de acoplamiento y que está adaptado para interrumpir la alimentación del accionador lineal (10) en el sentido de su cierre a la recepción de dicha señal eléctrica de acoplamiento.
7. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el conjunto
constituye una válvula de mando con cierre de seguridad (A) en caso
de ausencia de alimentación de corriente eléctrica.
8. Dispositivo, según la reivindicación 7,
caracterizado por comprender además una válvula de seguridad
(B) con elemento de válvula de seguridad (26) soportado por un
núcleo magnético móvil (27) solicitado por un resorte de
recuperación (29) en posición de obturación y solicitado por un
campo magnético de apertura de válvula generado por un circuito
magnético de válvula de seguridad y una bobina de accionamiento
(32), estando conectada la válvula de seguridad (B) en serie en la
trayectoria de circulación de fluido, siendo alimentada la bobina
de accionamiento (32) de la válvula de seguridad eléctricamente de
forma simultánea a la bobina de excitación (20) de la válvula de
mando con cierre de seguridad (A).
9. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por comprender además
una válvula de seguridad (B) con elemento de válvula de seguridad
(26) soportado por un núcleo magnético móvil (27) llevado por un
resorte de recuperación (29) a la posición de obturación y llevado
por el campo magnético de apertura de válvula generado por el
circuito magnético de la válvula de seguridad y una bobina de
accionamiento (32), estando conectada la válvula de seguridad (B)
en serie en la trayectoria de circulación del fluido, estando
constituido el circuito magnético de válvula de seguridad para
realizar simultáneamente el circuito magnético de acoplamiento (19)
de la válvula de mando con cierre de seguridad (A) y cumpliendo la
bobina de accionamiento (32) simultáneamente la función de bobina
de excitación (20) de la válvula de mando con cierre de seguridad
(A).
10. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la bobina de
excitación (20) y su corriente de excitación se escogen justamente
suficientes para mantener la adaptación de los tramos (12, 13) uno
con respecto al otro cuando se encuentran en posición próxima.
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