ES2296028T3 - Regulador de posicion accionado por un fluido. - Google Patents

Abstract

Regulador de posición accionado por un fluido para dispositivos operativos, en especial, para válvulas de proceso, con una carcasa (7) de regulador, en la que se ha dispuesto, al menos, un mecanismo (12) regulador, regulable por medio del ataque de un fluido controlado realizándose un movimiento (13) de regulación, el cual mecanismo (12) regulador está en condiciones de conmutar por medio de un fluido, en función de su posición, de modo diferente entre sí una acometida (22) de alimentación, una acometida (23) de purga y una acometida (24) operativa, prevista para la conexión del dispositivo (2) operativo, caracterizado porque el mecanismo (12) regulador presenta dos superficies de ataque (15a, 15b) por fluido activas, iguales entre sí para prefijar su posición, que apuntan en sentidos diferentes del movimiento (13) de regulación, las cuales superficies delimitan, en cada caso, una cámara (37a, 37b) de control, habiéndose asociado a ambas cámaras (37a, 37b) de control una conexión (52) comúnde la presión de control, con la cual están conectadas, en cada caso, por un fluido habiéndose intercalado un mecanismo (54a, 54b) de estrangulación; y porque las dos cámaras (37a, 37b) de control están conectadas, aguas abajo del respectivo mecanismo (52) de estrangulamiento asociado, con una abertura (55a, 55b) de purga, en cada caso, habiéndose asociado a estas dos aberturas (55a, 55b) de purga un mecanismo (16) de válvula de control accionable eléctricamente, agrupado con la carcasa (7) del regulador formando una unidad constructiva, que está en condiciones de liberar o cerrar discrecionalmente, en cada caso, las dos aberturas (55a, 55b) de purga, incluyendo un cierre simultáneo de las dos aberturas (55a, 55b) de purga.

Description

Regulador de posición accionado por un fluido.

El invento se refiere a un regulador de posición, accionado por un fluido, para dispositivos operativos, en especial, para válvulas de proceso, con una carcasa de regulador, en la que se ha dispuesto, al menos, un mecanismo regulador ajustable por ataque fluido controlado realizando un movimiento de regulación, mecanismo regulador que, en función de su posición, está en condiciones de conmutar de forma diferente entre sí mediante un fluido una acometida de alimentación, una acometida de purga y una acometida operativa prevista para la conexión del dispositivo operativo.

Un regulador de posición de este tipo, conocido a partir del documento EP 0726511 B1, consta de un dispositivo regulador dispuesto en una carcasa de regulador, que está en condiciones de conectar a discreción una acometida operativa, en función de la posición adoptada, con una acometida de alimentación o una acometida de purga o desconectarla simultáneamente de las dos acometidas. De este modo, la presión fluídica derivable en la acometida operativa, que se utiliza, por ejemplo, para el accionamiento de una válvula de proceso o de un dispositivo operativo diferente, puede especificarse previamente según la demanda. La posición del dispositivo regulador responsable del estado de conmutación instantáneo puede ser influenciada por una presión de control modificable, que actúa en oposición a un mecanismo elástico sobre un elemento de membrana del dispositivo regulador. Puesto que el regulador de posición se ha dimensionado de modo que el mecanismo regulador adopte la posición de purga con una presión de control correspondiente a la presión ambiental, resulta relativamente difícil especificar exactamente la presión de control de modo que se dé una posición de cierre, que desconecte la acometida operativa simultáneamente de las otras dos acometidas, la cual posición de cierre tiene como consecuencia una posición constante del dispositivo operativo conectado.

Es problema del presente invento crear un regulador de posición compacto accionado por un fluido, que haga posible con medidas sencillas una activación precisa de un dispositivo operativo.

Para solucionar este problema, se ha previsto que, para especificar su posición, el dispositivo regulador presente dos superficies de ataque de fluido activas del mismo tamaño una debajo de la otra, que apunten en sentidos mutuamente opuestos del movimiento de regulación, las cuales delimiten una cámara de control, en cada caso, habiéndose asociado a ambas cámaras una acometida de presión de control común, con la cual estén en comunicación fluida, en cada caso, intercalándose un mecanismo de estrangulación, y que las dos cámaras de control estén conectadas aguas abajo del mecanismo de estrangulación asociado, en cada caso, con una abertura de purga cada una, habiéndose asociado a estas dos aberturas de purga un mecanismo de válvula de control accionable eléctricamente, agrupado en una unidad constructiva con la carcasa del regulador, que esté en disposición de liberar o cerrar discrecionalmente las dos aberturas de purga, en cada caso, inclusive un cierre simultáneo de las dos aberturas de purga.

La estructura simétrica relativa a las dos superficies de ataque del fluido, junto con la excitación a través de una conexión de presión de control común asociada, ofrece la seguridad de que las fuerzas reguladoras fluidas, que atacan el mecanismo regulador, se igualan entre sí en caso de cierre simultáneo de las dos aberturas de purga y se presenta una posición claramente definida del mecanismo regulador. Existe, en especial, la posibilidad de prefijar, con las aberturas de purga cerradas, una posición inicial del mecanismo regulador, con la que la acometida operativa esté separada tanto de la acometida de alimentación como también de la acometida de purga, y se mantenga una presión operativa constante. Puesto que ambas cámaras de control están conectadas a la misma conexión de presión de control, la exactitud de la regulación es independiente de eventuales fluctuaciones de la presión de control. Para provocar un movimiento de regulación del mecanismo regulador, que provoque una modificación de la presión operativa existente en la acometida operativa, se pueden abrir una u otra de las dos aberturas de purga mediante la excitación eléctrica adecuada del mecanismo de válvula de control, de modo que se produzca una caída de presión en la cámara de control conectada, que cause un desplazamiento del sistema. La agrupación de la carcasa del regulador y el mecanismo de válvula de control
en una unidad constructiva garantiza unas dimensiones compactas y un fácil manejo de la instalación a pie de obra.

Se deducen perfeccionamientos ventajosos del invento a partir de las reivindicaciones subordinadas.

Sería posible, por principio, abastecer autónomamente la conexión de presión de control independientemente de la acometida de alimentación con un medio a presión, que esté por debajo de la presión deseada. Se prefiere, sin duda, una forma constructiva, en la que se dé presión a la conexión de presión de control en paralelo con el regulador de posición, a partir de la acometida de alimentación, intercalando un regulador de presión, que posibilite el suministro previo de una presión de control menor que la presión de alimentación, de modo que las pérdidas de fluido sean mínimas con las aberturas de purga abiertas.

El mecanismo de válvula de control puede ser un mecanismo de válvula proporcional, que posibilite un accionamiento continuo sin escalonamiento, de modo que no sólo se pueda conmutar entre una posición de cierre y una determinada posición de apertura, sino que también se puedan ajustar posiciones intermedias con sección de flujo variable. Alternativamente, también sería posible, sin duda, una configuración como mecanismo de válvula de mando, en especial, en combinación con medios para la excitación modulada en duración de impulsos.

El mecanismo de válvula de control es, por conveniencia, un mecanismo de válvula piezométrico y dispone de elementos de válvula activables piezoeléctricamente. Gracias a ello, se pueden materializar dimensiones especialmente compactas con un consumo de corriente reducido.

Empleando un mecanismo de válvula de control piezoeléctrico, se recurre, por conveniencia, a una forma constructiva, que presenta dos elementos de válvula asociados, en cada caso, a una de las aberturas de purga, que están formados por dos transductores piezoeléctricos de flexión en forma de banda, dispuestos uno al lado del otro, que forman parte de una unidad integral de transductores de flexión. Una unidad semejante de transductores de flexión permite ser excitada de modo sensiblemente más exacto que dos transductores de flexión separados, debido a la estructura simétrica.

Con una unidad semejante de transductores de flexión, se puede realizar un espectro de carrera especialmente grande de los dos elementos de válvula y, con ello, una zona relativamente más amplia de la sección de flujo previamente suministrable, cuando la unidad de transductores de flexión presente una sección de apoyo, que produzca una unión rígida entre los dos transductores de flexión, sección de apoyo que se apoya giratoriamente con respecto la carcasa de la válvula. El proceso de apertura de cada uno de los elementos de válvula se puede secundar, por consiguiente, por que el otro elemento de válvula sea comprimido con una fuerza de cierre incrementada contra el asiento de válvula de la abertura de purga asociada y la unidad de transductores de flexión se gire alrededor de la sección de apoyo. Un mecanismo de válvula de control de este tipo, especialmente apropiado para el empleo en el presente regulador de posición, resulta del documento EP 1207329 B1.

Las dos superficies de ataque del fluido responsables de la posición del mecanismo regulador se encuentran preferiblemente en dos elementos de membrana, que se han dispuesto, por conveniencia, en las dos secciones terminales del mecanismo regulador axialmente opuestas entre sí.

El mecanismo regulador contiene, por conveniencia, un elemento de regulación en forma de empujador ajustable con respecto a la carcasa del regulador, que está suspendido en la carcasa del regulador por sus dos secciones terminales por medio de un elemento de membrana exterior, que define, en cada caso, la superficie de ataque del fluido asociada. Este elemento de regulación lleva además, por conveniencia, dos elementos de cierre móviles, que pueden cooperar, en cada caso, con un asiento de válvula solidario con la carcasa, el cual delimita, en cada caso, una abertura de rebose, habiéndose previsto entre las dos aberturas de rebose una cámara operativa conectada con la acometida operativa, que se puede conectar discrecionalmente, en función de la posición, con la acometida de alimentación o la acometida de purga o se puede desconectar simultáneamente de esas dos acometidas.

Para mantener permanentemente una posición inicial claramente definida, se precarga elásticamente, por conveniencia, axialmente con respecto a la carcasa del regulador, el elemento de regulación por medio de dos mecanismos elásticos, que actúan opuestamente entre sí. Para poder influir en la curva característica del regulador de posición, se puede ajustar variablemente, por conveniencia, al menos uno de los mecanismos elásticos en lo que se refiere a su fuerza de ajuste elástica.

A continuación, se explica el invento más detalladamente a base del dibujo adjunto. En dicho dibujo, las figuras muestran:

Figura 1 una primera forma constructiva preferida del regulador de posición del invento, de modo parcialmente esquemático y en parte en sección longitudinal, estando el conjunto en la posición inicial del mecanismo regulador,

Figura 2 la disposición de la figura 1 en la posición de alimentación del mecanismo regulador,

Figura 3 la disposición de las figuras 1 y 2 en la posición de purga del mecanismo regulador, y

Figura 4 una vista en planta desde arriba en representación esquemática, con dirección de observación según la flecha IV, de una forma de realización especialmente ventajosa de una unidad de transductores de flexión del mecanismo de válvula de control.

El regulador de posición accionado por un fluido, señalado en conjunto con la referencia 1 numérica, se ha realizado en forma de una unidad constructiva, en la que se han agrupado de modo compacto los distintos componentes. Únicamente en aras de una mejor comprensión de conjunto, se han dibujado separadamente los distintos componentes en el dibujo en el interior del enmarcado rectangular, que define el regulador 1 de posición.

Las figuras 1 a 3 muestran además un dispositivo 2 operativo excitable por medio del regulador 1 de posición, en cuyo dispositivo 2 operativo se trata, a modo de ejemplo, de un accionamiento de efecto simple de una válvula de proceso, no representada con mayor detalle con sus distintos componentes, accionable por la fuerza de un fluido. El dispositivo 2 operativo contiene una carcasa 3 y una pieza 4 secundaria regulable lineal o también rotativamente con respecto a aquélla, delimitando la pieza 4 secundaria y la carcasa 3 una cámara 5 de accionamiento, que se puede alimentar con un medio a presión en contra de la fuerza de retroceso de un mecanismo 6 elástico.

La alimentación por fluido de la cámara 5 de accionamiento se puede especificar de modo regulado, por medio del regulador 1 de posición, para alcanzar una posición predeterminada de la pieza 4 secundaria y, en consecuencia, del componente accionado por dicha pieza 4 secundaria. El componente accionado puede ser, por ejemplo, una corredera de válvula.

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En el caso del medio a presión utilizado para el funcionamiento, se trata en especial de aire comprimido. En principio, también podrían aplicarse, sin duda, otros medios gaseosos o también medios hidráulicos.

El regulador 1 de posición contiene una carcasa 7 de regulador, en la que se ha configurado una cámara 8 de carcasa alargada, en la que se encuentra un mecanismo regulador, indicado en conjunto con la referencia 12 numérica, compuesto de varios componentes. También el mecanismo 12 regulador tiene una configuración alargada, y él mismo así como sus componentes individuales, respectivamente, están en condiciones de realizar un movimiento lineal con respecto a la carcasa 7 del regulador, señalado como movimiento 13 de regulación, en la dirección de su eje 14 longitudinal, que representa, al mismo tiempo, el eje longitudinal de la cámara 8 de la carcasa.

El movimiento 13 de regulación del mecanismo 12 regulador, y el posicionamiento resultante de él, tiene lugar por ataque controlado de un fluido a dos superficies 15a, 15b de ataque de fluido del mecanismo 12 regulador, que apuntan en direcciones mutuamente opuestas axialmente. Para el control del ataque del fluido, se ha previsto un mecanismo 16 de válvula de control eléctricamente accionable. Su accionamiento tiene lugar en función de señales de posición, que son captadas por un mecanismo 17 de sensores apropiado, por ejemplo, un sistema de medición de desplazamientos, de la pieza 4 secundaria del dispositivo 2 operativo y que se hace llegar a un dispositivo 18 de control electrónico, que produce las señales eléctricas de accionamiento para el mecanismo 16 de válvula de control. El dispositivo 18 electrónico de control sólo se ha mostrado en la figura 1 en aras de la sencillez y es, por conveniencia, un componente de la unidad constructiva del regulador 1 de posición.

En la carcasa 7 del regulador se encuentran una acometida 22 de alimentación, una acometida 23 de purga y una acometida 24 operativa. La acometida 22 de alimentación se puede conectar a una fuente P de presión, en especial, a una fuente de aire comprimido. Dicha fuente pone a disposición el medio a presión necesario para el accionamiento de la pieza 4 secundaria

La acometida 23 de purga está conectada con la atmósfera R. Si el regulador 1 de posición es accionado con un medio hidráulico, la acometida 23 de purga conduce a un tanque.

La acometida 24 operativa sirve para conectar el dispositivo 2 operativo. Está conectada, en caso normal, con la cámara 5 de accionamiento mediante una tubería 25 de fluido, que también puede ser un canal de fluido integrado.

Las tres acometidas 22, 23, 24 previamente mencionadas comunican canales de fluido, que atraviesan la carcasa 7 del regulador, con la cámara 8 de la carcasa. Desembocan lateralmente en ella. Además, la acometida 24 operativa comunica con una sección alargada de la cámara 8 de la carcasa, señalada como cámara 26 operativa, mientras que la acometida 22 de alimentación está conectada permanentemente con una cámara 27 de alimentación, y la acometida 23 de purga, con una cámara 28 de purga.

La cámara 26 operativa está flanqueada axialmente, por un lado, por la cámara 27 de alimentación y, por el lado opuesto, por la cámara 28 de purga. La cámara 26 operativa está conectada con cada una de las cámaras 27, 28, que la flanquean, por una abertura 32a, 32b de rebose, que está circundada por un asiento 31 de válvula anular enfrentado la cámara 28 de purga asociada y a la cámara 27 de alimentación, respectivamente, al cual se opone, en cada caso, un elemento 33a, 33b de cierre móvil en la dirección del eje 14 longitudinal.

Los dos elementos 33a, 33b de cierre dispuestos en la cámara 28 de purga y en la cámara 27 de alimentación, respectivamente, son atravesados por un elemento 34 de regulación del dispositivo 12 regulador en forma de empujador central, que se extiende en la dirección del eje 14 longitudinal. En las dos secciones terminales de este elemento 34 de regulación, se ha fijado de forma estanca, en cada caso, un elemento 35a, 35b de membrana exterior flexible, que está fijado, por el otro lado, a la carcasa 7 del regulador también de forma estanca. Cada elemento 35a, 35b de membrana exterior delimita con la pared 36a, 36b de cierre, axialmente vecina de la cámara 8 de la carcasa, una primera o bien una segunda cámara 37a, 37b de control, formando la superficie de la membrana enfrentada a la respectiva cámara de control, en cada caso, una de las dos superficies 15a, 15b de ataque del fluido mencionadas más arriba.

A distancia axial de cada elemento 35a, 35b de membrana exterior, se ha previsto, en cada caso, un elemento 38a o bien 38b de membrana interior, que se ha instalado, en cada caso, de forma estanca, por un lado, en uno de los elementos 33a o bien 33b de cierre y, por otro, en la carcasa 7 del regulador. Los elementos 38a, 38b de membrana interiores delimitan, en cada caso, la cámara 28 de purga asociada y la cámara 27 de alimentación, respectivamente, en el lado axialmente opuesto a la abertura 32a o bien 32b de rebose.

Entre un par correspondiente de elementos 38a, 35a; 38b, 35b de membrana interior y exterior, hay encerrada una primera o bien segunda cámara 42a o 42b de compensación de presión, respectivamente. Dicha cámara está en conexión permanente con la cámara 26 operativa a través de, al menos, un canal 43a, 43b de compensación de presión, que atraviesa el elemento 33a, 33b de cierre asociado. El canal 43a, 43b de compensación de presión desemboca radialmente dentro del asiento 31 de válvula enfrentado en la superficie frontal axial del correspondiente elemento 33a, 33b de cierre. Alternativamente, los canales 43a, 43b de compensación de presión también podrían configurarse en la carcasa 7 del regulador.

Cada elemento 33a, 33b de cierre ha sido precargado axialmente de forma elástica respecto del elemento 34 de regulación, en dirección hacia el elemento de cierre opuesto, por medio de un mecanismo, 44b elástico asociado al elemento 33a, 33b de cierre. Comprimiendo el dispositivo 44a, 44b elástico asociado, se pueden mover axialmente los dos elementos 33a, 33b de cierre de modo mutuamente independiente con respecto al elemento 34 de regulación coaxialmente encerrado.

En el ejemplo de realización, se han configurado los mecanismos 44a, 44b elásticos como mecanismos de muelle de compresión, que encierran coaxialmente, en cada caso, el elemento 34 de regulación, apoyándose, por un extremo, en un cabezal 45a, 45b ensanchado del elemento 34 de regulación, que sirve también para la fijación del elemento 35a, 35b de membrana exterior y, por el otro extremo, en la base de una escotadura del elemento 33a, 33b de cierre vecino, que presenta un mayor diámetro que el elemento 34 de regulación.

Axialmente entre los dos elementos 33a, 33b de cierre, se encuentra una sección 46 de arrastre del elemento 34 de regulación. Su diámetro es mayor que la sección longitudinal del elemento 34 de ajuste, que soporta, en cada caso, el respectivo elemento 33a, 33b de cierre vecino, de modo que está en condiciones de trabajar como tope de movimiento para los dos elementos 33a, 33b de cierre, que limita el trayecto de regulación del respectivo elemento 33a, 33b de cierre en dirección hacia el otro elemento de cierre, en cada caso, con respecto al elemento 34 de regulación.

Los elementos 35, 38 de membrana disponen de propiedades elásticas de goma o de muelle. Por medio de ellos están suspendidos, por un lado, el elemento 34 de regulación y, por otro, los elementos 33a, 33b de cierre, de tal modo en la carcasa 7 del regulador que puedan realizar el arriba mencionado movimiento 13 de regulación. Al mismo tiempo, el dimensionado se ha elegido de tal manera que, en estado sin presión del sistema, se presentan las condiciones visibles en la figura 1, en la que el dispositivo 12 regulador adopta una posición inicial, quedando adosados de forma estanca los dos elementos 33a, 33b de cierre al asiento 31 de válvula enfrentado y manteniendo cerrada la abertura 32a, 32b de rebose asociada. La longitud de la sección 46 de arrastre se elige de modo que dicha sección 46 de arrastre quede, en esta posición inicial, exactamente a tope o distanciada mínimamente de los dos elementos 33a, 33b de cierre.

Para prefijar de forma definida la posición inicial es ventajoso, sin duda, que existan adicionalmente dos mecanismos 47a, 47b elásticos más, que actúen entre el elemento 34 de regulación y la carcasa 7 del regulador y ataquen al elemento 34 de regulación en direcciones axiales mutuamente opuestas, de modo que quede cargado elásticamente y centrado en la posición inicial entre esos otros dos mecanismos 47a, 47b elásticos. Si, al menos, uno de esos dos mecanismos 47b elásticos adicionales se pudiese regular variablemente en cuanto a su fuerza elástica - lo que, en la figura 1, se ha hecho patente por medio de una flecha 47' oblicua -, se podría regular al ensamblarse el sistema, en conjunto, de modo que se presentase la posición inicial en el estado sin presión.

Mediante el valor de la carga elástica previa de los otros mecanismos 47a, 47b elásticos se puede influir también en la necesaria fuerza de regulación fluida para desplazar el elemento de regulación y, con ello, la curva característica del regulador de posición.

Si el elemento 34 de regulación se desplazase, partiendo de la posición inicial en uno u otro sentido, se levantaría del asiento 31 de válvula asociado el elemento de cierre antepuesto en relación con el sentido del movimiento, en cada caso, por medio de la sección 46 de arrastre. El otro elemento de cierre pospuesto se mantiene, por el contrario, sujeto en su sitio por el asiento 31 de válvula asociado, siendo comprimido, al mismo tiempo, el mecanismo 44a o bien 44b elástico, que actúa entre él y el elemento 34 de regulación, elevándose así la presión de apriete actuante en la dirección de cierre.

Las dos superficies 15a, 15b de ataque del fluido previstas en los elementos 35a, 35b de membrana exteriores son de igual tamaño. Con la noción de "superficie de ataque del fluido" se ha de entender siempre, en este caso, la superficie activa de ataque del fluido, que es determinante para el cálculo de las fuerzas de regulación provocadas, y que en una membrana - de otro modo que, por ejemplo, en un émbolo - es menor, por lo general, que la superficie de flujo total, debido a su comportamiento a la deformación. Siempre que en el presente texto se trate de una superficie de ataque del fluido, se entiende siempre la superficie activa de ataque del fluido.

Las dos cámaras 37a, 37b de control están conectadas, por medio de una primera o bien segunda tubería 48, 48b de control separada, a una conexión 52 de presión de control común, en cada caso. En el ejemplo de realización, la tubería 52 de presión de control está formada por la salida de un regulador 53 de presión, indicado esquemáticamente, que se ha realizado como componente integral del regulador 1 de posición y que está conectada, por el lado de la entrada, con la acometida 22 de alimentación. De este modo, se bifurca el medio de presión de control de la acometida de alimentación, y se ahorran acciones de conexión separadas. Por medio del regulador 53 de presión, se puede prefijar con precisión la deseada presión de control, quedando, por lo general, a un nivel notablemente menor que la presión de alimentación.

Por principio, también es posible, sin duda, alimentar separadamente la presión de control con el nivel deseado, independientemente de la acometida de alimentación tal como se ha indicado de trazos en la figura 2 con 52'.

En el recorrido de las dos tuberías 48a, 48b de control, se conecta, en cada caso, un mecanismo 54a, 54b de estrangulamiento, por ejemplo, en forma de un estrechamiento del canal. Los dos mecanismos 54a, 54b de estrangulamiento tienen preferiblemente la misma capacidad de estrangulamiento.

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De cada tubería 48a, 48b de control, se bifurca una tubería 56a, 56b de purga, que va a una abertura 55a, 55b de purga. El punto de bifurcación para la tubería 56a, 56b de purga queda aguas abajo del mecanismo 54a, 54b de estrangulamiento en relación con el sentido de la corriente a la respectiva cámara 37a, 37b de control. La tubería 56a, 56b de purga también podría bifurcarse directamente a partir de la cámara 37a, 37b de control asociada.

Las dos aberturas 55a, 55b de purga forman parte integral del mecanismo 16 de válvula de control mencionado arriba. Esta última está en condiciones de liberar o cerrar a discreción, en cada caso, las dos aberturas 55a, 55b de purga, incluyendo la posibilidad de un cierre simultáneo de las dos aberturas 55a, 55b de purga. Si se libera una de las aberturas de purga, permanece cerrada, al mismo tiempo, la otra abertura de purga respectiva.

El mecanismo 16 de válvula de control del ejemplo de realización se puede accionar al modo de una válvula proporcional. Junto a la posición de cierre y a la posición de máxima apertura, también son posibles, por consiguiente, posiciones intermedias para prefijar variablemente secciones transversales de purga de diferentes tamaños. Alternativamente, también podría tener lugar una excitación modulada de impulsos en duración de la válvula 16 de control para influir en la proporción de flujo del medio a presión fluyente.

El mecanismo 16 de válvula de control se puede realizar teóricamente de modo electromagnéticamente activable. Se prefiere realmente una forma constructiva de tipo piezoeléctrico. Así, pues, el regulador 1 de posición del ejemplo contiene dos elementos 57a, 57b de válvula piezoeléctricamente asociados, en cada caso, a una de las dos aberturas 55a, 55b de purga. Dichos elementos 57a, 57b están formados, en cada caso, por un transductor 58a, 58b de flexión piezoeléctrico en forma de banda, que es doblado en un plano 62 de desplazamiento, que forma ángulo recto con el plano de extensión principal del respectivo transductor 58a, 58b de flexión, cuando se conecta al mismo una tensión de excitación apropiada. Los elementos 57a, 57b de válvula quedan en la posición de cierre adosados, en cada caso, de forma estanca a un asiento 63 de válvula, que circunda la abertura 55a, 55b de purga asociada.

El mecanismo 16 de válvula de control podría presentar una válvula de control propia para cada abertura 55a, 55b de purga. En el ejemplo de realización, el mecanismo 16 de válvula de control se compone, por el contrario, de una única válvula proporcional de 3/3 pasos en una forma constructiva, como la que se deriva del documento EP 1207329 B1, a cuyo contenido se hace aquí referencia expresamente. Además, los dos transductores 58a, 58b de flexión piezoeléctricos se han dispuesto longitudinalmente uno junto a otro con planos de extensión coincidentes y agrupados por medio de una sección 64 de apoyo rígida, prevista por un extremo, para formar una unidad 65 de transductores de flexión integral en forma de U o de horquilla.

Ambos transductores 58a, 58b de flexión se pueden excitar eléctricamente, por conveniencia, independientemente uno de otro o con una sintonización mutua prefijada, no habiéndose representado las conducciones eléctricas para ello con mayor detalle en el dibujo. Este tipo de excitación posibilita un modo operativo sintonizado especialmente uno tras otro. Además, es importante, para ello, que la unidad 65 de transductores de flexión esté fijada por su sección 64 de apoyo en la carcasa 66 de la válvula del mecanismo 16 de válvula de control, indicado únicamente en la figura 4, de tal modo que toda la unidad 65 de transductores de flexión pueda girar alrededor de un eje de giro perpendicular al plano 62 de desplazamiento con respecto a la carcasa 66 de la válvula. No existe, por tanto, una fijación rígida en absoluto, sino un apoyo, que garantiza la mencionada movilidad giratoria.

La unidad 65 de transductores de flexión es atacada, por conveniencia, por medio de un mecanismo elástico, que no se muestra con mayor detalle, de tal modo que, en estado desactivado eléctricamente, adopte con los dos elementos 57a, 57b de válvula la posición de cierre observable a partir de la figura 1. Partiendo de aquí, cada transductor 58a, 58b de flexión puede ser excitado de modo que se eleve de la abertura 55a, 55b de purga asociada y, con ello, libere en función de la elevación una sección transversal de purga más o menos grande. Por activación simultánea del otro transductor de flexión, en cada caso, con una fuerza, que actúe en el sentido del cierre, aún se puede aumentar, bajo demanda, la elevación de apertura. Debido a la unión rígida en la sección 64 de apoyo, el doblado resultante de ello del transductor de flexión, que se apoya en el asiento 63 de válvula, da lugar a un giro de toda la unidad 65 de transductores de flexión alrededor del eje 67 de giro, de modo que el transductor de flexión ya elevado pueda ser desplazado
aún más.

Pero el empleo de la unidad 65 de transductores de flexión tiene además la ventaja de que se pueden facilitar condiciones constructivas exactamente simétricas, que son muy solicitadas para realizar una regulación de posición precisa. Si se observa la carcasa 7 del regulador completándola con el mecanismo 12 regulador instalado dentro, que se han configurado asimismo simétricamente con respecto al centro longitudinal, se presenta, en conjunto, un regulador 1 de posición construido simétricamente.

A continuación, se incorpora una explicación del modo operativo típico del regulador 1 de posición.

En la puesta en marcha, se introduce un medio a presión a través de la acometida 22 de alimentación en la cámara 27 de alimentación y también - atravesando el regulador 53 de presión - en las dos cámaras 37a, 37b de control, adoptando el mecanismo 12 regulador su posición inicial observable en la figura 1. En este estado, la pieza 4 secundaria del dispositivo 2 operativo adopta también su posición inicial, que se ha indicado de trazos y puntos en la figura 1.

Debido a las superficies 15a, 15b de ataque del fluido idénticas en los dos elementos 35a, 35b de membrana exteriores, el elemento 34 de regulación permanece en su posición inicial. En especial, también se compensan mutuamente las fuerzas de compresión resultantes de la presión de alimentación en el primer elemento 33a de cierre asociado y en el primer elemento 38a de membrana interior soportado por aquél. Las dos aberturas 55a, 55b de purga están cerradas.

Para desplegar ahora la pieza 4 secundaria, se reduce la presión del fluido reinante en la segunda cámara 37b de control, que queda más próxima a la cámara 27 de alimentación. Esto ocurre, según la figura 2, abriendo la segunda abertura 55b de purga, conectada a la segunda tubería 48b de control asociada, accionando adecuadamente el mecanismo 16 de válvula de control. El segundo mecanismo 54b de estrangulamiento antepuesto evita, al mismo tiempo, una pérdida de fluido excesiva de la acometida 52 de presión de control. La proporción de flujo permitida por este mecanismo 54b de estrangulamiento es, por conveniencia, sensiblemente inferior que la proporción de flujo de purga practicable por el mecanismo 16 de válvula de control.

Puesto que la presión en la primera cámara 37a de control permanece constante a causa de la primera abertura 55a de purga cerrada ulteriormente, se desplazan las relaciones de fuerzas en el mecanismo 12 regulador, y el elemento 34 de regulación es desplazado según la figura 2 en dirección hacia la segunda cámara 37b de control purgada. Con esto, levanta el primer elemento 33a de cierre de su asiento de válvula asociado con su sección 46 de arrastre, de modo que se abra la segunda abertura 32b de rebose, que se encuentra entre la cámara 27 de alimentación y la cámara 26 operativa. Con ello, puede rebosar el medio a presión desde la acometida 22 de alimentación a la acometida 24 operativa y, con ello, a la cámara 5 de accionamiento del dispositivo 5 operativo conectado.

Puesto que, debido a los canales 43a, 43b de compensación de presión, la presión reinante en las cámaras 42a, 42b de compensación de presión es igual a la presión de la cámara 26 operativa, tiene lugar una compensación de fuerzas de compresión, de modo que el primer elemento 33a de cierre es sujetado por el primer mecanismo 44a elástico asociado en la posición de cierre.

Cuando la pieza 4 secundaria haya alcanzado la posición deseada, se vuelve a cerrar la segunda abertura 55b de purga por intervención del mecanismo 18 de control electrónico. Por medio del segundo mecanismo 54b de estrangulamiento, se vuelve a establecer, por consiguiente, toda la presión de control en la segunda cámara 37b de control tras poco tiempo, de modo que el mecanismo 12 regulador retorna a su posición inicial observable en la figura 1. Puesto que la presión de control permanece ahora nuevamente constante en las dos cámaras 37a, 37b de control, ya no vuelve a variar más la presión operativa, y la pieza 4 secundaria permanece en la posición deseada.

A causa de los otros dos mecanismos 47a, 47b elásticos, la posición inicial se mantiene incluso si la presión de control hubiera caer alguna vez por cualesquiera razones.

Para replegar la pieza 4 secundaria, se excita el mecanismo 16 de válvula de control según la figura 3, de modo que la segunda abertura 55b de purga permanezca cerrada, aunque se libere la primera abertura 55a de purga. De este modo, se purga la primera cámara 37a de control conectada por medio de la tubería 48a de control asociada. Como consecuencia, las diferentes membranas son atacadas asimétricamente por fuerzas de compresión - por cierto, la presión de control reinante en la segunda cámara 37b permanece constante -, de modo que el elemento 34 de regulación se mueva en dirección hacia la primera cámara 37a de control y la sección 46 de arrastre baja el primer elemento 33a de cierre del asiento de válvula asociado. Atravesando la primera abertura 32a de rebose liberada con ello, se purga, en consecuencia, la acometida 24 operativa con la cámara 5 de accionamiento, conectada a ella, hacia la acometida 23 de purga.

Si la pieza 4 secundaria ha retornado a la posición deseada, el mecanismo 18 de control conmuta el primer elemento 57a de válvula de vuelta a la posición de cierre, de modo que queden cerradas nuevamente las dos aberturas 55a, 55b de purga. Puede establecerse entonces nuevamente en la primera cámara 37a de control la presión de control prefijada por la conexión 52 de presión de control a través del primer mecanismo 54a de estrangulamiento. En consecuencia, el mecanismo 12 regulador vuelve, de nuevo, a la posición inicial observable en la figura 1, y la presión establecida en la acometida 24 operativa permanece nuevamente inalterada.

Resulta ventajoso, en el dimensionado según el ejemplo la circunstancia de que el elemento 34 de regulación adopte su posición inicial, cuando en las dos cámaras 37a, 37b de control frontales existan condiciones de presión idénticas. En este caso, la acometida 24 operativa está separada entonces, de forma estanca al fluido tanto de la acometida 22 de alimentación, como también de la acometida 23 de purga, al mismo tiempo, y la presión del fluido reinante permanece constante.

Claims (14)

1. Regulador de posición accionado por un fluido para dispositivos operativos, en especial, para válvulas de proceso, con una carcasa (7) de regulador, en la que se ha dispuesto, al menos, un mecanismo (12) regulador, regulable por medio del ataque de un fluido controlado realizándose un movimiento (13) de regulación, el cual mecanismo (12) regulador está en condiciones de conmutar por medio de un fluido, en función de su posición, de modo diferente entre sí una acometida (22) de alimentación, una acometida (23) de purga y una acometida (24) operativa, prevista para la conexión del dispositivo (2) operativo, caracterizado porque el mecanismo (12) regulador presenta dos superficies de ataque (15a, 15b) por fluido activas, iguales entre sí para prefijar su posición, que apuntan en sentidos diferentes del movimiento (13) de regulación, las cuales superficies delimitan, en cada caso, una cámara (37a, 37b) de control, habiéndose asociado a ambas cámaras (37a, 37b) de control una conexión (52) común de la presión de control, con la cual están conectadas, en cada caso, por un fluido habiéndose intercalado un mecanismo (54a, 54b) de estrangulación; y porque las dos cámaras (37a, 37b) de control están conectadas, aguas abajo del respectivo mecanismo (52) de estrangulamiento asociado, con una abertura (55a, 55b) de purga, en cada caso, habiéndose asociado a estas dos aberturas (55a, 55b) de purga un mecanismo (16) de válvula de control accionable eléctricamente, agrupado con la carcasa (7) del regulador formando una unidad constructiva, que está en condiciones de liberar o cerrar discrecionalmente, en cada caso, las dos aberturas (55a, 55b) de purga, incluyendo un cierre simultáneo de las dos aberturas
(55a, 55b) de purga.

2. Regulador de posición según la reivindicación 1, caracterizado porque la conexión (52) de la presión de control se ha conectado, por el lado de la admisión, con la acometida (22) de alimentación intercalándose un regulador (53) de presión realizado como componente de la unidad constructiva.

3. Regulador de posición según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el mecanismo (16) de válvula de control se ha dimensionado para un accionamiento permanente y/o para un accionamiento modulado de impulsos en duración.

4. Regulador de posición según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el mecanismo (16) de válvula de control dispone de elementos (57a, 57b) de válvula activables piezoeléctricamente.

5. Regulador de posición según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el mecanismo (16) de válvula de control presenta dos elementos (57a, 57b) de válvula dispuestos en una caja (66) de válvula, asociados, cada uno de ellos, a una de las aberturas (55a, 55b) de purga, los cuales están formados por dos transductores (58a, 58b) de flexión piezoeléctricos, en forma de banda dispuestos uno junto a otro, que forman parte de una unidad (65) integral de transductores.

6. Regular de posición según la reivindicación 5, caracterizado porque la unidad (65) de transductores está apoyada giratoriamente con respecto a la caja (66) de la válvula en una sección (64) de apoyo, dispuesta en un extremo, que produce una unión rígida entre los dos transductores (58a, 58b) flexibles, alrededor de un eje (67) de giro, que discurre formando ángulo recto con los planos (62) de desplazamiento de los transductores (58a, 58) de flexión.

7. Regulador de posición según una de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque las dos cámaras (37a, 37b) de control se han formado por las secciones terminales axialmente opuestas de una cámara (8) de la carcasa, que contiene el mecanismo (12) regulador.

8. Regulador de posición según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el mecanismo (12) regulador, en las condiciones de presión de fluido idénticas reinantes en las dos cámaras (37a, 37b) de presión, adopta una posición, que separa la acometida (24) operativa tanto de la acometida (22) de alimentación como de la acometida (23) de purga.

9. Regulador de posición según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque las dos superficies (12a, 15b) de ataque del fluido se han previsto, en cada caso, en un elemento (35a, 35b) de membrana.

10. Regulador de posición según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el mecanismo (12) regulador se ha dispuesto en una cámara (8) de la carcasa (7) del regulador y presenta un elemento (34) de regulación en forma de empujador, regulable con respecto a la carcasa (7) del regulador y que se extiende longitudinalmente a la cámara (8) de la carcasa, el cual se ha suspendido de forma móvil en la carcasa (7) del regulador por sus dos secciones terminales por medio de un elemento (35a, 35b) de membrana exterior, que define, en cada caso, la superficie (15a, 15b) de ataque del fluido asociada.

11. Regulador de posición según la reivindicación 10, caracterizado porque el elemento (34) de regulación lleva dispuestos coaxialmente dos elementos (33a, 33b) de cierre separados axialmente entre sí, regulables axialmente con respecto de él y de la carcasa (7) del regulador, los cuales son atacados por mecanismos (44a, 44b) elásticos con respecto al elemento (34) de regulación, orientados uno sobre otro, y que quedan opuestamente, en cada caso, a uno de los dos asientos (31) de válvula solidarios con la carcasa, orientados de modo axialmente opuesto uno de otro, entre los cuales se ha dispuesto una cámara (26) operativa conectada con la acometida (24) operativa, la cual está conectada por medio de aberturas (32a, 32b) de rebose, delimitadas por los asientos (31) de válvula, con la cámara (27) de alimentación conectada con la acometida (22) de alimentación y con una cámara (28) de purga, dispuesta más allá, conectada a la acometida (23) de purga, habiéndose configurado una sección (46) de arrastre del elemento (34) de regulación, la cual queda entre los elementos (33a, 33b) de cierre, de tal modo que, partiendo de una posición inicial del elemento (34) de regulación, en la que ambos elementos (33a, 33b) de cierre descansen en el asiento (31) de válvula asociado y cierren la abertura (32a, 32b) de rebose asociada, eleva el uno o el otro elemento (33a, 33b) de cierre del asiento (31) de válvula asociado, según el sentido de la regulación.

12. Regulador de posición según la reivindicación 11, caracterizado porque el elemento (34) de regulación adopta la posición inicial con presiones idénticas reinantes en las dos cámaras (37a, 37b) de control.

13. Regulador de posición según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque cada elemento (33a, 33b) de cierre se ha suspendido de forma móvil en la carcasa (7) del regulador por medio de un elemento (38a, 38b) de membrana interior antepuesto a distancia axialmente por dentro del elemento (35a, 35b) de membrana exterior vecino a él, separando el elemento (35a, 35b) de membrana interior, de forma estanca, la cámara (27) de alimentación o bien la cámara (28) de purga vecina, en cada caso, de una cámara (42a, 42b) de compensación de presión, que queda entre los elementos de membrana interior y exterior, y encontrándose cada cámara (42a, 42b) de compensación de presión en conexión fluida permanentemente con la cámara (26) operativa, en especial, a través del elemento (33a, 33b) de cierre vecino, en cada caso.

14. Regulador de presión según una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque el elemento (34) de regulación se ha cargado previamente de forma elástica por medio de dos mecanismos (47a, 47b) elásticos, que actúan opuestamente uno de otro, y, en especial, se ha centrado en posición, pudiéndose regular variablemente, por conveniencia, al menos uno de los mecanismos (47b) elásticos en cuanto a su fuerza elástica de regulación.