ES2305617T3 - Valvula de compuerta con manguito de sellado. - Google Patents
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Abstract
Válvula de compuerta con una carcasa de válvula dotada de una pared interior, una compuerta de válvula y un manguito de sellado de material cauchoelástico para efectuar un sellado entre la pared interior de la carcasa de la válvula y la compuerta de la válvula, en donde el material cauchoelástico está sustituido al menos parcialmente, al menos en la zona de la superficie de asiento de la compuerta de la válvula, por un material cuya dilatación térmica corresponde aproximadamente a la del material de la carcasa o es más pequeña y cuyas propiedades elásticas corresponden aproximadamente a las del material del manguito de sellado.
Description
Válvula de compuerta con manguito de
sellado.
La presente invención concierne a una válvula de
compuerta con una carcasa de válvula dotada de una pared interior,
una compuerta de válvula y un manguito de sellado de material
cauchoelástico para establecer un sellado entre la pared interior
de la carcasa de la válvula y la compuerta de la válvula.
Se conocen válvulas de compuerta. Estas se
utilizan para controlar el paso de un fluido líquido a través de
sistemas de tuberías, especialmente en la industria de las bebidas y
los alimentos. Las válvulas de compuerta se caracterizan en general
por una carcasa sustancialmente de forma anular con una abertura de
paso de fluido en la que está montada una compuerta de válvula con
borde sustancialmente redondo de manera que puede girar alrededor
de un eje transversal para cerrar de forma discrecional, selectiva o
completamente, la abertura de paso de fluido. La compuerta de la
válvula es accionada por un árbol de accionamiento que atraviesa un
taladro transversal de la carcasa, y se la mantiene sujeta por medio
de un árbol trasero que está dispuesto en un taladro trasero
coaxial al taladro transversal y situado en posición diametralmente
opuesta en la carcasa. Para asegurar la estanqueidad se ha
dispuesto un manguito de un material cauchoelástico en la abertura
de paso de fluido entre la pared interior de la carcasa y la
compuerta de la válvula. En la posición de cierre la compuerta de
la válvula se aplica herméticamente con su perímetro exterior a la
superficie periférica interior del manguito de sellado. La
superficie periférica exterior del manguito de sellado realizado
sustancialmente en forma de cilindro hueco se aplica a la
superficie periférica interior de la carcasa de la válvula. En una
zona central de forma anular el manguito está perforado por dos
pasos transversales diametralmente opuestos uno a otro, los cuales
están atravesados por el árbol de accionamiento y el árbol
trasero.
El manguito de sellado tiene que estar diseñado
de modo que, por un lado, quede garantizada una estanqueidad
suficiente, pero, por otro lado, el par de giro para el movimiento
de la compuerta de la válvula no sobrepase un límite determinado,
ya que, por motivos de costes, no pueden emplearse motores de ajuste
de cualquier potencia.
Se ha comprobado a este respecto desde hace
bastante tiempo que, durante el funcionamiento a elevadas
temperaturas, se puede producir un aumento del par de giro
necesario para la maniobra de la válvula. Así, se ha podido
comprobar que el coeficiente de rozamiento de un manguito de
sellado, que a temperatura ambiente es usualmente de 20 Nm, aumenta
en aproximadamente 10 Nm al producirse durante el funcionamiento un
aumento usual de temperatura de aproximadamente 100ºC. Es
ciertamente conocido el recurso de que los manguitos de sellado de
la clase descrita sean provistos de las llamadas estrías de alivio
de carga en su perímetro exterior, pero estas estrías de alivio de
carga se encuentran a ambos lados de la superficie de asiento para
la compuerta de la válvula y, por tanto, no son suficientes para
contrarrestar el aumento no deseado del par de giro.
Se conoce por el documento DE 36 07 736 A1 una
válvula de compuerta en la que el elemento de sellado, que está
constituido por un material inelástico o sólo un poco elástico, está
armado con un puente de muelles para generar una fuerza de
reposición. El puente de muelles puede estar hecho de un metal.
El problema de la invención consiste en seguir
desarrollando una válvula de compuerta de la clase descrita al
principio de modo que dicha válvula de compuerta pueda ser
maniobrada en forma ampliamente exenta de perturbaciones incluso a
elevadas temperaturas de funcionamiento.
Este problema se resuelve con una válvula de
compuerta dotada de todas las características de la reivindicación
1. En las reivindicaciones subordinadas se describen ejecuciones
ventajosas de la invención.
Según la invención, en una válvula de compuerta
con una carcasa de válvula dotada de una pared interior, una
compuerta de válvula y un manguito de sellado de material
cauchoelástico para establecer un sellado entre la pared interior
de la carcasa de la válvula y la compuerta de la válvula, el
material cauchoelástico es sustituido al menos parcialmente, al
menos en la zona de la superficie de asiento de la compuerta de la
válvula, por un material cuya dilatación térmica corresponde
aproximadamente a la del material de la carcasa o es más pequeña y
cuyas propiedades elásticas corresponden aproximadamente a las del
material del manguito de sellado, y/o el cual material es
incorporado en el manguito de sellado en forma de muelles,
preferiblemente muelles de lámina o muelles en espiral.
Se ha visto que el aumento anteriormente
descrito del coeficiente de rozamiento del manguito de sellado a
elevadas temperaturas de funcionamiento puede atribuirse
evidentemente a las diferencias en el comportamiento de dilatación
térmica de los materiales de elastómero o de PTFE habitualmente
utilizados para los manguitos de sellado y del acero empleado para
la carcasa de la válvula. Así, la dilatación térmica de los
elastómeros es en general mayor en un factor de 10 que la del
acero. Sustituyendo el elastómero por un material cuya dilación
térmica corresponde a la del acero o es aún más pequeño se impide en
la zona del asiento de sellado que la rendija de sellado entre la
carcasa y la compuerta de la válvula se estreche al aumentar la
temperatura hasta el punto de que los coeficientes de rozamiento
adopten valores indeseablemente elevados. Por tanto, la compuerta
de la válvula sigue siendo maniobrable sin perturbaciones incluso a
altas temperaturas.
En general, se cumple que la cantidad o la
disposición geométrica del material incorporado tiene que elegirse
de modo que se compense en alto grado la dilación térmica del
material restante del manguito de sellado, sin que resulte
sensiblemente perjudicado el comportamiento elástico del manguito de
sellado. La combinación de materiales y geometrías adecuados para
lograr el éxito preconizado por la invención son fácilmente posibles
para el experto sin que tenga que desarrollar una actividad
inventiva.
En una forma de realización preferida de la
invención el manguito de sellado presenta en su perímetro exterior,
en la zona del asiento de sellado, una ranura periférica que está
interrumpida únicamente en la zona de los taladros de paso para el
árbol de accionamiento y dentro de la cual se coloca el material
(elástico) que compensa la dilatación térmica. En una forma de
realización el manguito de sellado se aplica ciertamente con este
material a la pared interior o al revestimiento interior de la
carcasa de la válvula, pero, debido a que el manguito de sellado
está usualmente comprimido por ambos lados en la carcasa en
dirección axial, este material no entra en contacto con el fluido
transportado a través de la válvula.
Asimismo, entre el fondo de la ranura y el
material colocado en ella puede estar previsto un cojín de aire que
puede actuar como amortiguador o como muelle neumático elástico. El
cojín de aire puede formarse aquí por efecto de la compresión axial
del material inserto, por ejemplo un anillo o un segmento de anillo,
y de la pared axial de la ranura durante el montaje.
En otra forma de realización preferida de la
invención el material que compensa la dilatación térmica puede ser
incrustado por colada o inyectado en el material del manguito de
sellado. Aquel material puede quedar rodeado aquí completamente por
el material del manguito de sellado. Ventaja de esta forma de
realización "monopieza" es el menor coste para el montaje y la
protección contra pérdida del material incorporado que se
materializa con esta medida.
Para contrarrestar un incremento de los
coeficientes de rozamiento al aumentar la temperatura, el material
que compensa la dilación térmica es incorporado en el manguito de
sellado en la zona de la superficie de asiento de la compuerta de
la válvula, es decir, en la zona del asiento de sellado. Se
garantiza así que no se reduzca sensiblemente el diámetro de la
abertura de paso y que las fuerzas de rozamiento ejercidas sobre la
compuerta de la válvula a través del manguito de sellado se
mantengan ampliamente constantes o no se incrementen demasiado. Sin
embargo, es imaginable también que, además, se integren otras piezas
de inserción en las zonas de borde axialmente más exteriores del
perímetro exterior del manguito de sellado.
Un material especialmente adecuado para
compensar las diferencias de dilatación térmica es el grafito. El
grafito posee una dilatación térmica que es del orden de magnitud de
la dilatación térmica del acero usual para herramientas o del acero
fino (aproximadamente 12\cdot10^{-6} 1/K). Además, el grafito en
forma prensada o trenzada (fibras de grafito) es aproximadamente
tan elástico como el material elastómero. Por tanto, las
propiedades elásticas del manguito de sellado no resultan
perjudicadas por la inserción de grafito. El material de grafito
puede incorporarse en el material elastómero en forma de anillos o
segmentos de anillo (entre los taladros de paso) o bien puede
colocarse dentro de la ranura anteriormente descrita del perímetro
exterior. Los anillos de grafito insertos de esta manera tienen la
ventaja adicional de que se rigidiza el manguito de sellado y se
reduce el riesgo de que dicho manguito de sellado sea extraído de la
abertura de paso al aplicar vacío.
Otros materiales adecuados son carbón, fibras de
carbón y elastómeros o termoplastos cargados con grafito, carbón,
nitruro de boro y/o metales.
Se explica seguidamente la invención con más
detalle haciendo referencia a los dibujos.
Muestran:
La figura 1, en representación en perspectiva,
un manguito de sellado según la invención; y
La figura 2, en una representación en sección
longitudinal esquemática, una vista parcial de un manguito de
sellado según la invención.
En la figura 1 se aprecia un manguito de sellado
1 que tiene sustancialmente la configuración de un cilindro hueco.
El manguito de sellado 1 presenta en dos sitios diametralmente
opuestos uno a otro unos taladros de paso 2, 3 para el árbol de
accionamiento de la compuerta de válvula, no representada aquí. Para
aumentar la acción de sellado, el manguito de sellado está
reforzado alrededor de estos taladros de paso 2, 3. En el perímetro
exterior se pueden apreciar unas estrías periféricas 4, 5 de alivio
de carga que están dispuestas a ambos lados del asiento de sellado.
Según una forma de realización preferida de la invención, el
manguito de sellado presenta en la zona del asiento de sellado una
ranura periférica 6 en la que están insertos unos anillos 7 de
grafito. La ranura periférica 6 o los anillos 7 de grafito están
interrumpidos en la zona de los taladros de paso 4, 5.
La figura 2 muestra el manguito de sellado de la
figura 1 en una representación en sección. Según otra forma de
realización preferida de la invención, entre el fondo de la ranura 6
y la superficie del anillo de grafito 7 que mira radialmente hacia
dentro está encerrado un cojín de aire 8 que actúa así como un
muelle neumático.
Claims (9)
1. Válvula de compuerta con una carcasa de
válvula dotada de una pared interior, una compuerta de válvula y un
manguito de sellado de material cauchoelástico para efectuar un
sellado entre la pared interior de la carcasa de la válvula y la
compuerta de la válvula, en donde el material cauchoelástico está
sustituido al menos parcialmente, al menos en la zona de la
superficie de asiento de la compuerta de la válvula, por un
material cuya dilatación térmica corresponde aproximadamente a la
del material de la carcasa o es más pequeña y cuyas propiedades
elásticas corresponden aproximadamente a las del material del
manguito de sellado.
2. Válvula de compuerta según la reivindicación
1, caracterizada porque el material se puede insertar en al
menos una ranura (6) de forma anular practicada en el perímetro
exterior del manguito de sellado (1).
3. Válvula de compuerta según la reivindicación
2, caracterizada porque entre el fondo de la ranura (6) y el
material inserto está previsto un cojín de aire (8).
4. Válvula de compuerta según la reivindicación
1, caracterizada porque el material se ha incrustado por
colada o se ha inyectado en el material del manguito de sellado.
5. Válvula de compuerta según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el material
comprende grafito o fibras de grafito.
6. Válvula de compuerta según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el material
comprende carbón o fibras de carbón.
7. Válvula de compuerta según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el material
comprende un elastómero cargado con grafito, carbón, nitruro de
boro y/o metal.
8. Válvula de compuerta según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el material
comprende un termoplasto cargado con grafito, carbón, nitruro de
boro y/o metal.
9. Válvula de compuerta según una de las
reivindicaciones 5 a 8, caracterizada porque el material se
incorpora en el manguito de sellado como un cuerpo macizo realizado
en forma de anillos y/o segmentos de anillo.
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