ES2336935T3 - Valvula. - Google Patents
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Abstract
Válvula, en particular válvula de precarga o limitadora de presión, con un elemento de válvula de asiento (G) solicitado axialmente por un resorte de válvula (19) contra un asiento (12) dispuesto entre un lado de baja presión y un lado de alta presión, que coopera con un émbolo de amortiguación (14) y que está dispuesto en el lado de baja presión del asiento (12) en una cámara de baja presión (N), caracterizada porque el émbolo de amortiguación (14) está unido rígidamente al elemento de válvula de asiento (G) y está dispuesto junto con el resorte de válvula (19) en la cámara de baja presión (N), porque el émbolo de amortiguación (14) es guiado respectivamente con ajuste corredizo directamente en la pared interior de la cámara de baja presión (N) en una primera zona de guiado (16) circunferencial cerca del elemento de válvula de asiento (G) y en una segunda zona de guiado (15) separada, dispuesta a distancia de la primera zona de guiado (16) y del elemento de válvula de asiento (G) en la dirección axial, que presenta el mismo diámetro, y que coopera para la función de amortiguación con al menos un orificio de descarga (22) para un fluido de presión de baja presión dispuesto en la cámara de baja presión (N) en zonas adyacentes a la segunda zona de guiado (15) y porque el resorte de válvula (19) ataca en el émbolo de amortiguación (14) en la primera zona de guiado (16).
Description
Válvula.
La invención se refiere a una válvula según el
preámbulo de la reivindicación 1.
Las válvulas de este tipo se usan en muchos
casos como válvula de precarga o válvula limitadora de presión,
concretamente en un bloque de válvulas propio o como llamado
cartucho de válvula roscado. Cuando reacciona una válvula de este
tipo, es decir, cuando el elemento de válvula de asiento comienza a
levantarse del asiento en contra de la fuerza del resorte, debido a
la dinámica de flujo, en particular en caso de cambios moderados de
la presión en el lado de alta presión, se producen en muchos casos
vibraciones del elemento de asiento de válvula, que conducen a un
rechinamiento o silbido claramente audible de la válvula, que es
indeseable y que influye negativamente en la vida útil. Hasta
ahora, no ha sido posible evitar este ruido durante el
funcionamiento, ni siquiera con medidas de amortiguación complejas
mediante el émbolo de amortiguación. En las válvulas limitadoras de
presión del tipo Sv o MV de la solicitante, el émbolo de
amortiguación se encuentra en el lado de alta presión, porque se
suponía que en este caso sería mejor el efecto de amortiguación. A
pesar de ello, en caso de haber condiciones de funcionamiento
desfavorables, no puede evitarse de forma fiable un ruido molesto
durante el funcionamiento, incluso en los casos en los que la
geometría entre el elemento de válvula de asiento (con superficie
de asiento cónica o esférica) y el asiento o en zonas adyacentes al
asiento se ha configurado con un esfuerzo considerable. En vista de
una amortiguación lo más eficaz posible, el esfuerzo de fabricación
para las válvulas conocidas es grande y tiene costes elevados,
además de estar formadas estas válvulas por muchas piezas
mecanizadas con gran esmero.
Una válvula limitadora de presión conocida por
el documento US 5 050 635 A presenta como émbolo de amortiguación
un émbolo escalonado guiado en la caja, que guía un vástago del
elemento de válvula de asiento y delimita con el lado exterior
escalonado una cámara de amortiguación en la caja. El vástago del
elemento de válvula de asiento es hueco y contiene un taladro de
estrangulación que transmite la alta presión del interior del
asiento a una cámara de alta presión en el émbolo escalonado y por
encima del extremo del vástago. En el extremo inferior del émbolo
escalonado, en una cámara conectada con el lado de baja presión,
está dispuesto el resorte de cierre de válvula. El émbolo de
amortiguación aumenta bajo la alta presión durante la apertura de la
válvula limitadora de presión momentáneamente la compresión del
resorte de cierre de válvula. El elemento de válvula de asiento se
solicita en la dirección de cierre adicionalmente en la superficie
de la sección transversal del vástago y en paralelo a la acción de
fuerza del resorte de cierre de válvula.
En una válvula de dos vías incorporable conocida
por el documento DE 42 40 838, el elemento de válvula de asiento es
solicitado por el resorte de cierre de la válvula y adicionalmente
por la alta presión en la dirección de cierre de la válvula. Con el
elemento de válvula de asiento realizado como émbolo hueco está
conectado un vástago que puede solicitarse con presión de
control.
En una válvula de asiento conocida por el
documento WO 01/51835 A, en la forma de realización de la figura 2,
el elemento de válvula de asiento realizado como émbolo hueco está
solicitado en la dirección de cierre por el resorte de cierre y
adicionalmente en una superficie de anillo circular por una alta
presión transmitida a través de un orificio de estrangulación en el
elemento de válvula de asiento. El émbolo hueco es guiado en dos
zonas de guiado dispuestas una a distancia de la otra en la
dirección axial en la cámara de baja presión y delimita con la
pared interior de la cámara de baja presión una cámara anular que
contiene el resorte de cierre de la válvula. Esta cámara anular
está conectada mediante taladros transversales de dimensiones
grandes en el émbolo hueco con el espacio interior del émbolo hueco
y, por lo tanto, del lado de baja presión. No está previsto un
émbolo de amortiguación.
La invención tiene el objetivo de crear una
válvula del tipo indicado al principio, evitándose en el momento de
reacción de la misma un ruido indeseado durante el funcionamiento y
pudiendo fabricarse la misma de forma económica y sencilla.
El objetivo planteado se consigue con las
características de la reivindicación 1.
Por la acción de conjunto entre el elemento de
válvula de asiento que está unido rígidamente al émbolo de
amortiguación y que está dispuesto con el resorte de válvula en la
cámara de baja presión, y las dos zonas de guiado dispuestas a una
distancia relativamente grande en la dirección axial, separadas, que
presentan el mismo diámetro del émbolo de amortiguación, así como
por la aplicación de la fuerza del resorte en el émbolo de
amortiguación lo más cerca posible del elemento de válvula de
asiento, resulta inesperadamente una operación en gran medida
silenciosa de la válvula. No se conoce la razón exacta de ello. Se
supone que el émbolo de amortiguación puede amortiguar más
eficazmente que en las soluciones conocidas gracias al guiado limpio
y la gran longitud de guiado y que el émbolo de amortiguación
permanece siempre tan estabilizado cuando se nota una tendencia a
vibraciones que el elemento de válvula de asiento no sea capaz de
vibrar en la dirección radial o axial. Gracias al tipo de
construcción puede usarse un resorte de válvula muy largo, que
trabaja en un intervalo de coeficiente de resorte relativamente
lineal y plano, y que suprime vibraciones o no provoca vibraciones
puesto que actúa casi directamente en el elemento de válvula de
asiento y en el interior de las longitudes de guiado. Las dos zonas
de guiado están separadas una de otra en cuanto a su funcionamiento.
Cada zona de guiado actúa de forma efectiva, incluso al elegirse un
ajuste corredizo relativamente suelto para hacer pasar medio de
presión para la función de amortiguación del émbolo de
amortiguación. En la cámara de baja presión, de forma adyacente a
la segunda zona de guiado, está previsto al menos un orificio de
descarga que puede actuar como canal de estrangulación, de modo que
amortigua el medio de presión desplazado por el émbolo de
amortiguación. Las dos zonas de guiado se complementan mutuamente
en sus acciones al guiar el émbolo de amortiguación. La válvula es
económica y puede fabricarse a partir de pocas piezas de mecanizado
fácil, por ejemplo de piezas de acero.
En una forma de realización recomendable, el
elemento de válvula de asiento es un cono de cierre. Como
alternativa, el elemento de válvula de asiento podría tener, no
obstante, también una superficie de asiento abombada o esférica o
podría ser una bola encajada a presión. De este modo queda
garantizado que, incluso en caso de un grado de apertura pequeño,
el medio de presión es proyectado muy regularmente desde la
circunferencia del asiento siendo acelerado en todos los sitios
uniformemente, de modo que se obtiene una resultante céntrica,
eficazmente apoyada por el émbolo de amortiguación y el resorte, que
no provoca vibraciones laterales.
Además, puede ser recomendable alojar como
resorte de válvula un resorte helicoidal de compresión en un
orificio ciego para el alojamiento de resorte del émbolo de
amortiguación, de modo que el resorte es apoyado, por un lado, para
impedir movimientos de pandeo contribuyendo, por otro lado, a la
estabilización del émbolo de amortiguación. La fuerza aplicada por
el resorte sobre el elemento de válvula de asiento se transmite
siempre de forma céntrica y axialmente limpia, lo cual contribuye a
evitar un ruido durante el funcionamiento.
Como medida adicional, en las zonas adyacentes
al asiento pueden estar previstas superficies anulares
sustancialmente radiales, que forman una rendija cuando el elemento
de válvula de asiento está colocado en el asiento. Al reaccionar la
válvula, el medio de presión se inyecta en esta rendija de
dimensiones relativamente estrechas, reduciéndose la energía y
consiguiéndose condiciones de flujo controladas.
El ajuste corredizo del émbolo de amortiguación
en la cámara de baja presión puede elegirse relativamente estrecho,
si hay un canal de estrangulación que se extiende desde la
superficie desviadora en el elemento de válvula de asiento o desde
la circunferencia exterior del émbolo de amortiguación al interior
del orificio ciego para el alojamiento del resorte. La anchura de
la sección transversal de este canal de estrangulación se adapta a
la anchura de la sección transversal del canal de descarga, para que
el émbolo de amortiguación tenga una acción óptima.
Es recomendable que la longitud de guiado del
émbolo de amortiguación en la cámara de baja presión corresponda
aproximadamente a entre el 120% y el 200% del diámetro de guiado del
émbolo de amortiguación. La longitud de guiado corresponde de forma
especialmente recomendable aproximadamente al 150% del diámetro de
guiado.
Alternativa o adicionalmente puede ser
recomendable que el diámetro de asiento corresponda sólo a entre
aproximadamente el 40 y el 75% del diámetro de guiado del émbolo de
amortiguación. Recomendablemente, el diámetro del asiento
corresponde aproximadamente al 50% del diámetro de gualdo. Estas
condiciones geométricas han resultado ser especialmente óptimas
para la amortiguación.
En zonas adyacentes al asiento está prevista al
menos una salida de baja presión. La sección transversal del
taladro de descarga en el émbolo de amortiguación es inferior a la
sección transversal de la salida de baja presión.
Para mejorar la función de regulación de la
válvula, puede ser recomendable prever en el lado de baja presión
varias desembocaduras de salida de baja presión donde un canto de
regulación adyacente a la primera zona de guiado en el émbolo de
amortiguación libera gradualmente estas desembocaduras,
preferiblemente con regulación del caudal, en la carrera de
apertura del elemento de válvula de asiento. Dicho de otro modo,
esto significa que la sección transversal de salida aumenta
gradualmente a medida que aumenta la carrera de apertura, porque
las desembocaduras se liberan gradualmente a modo de un
diafragma.
En una forma de realización recomendable, la
válvula es una válvula roscada con una caja exterior, en la que
están inmovilizados el elemento de válvula de asiento y el resorte
por una pieza insertada anular encajada a presión.
Alternativamente, la pieza insertada anular
también puede enroscarse o puede estar asegurada mediante una pieza
insertada roscada. El mismo concepto de construcción de la válvula
podría realizarse, no obstante, también en una construcción en
bloques. Para retener impurezas, es recomendable disponer un filtro
en el extremo abierto de la caja exterior.
Con ayuda del dibujo se explicaran formas de
realización del objeto de invención. Muestran:
La figura 1 una vista en corte longitudinal de
una primera forma de realización de una válvula que está realizada
como válvula roscada y que puede usarse como válvula limitadora de
presión o válvula de precarga;
la figura 2 una vista en corte longitudinal de
otra forma de realización;
la figura 3 una vista en corte longitudinal de
otra forma de realización de la válvula; y
la figura 4 una vista en corte longitudinal de
otra forma de realización.
\vskip1.000000\baselineskip
La válvula V mostrada en la figura 1 es, por
ejemplo, una válvula de precarga o una válvula limitadora de
presión. Como válvula de precarga, la válvula V puede estar
concebida, por ejemplo, para una presión de precarga de 13 bar, a
la que la válvula reacciona y que se mantiene en el lado de alta
presión dispuesto en la parte inferior de la válvula descargándose
correspondientemente medo de presión del lado de alta presión al
lado de baja presión.
La válvula V está realizada como válvula
roscada, aunque también podría tener un bloque de válvulas propio
en una construcción convencional en bloques. La válvula V mostrada
tiene una caja exterior 1, por ejemplo de acero, con una cabeza
roscada 2, una rosca exterior 4 y zonas estancas 3, 6 (por ejemplo,
con un anillo en O, respectivamente). Un extremo inferior 7 de la
parte de la caja exterior 5 más delgada está abierto y contiene un
filtro 8. Partiendo del extremo inferior 7 está realizado un taladro
escalonado, en cuyo otro tramo final inferior está inmovilizada una
pieza insertada anular 10, por ejemplo mediante encaje a presión
(en 11). Como alternativa, la pieza insertada anular 10 también
podría estar, p.ej. enroscada o inmovilizada mediante una pieza
insertada roscada 30 (figura 4). La pieza insertada anular 11 define
un asiento 12 circular entre el lado de alta presión y las salidas
de baja presión 9. El tramo superior, más estrecho del taladro
ciego forma una cámara de baja presión N, en la que están fijados de
forma imperdible un resorte de válvula 19, un émbolo de
amortiguación 14 y un elemento de asiento de válvula G de la pieza
insertada anular 10. En la forma de realización mostrada, el
elemento de asiento de válvula G es un cono de cierre 13, que está
realizado en una pieza con el émbolo de amortiguación 14, por
ejemplo de acero. La pieza insertada anular 10 también podría estar
hecha de acero o, dado el caso, de otro material. A continuación del
asiento 12, en dirección al lado de alta presión, está dispuesto un
taladro cilíndrico que se ensancha cónicamente hacia el extremo
7.
El émbolo de amortiguación 14 es guiado con un
ajuste corredizo en la pared interior de la cámara de baja presión
N en una primera zona de guiado 16 y en una segunda zona de guiado
15 dispuesta a distancia de la otra en la dirección axial. Entre
las dos zonas de guiado 15, 16, la circunferencia exterior del
émbolo de amortiguación 14 está estrechada en 17. La pared interior
de la cámara de baja presión N se indica con 18. El resorte de
válvula 19 es un resorte helicoidal de compresión que está
posicionado con su extremo superior en un soporte 20 en el fondo de
la cámara de baja presión y que se apoya con su otro extremo
directamente en un fondo 21 dispuesto en el interior de un taladro
ciego 28 para el alojamiento del resorte. El taladro ciego 28 para
el alojamiento del resorte está abierto en el extremo superior del
émbolo de amortiguación 14, de modo que el resorte 19 se extiende
desde el soporte 20 profundamente al interior del émbolo de
amortiguación 14 transmitiendo su fuerza lo más cerca posible al
elemento de asiento de válvula G y de forma céntrica.
En el extremo superior de la cámara de baja
presión N está previsto un canal de descarga 22, cuya sección
transversal es menor que las secciones transversales de las salidas
de baja presión 9.
La longitud de guiado a del émbolo de
amortiguación 14 corresponde aproximadamente al 150% del diámetro de
guiado D del émbolo de amortiguación 14. La longitud de guiado a
puede variar en un intervalo entre aproximadamente el 120% y el
200% del diámetro de guiado D. El diámetro d del asiento 12
corresponde aproximadamente al 50% de diámetro de guiado D del
émbolo de amortiguación 14. El diámetro d puede variar entre
aproximadamente el 40% y el 75% del diámetro de guiado D.
La forma de realización de la válvula V en la
figura 2 se distingue de la forma de realización en la figura 1,
porque un canal de estrangulación 26 se extiende adicionalmente
aproximadamente en paralelo al eje de la válvula hasta el interior
de la cámara de baja presión N. Además, el extremo inferior del
resorte 19 no se apoya directamente en el fondo del orificio ciego
para el alojamiento del resorte sino por medio de un apoyo 27.
En las zonas adyacentes al asiento 12 está
formada una superficie anular 24 radial en la pieza insertada anular
10. En el tramo de transición 23 del cono de cierre 14 al émbolo de
amortiguación 14 está prevista una superficie desviadora 25
paralela a la superficie anular 24. Cuando el cono de cierre 13 está
colocado en el asiento 12, se forma una rendija estrecha entre la
superficie anular 24 y la superficie desviadora 25. El canal de
estrangulación 26 desemboca en la superficie desviadora 25. La
superficie anular 24 y la superficie desviadora 25 también están
previstas en la forma de realización en la figura 1, aunque allí no
se resaltan especialmente.
La forma de realización de la válvula V en la
figura 3 se distingue de las formas de realización anteriores
porque el canal de estrangulación 26' está taladrado
transversalmente respecto al eje de la válvula V en el tramo de
transición 23 y termina en un avellanado en el interior del émbolo
de amortiguación 14. En las figuras 2, 3, el ajuste corredizo del
émbolo de amortiguación 14 puede ser más estrecho que en la figura
1, de modo que el guiado es aún más
estable.
estable.
Las piezas individuales de las distintas formas
de realización pueden fabricarse económicamente, puesto que sólo
están rectificadas las zonas de guiado 15, 16, la superficie de
asiento del cono de válvula 13 y, dado el caso, el asiento 12. Dado
el caso, también la pared interior de la cámara de baja presión N se
somete a un tratamiento de rectificado. En estas zonas puede ser
recomendable templar el acero.
En la forma de realización de la válvula V en la
figura 4, el elemento de válvula de asiento G está formado por una
bola 13 con superficie de asiento esférica encajada a presión en el
émbolo de amortiguación 14. El diámetro de la bola 13' es mayor que
el diámetro del asiento 12, aunque menor que el diámetro de guiado
del émbolo de amortiguación 14. Los orificios de descarga 22 están
taladrados entre las dos zonas de guiado 15, 16 en la caja exterior
1.
Además, las salidas de baja presión 9 son varios
taladros distribuidos en la dirección circunferencial y en la
dirección axial, que presentan desembocaduras 9' dispuestas en el
interior, que son liberadas gradualmente por un canto de regulación
14' adyacente a la primera zona de guiado 16 del émbolo de
amortiguación 14 en la carrera de apertura del elemento de válvula
de asiento G.
Claims (11)
1. Válvula, en particular válvula de precarga o
limitadora de presión, con un elemento de válvula de asiento (G)
solicitado axialmente por un resorte de válvula (19) contra un
asiento (12) dispuesto entre un lado de baja presión y un lado de
alta presión, que coopera con un émbolo de amortiguación (14) y que
está dispuesto en el lado de baja presión del asiento (12) en una
cámara de baja presión (N), caracterizada porque el émbolo
de amortiguación (14) está unido rígidamente al elemento de válvula
de asiento (G) y está dispuesto junto con el resorte de válvula
(19) en la cámara de baja presión (N), porque el émbolo de
amortiguación (14) es guiado respectivamente con ajuste corredizo
directamente en la pared interior de la cámara de baja presión (N)
en una primera zona de guiado (16) circunferencial cerca del
elemento de válvula de asiento (G) y en una segunda zona de guiado
(15) separada, dispuesta a distancia de la primera zona de guiado
(16) y del elemento de válvula de asiento (G) en la dirección
axial, que presenta el mismo diámetro, y que coopera para la función
de amortiguación con al menos un orificio de descarga (22) para un
fluido de presión de baja presión dispuesto en la cámara de baja
presión (N) en zonas adyacentes a la segunda zona de guiado (15) y
porque el resorte de válvula (19) ataca en el émbolo de
amortiguación (14) en la primera zona de guiado (16).
2. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el elemento de válvula de asiento (G) es
un cono de cierre (13) o una bola de cierre (13') encajada a
presión o una bola de cierre (13'') rectificada.
3. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el resorte de válvula (19) es un resorte
helicoidal de compresión, del cual un extremo está dispuesto en un
soporte (20) en el fondo de la cámara de baja presión (N) y porque
el resorte de válvula (19) engrana en un taladro ciego (28)
cilíndrico para el alojamiento de resorte del émbolo de
amortiguación (14) y se apoya con su otro extremo directamente o por
medio de un apoyo (27) en un fondo (21) del taladro ciego para el
alojamiento de resorte.
4. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el orificio de descarga (22) está
dispuesto en el lado no orientado o orientado hacia la primera zona
de guiado (16) de la segunda zona de guiado (15).
5. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el asiento (12) presenta en el lado
orientado hacia el elemento de válvula de asiento (G) una
superficie anular (24) sustancialmente perpendicular respecto al
eje de la válvula (V), porque en el elemento de válvula de asiento
(G) o en un tramo de transición (23) del elemento de válvula de
asiento al émbolo de amortiguación (14) está prevista una superficie
desviadora (25) paralela a la superficie anular (24) y porque,
cuando el elemento de válvula de asiento (G) está colocado en el
asiento, está prevista una rendija entre la superficie anular (24) y
la superficie desviadora (55).
6. Válvula según la reivindicación 5,
caracterizada porque, preferiblemente partiendo de la
superficie desviadora (25), un canal de estrangulación (26) se
extiende al interior del émbolo de amortiguación (14).
7. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque, partiendo de la circunferencia exterior
del émbolo de amortiguación (14), un canal de estrangulación (26')
se extiende al interior del émbolo de amortiguación (14).
8. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque la longitud de guiado (a) definida por
las primeras y segundas zonas de guiado (15, 16) del émbolo de
amortiguación (14) en la cámara de baja presión (N) corresponde
aproximadamente a entre el 120% y el 200%, preferiblemente
aproximadamente al 150% del diámetro de guiado (D) del émbolo de
amortiguación (14) en las zonas de guiado (15, 16).
9. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el diámetro de asiento (d) corresponde
aproximadamente a entre el 40% y el 75%, preferiblemente
aproximadamente al 50%, del diámetro de guiado (D) del émbolo de
amortiguación (14).
10. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque la sección transversal del orificio de
descarga (22) es menor que la de al menos una salida de baja
presión (9) de la cámara de baja presión (N).
11. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque en el lado de baja presión del asiento
(12) están previstas varias desembocaduras de salida de baja
presión (9') de forma distribuida en la dirección circunferencial y
en la dirección axial de tal modo que un canto de regulación (14')
adyacente a la primera zona de guiado (16) en el émbolo de
amortiguación (14) libera gradualmente estas desembocaduras con
regulación del caudal en la carrera de apertura del elemento de
válvula de asiento (G).
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