ES2698258B2 - Válvula multietapa de control de fluidos de alta presión - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Válvula multietapa de control de fluidos de alta presión

Campo de la invención

La presente invención se engloba dentro del sector industrial dedicado a la fabricación y / o instalación de válvulas en general. Más concretamente se refiere a una válvula multietapa de control de fluidos de alta presión, principalmente diseñada para reducir la presión de manera escalonada y gradual.

Antecedentes de la invención

Es conocido que, en las válvulas de control existentes, cuando la caída de presión en la válvula es alta, se produce ruido, vibración y un desgaste rápido de las partes de válvula que obturan o regulan el flujo del fluido, con son el obturador o tapón y el anillo o aro de retención, o en el cilindro, en las válvulas que producen presión reducida a través de un cilindro o caja perforada.

En el estado del arte se conocen diferentes tipos de válvulas de control o de regulación que, o bien no resuelven el problema, o lo hacen de una manera complicada y costosa. Hay válvulas de varias etapas, en algunas de las cuales se producen caídas de presión excesivas, y donde hay presentes condiciones sónicas o cavitación que producen ruido, vibración, etc.

Otras válvulas utilizan trayectorias laberínticas que, para ser eficaces, requieren canales muy largos y por tanto los discos tienes que tener mayor anchura dando como resultado la obtención de válvulas de gran tamaño, lo que no es muy deseable en la mayoría de las instalaciones.

Existen soluciones en el estado de la técnica como la divulgada en el documento de patente GB 1268073, el cual forma la base del preámbulo de la reivindicación independiente, donde la invención en él revelada proporciona un dispositivo de control de flujo de pérdida de energía para su instalación en un sistema de transferencia de fluido en el que existe un diferencial de presión de fluido potencialmente destructivo o generador de ondas de choque, el dispositivo que comprende un conjunto de placas dispuestas cara a cara que proporcionan una pluralidad de pasajes en forma de laberinto, cada uno con un número de vueltas reductoras de la velocidad en ángulo recto para girar el fluido repetidamente entre los extremos de entrada y salida de los pasajes provistos en los bordes del conjunto de placa, y cada pasaje provisto de una longitud de flujo de fluido sustancialmente más larga que una distancia recta entre dicha entrada y salida extremos, la dimensión de cada pasaje que coopera con la configuración de inducción de giro del fluido angular sustancialmente a la derecha del mismo para ejercer una resistencia de fricción positiva en el fluido que fluye a través del mismo, y dicho dispositivo se construye y se dispone para montarse para impulsar el flujo del fluido a través de dichos pasajes, por lo que la energía potencial del fluido se disipará y la velocidad del fluido se controlará.

Otras soluciones se describen en la patente US9115824B2, que incorpora una caja con un número determinado de discos, donde los canales de dichos discos están diseñados para que haya cruces entre canales de discos contiguos, con canales curvos cruzándose en dirección opuesta y donde la única reducción se presión se produce en dichos cruces; es decir, no hay reducción de presión entre cruces.

Breve descripción de las figuras

Las ventajas y características de la invención se entenderán más completamente a partir de la siguiente descripción, con referencia a las siguientes figuras, que deben considerarse de una manera ilustrativa y no limitativa.

Figura 1. Muestra una vista en planta de un disco del paquete de discos, donde se pueden ver los canales de las caras. En trazo continuo representa los de canales de la cara visible y con discontinuo los de la cara trasera.

Figura 2. Muestra una vista en perspectiva de dos discos contiguos de un paquete de discos, donde se puede observar la forma de los canales en la cara frontal de un disco y las salidas de las caras adyacentes de ambos discos y traseras del segundo disco.

Figura 3. Muestra una sección en planta de la superficie de contactado en entre dos discos superpuestos del paquete de discos que forman la caja, donde se observan los cruces intermedios, sombreado en la figura, formado por los canales de las superficies adyacentes de esos discos contiguos.

Figura 4. Muestra una vista en sección transversal de un ejemplo de realización de la válvula de la presente invención donde se observa, entre otros elementos, la caja con el paquete de discos superpuestos.

Descripción de la invención

Los elementos definidos en esta descripción se proporcionan para ayudar a una comprensión global de la invención. En consecuencia, los expertos en la técnica reconocerán que variaciones y modificaciones de las realizaciones descritas en este documento pueden realizarse sin apartarse del alcance y espíritu de la invención. Además, la descripción detallada de las funciones y elementos suficientemente conocidos se omiten por razones de claridad y concisión.

Es necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica que cubra las lagunas encontradas en la misma y, por tanto, al contrario que las soluciones existentes, esta invención propone una solución de válvula multietapa de control de fluidos de alta presión donde, la perdida de presión en el interior de la válvula ocurre de forma gradual, escalonada y continua, eliminando así los problemas de ruido, vibración y desgaste.

Con este fin, la válvula incorpora una caja perforada o cilindro que incluye un paquete de discos (1) superpuestos que dividen el flujo total en un número de flujos más pequeños, donde cada disco (1) incluye unos canales (2) que siguen una línea quebrada, lo que significa que, alternativamente la línea de cada (2) canal tiene un tramo recto o radial y un tramo curvo o de arco de circunferencia, tal y como se observa en las figuras 1,2 y 3.

Los canales (2) de las caras adyacentes de dos discos (1) contiguos están grabados en direcciones opuestas y se cruzan, es decir, la mitad de los discos (1) en el sentido de las agujas del reloj y la otra mitad en el sentido contrario, contrapeados.

Concretamente, la invención se refiere a una válvula de control de fluidos de alta presión que comprende, entre otros elementos, una caja con una pluralidad de discos anulares (1). Los discos tienen canales (2) distribuidos por las superficies de ambas caras. Los canales (2) de la cara de un disco enfrentados a los de la cara del disco contiguo tienen el giro en sentido contrario, lo que implica que esos canales (2) se crucen (3).

Cada cruce (3) implica, sucesivamente, el paso de un tramo recto del canal (2) de la cara de un primer disco con un tramo curvo de la cara enfrentada de un segundo disco (1) contiguo. Estos cruces se producen, por tanto, siempre a 90°, tal y como se puede observar en las figuras 1 y 3 principalmente.

Entre cada dos cruces (3), tal y como se observa en la figura 3, hay dos cambios de dirección en cada canal (2), de forma individual, donde se pasa de un tramo recto (5) a uno curvo (4) y después a otro recto (5) o viceversa, es decir, de curvo (4) a recto (5) y otra vez a curvo (4).

Estos cruces (3) de canales (2), así como los dos cambios de dirección en los canales (4 y 5), de forma individual, entre cada par de cruces (3), produce turbulencias al paso del fluido y perdida de presión, es decir, perdiendo su energía cinética, velocidad, que es el principal problema técnico que busca resolver la presente invención.

La válvula también comprende un obturador (8) que se puede desplazar gradualmente de forma axial dentro de la caja por interior del paquete de discos (1) para regular el caudal. El obturador (8) se mueve firmemente desde una posición inferior que cierra el flujo por estrangulación de un anillo de asiento (10) a una posición superior en la que circula el flujo de entrada a través del anillo de asiento (10) por cada uno de los discos (1).

Cuando se produce este desplazamiento, el obturador (8) va destapando o tapando canales (2) del paquete de discos (1) y por tanto hay una continuidad en la variación del paso del fluido. Como puede verse en la figura 2, el fondo de los canales en un mismo disco en una cara está al mismo nivel del fondo de los canales de la otra cara. Es decir, no hay carrera muerta.

Como se puede ver en la figura 4, en un ejemplo de realización, la válvula de control de fluidos de alta presión incorpora otros elementos como son un cuerpo de válvula (7) con una tapa, con el paquete de discos (1), con un separador (9), además del obturador (8) que se desplaza por el interior de los discos (1)

La eficiencia máxima se consigue mediante discos (1) que, contrariamente a otros tipos de discos, tienen canales (2) en ambos lados o caras, no tienen zonas muertas y por lo tanto aumentan la capacidad de la válvula a igual diámetro y carrera.

Este diseño, como se observa, combina por primera vez las ventajas de la espiral logarítmica, que reduce la presión en los cruces (3) de los canales (2) solamente y los diseños de tipo laberíntico, que reduce la presión en los cambios de dirección solamente (4 y 5).

A diferencia de las soluciones existente esta invención proporciona al menos las siguientes ventajas:

• Una mayor efectividad al producirse por un lado los choques en los cruces (3) entre canales (2) de las caras enfrentadas en discos (1) contiguos y los dos cambios de dirección (4 y 5) en cada canal (2) de forma individual entre cada dos cruces (3). Es decir, a diferencia de otras soluciones, hay tres escalones de reducción de presión en vez de uno solo, combinando la reducción de presión originada por los flujos de fluido que chocan en los cruces (3) y las reducciones de presión debidas a cambios direccionales (4 y 5) del diseño laberíntico.

Los ángulos de cruce (3) son siempre iguales, cualquiera que sea el número de canales (2) o el radio de separación entre cruces (3).

Flexibilidad para variar las áreas de cruce (3), cambiando solos los radios, en función de las condiciones de servicio, por ejemplo, durante la expansión de los gases; porque el ángulo es siempre de 90°.

Flexibilidad para variar la anchura de las canales (2), sin afectar su número, ni los ángulos de cruce (3), ya que el ángulo de cruces (3) es constante y no se ve afectado por el ancho de los canales (2) o cambios de las longitudes radiales requeridas para cumplir con los requisitos de servicio.

Carrera más corta, al no haber espacios muertos entre los canales (2) de la cara de un disco (1) y los de la otra del mismo disco, es decir, la profundidad de los canales (2) de ambas caras de un mismo disco (1) suman la anchura del disco (1) y, por tanto, el obturador (8), cuando se desplaza, no tiene carrera muerta. Por tanto, no hay recorrido muerto del obturador, se requiere una menor carrera y por tanto accionadores de tamaño reducido.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Válvula multietapa de control de fluidos de alta presión que comprende:

- una caja con pluralidad de discos anulares, donde cada disco de dicha pluralidad de discos tiene canales dispuestos para permitir el paso de fluido;

- un obturador dispuesto para desplazarse gradualmente de forma axial dentro de la caja por el interior de la pluralidad de discos para regular el caudal de flujo, y donde dicho obturador, en el desplazamiento, va destapando o tapando canales de la pluralidad de discos, y por tanto una continuidad en la variación del paso del fluido;

caracterizado por que:

los canales de cada disco están distribuidos por las superficies de ambas caras;

dichos canales tienen forma de línea continua quebrada espiral que alterna un tramo recto, radial al disco y un tramo curvo, paralelo al arco de circunferencia de disco;

los canales de la cara de un primer disco enfrentado a los canales de la cara de un segundo disco contiguo tienen el giro en sentido contrario respectivamente, lo que implica que dichos canales se crucen de forma sucesiva, con el paso de un tramo recto del canal de la cara de dicho primer disco con un tramo curvo del canal de la cara enfrentada del segundo disco contiguo;

entre cada dos cruces hay dos cambios de dirección en cada canal, de forma individual, donde se pasa de un tramo recto a uno curvo y después a otro recto o viceversa, es decir, de un tramo curvo a uno recto y otra vez a un tramo curvo;

y por que dichos cruces y dichos cambios de dirección producen turbulencias y perdida de presión al paso del fluido.

2. Válvula multietapa de control de fluidos de alta presión según la reivindicación 1 donde dichos cruces entre los canales de las caras enfrentadas de dos discos contiguos son siempre a 90°.

3. Válvula multietapa de control de fluidos de alta presión según la reivindicación 1 donde la profundidad de los canales de ambas caras de un mismo disco suma la anchura del disco y, por tanto, el obturador, cuando se desplaza, no tiene carrera muerta.