ES2881750T3 - Válvula de seta - Google Patents

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Abstract

Una válvula (10) de seta, que comprende: una seta (12) que tiene una superficie (12A) de guía de seta; un asiento (16) que tiene una superficie (16A) de guía de asiento, estando el asiento (16) configurado para alojar al menos una parte de la seta (16); y un resorte (14) posicionado entre el asiento y la seta para empujar la seta en una posición cerrada de válvula, estando la superficie (12A) de guía de seta y la superficie (16A) de guía de asiento en contacto de deslizamiento mutuo; caracterizada por que la superficie (12A) de guía de seta y la superficie (16A) de guía de asiento están realizadas al menos parcialmente de un material que comprende diamantes sintéticos policristalinos; en donde la superficie (12A) de guía de seta está definida por una superficie exterior de una pluralidad de almohadillas (20) fijadas a la seta (12) y la superficie (16A) de guía de asiento está definida por una superficie exterior de una pluralidad de almohadillas (21) fijadas al asiento (16) en donde el asiento (16) comprende: una superficie (16B) de apoyo de asiento para la seta (16); y una pluralidad de partes (16C) sobresalientes que se extienden desde la superficie (16B) de apoyo de asiento, estando las almohadillas (21) fijadas a las partes (16C) sobresalientes, estando la pluralidad de partes (16C) sobresalientes configuradas para rodear al menos parcialmente el obturador (120) de seta.

Description

DESCRIPCIÓN
Válvula de seta
Campo técnico
Las realizaciones de la materia descrita en el presente documento en general se refieren a válvulas de presión diferencial, es decir, a válvulas de autoapertura y autocierre, que incluyen un obturador, que se abre y se cierra por efecto de presiones diferenciales en la válvula. Las válvulas de presión diferencial típicas son válvulas de compresor alternativo. Algunas realizaciones se refieren específicamente a válvulas de seta de hipercompresores.
Antecedentes
Los hipercompresores son compresores alternativos que pueden producir niveles de presión de gas de hasta 3000 bares o mayores. Estos compresores se usan ampliamente en aplicaciones industriales, por ejemplo, en la compresión de etileno para la producción de polietileno de baja densidad (o de manera abreviada “ LDPE” ). Los componentes clave de esos compresores son válvulas de seta automáticas de succión y descarga. El hipercompresor comprende usualmente una carcasa en la que se forma un cilindro. Un émbolo alternativo se desliza en el cilindro para aspirar un fluido desde un conducto de succión y descarga el fluido a una presión más alta en un conducto de descarga.
El documento US-A-2014/0014190 describe una válvula de presión diferencial que comprende: un cuerpo de válvula, teniendo el cuerpo de válvula al menos una entrada de flujo y una salida de flujo; al menos un obturador, pudiendo moverse el obturador entre una posición abierta y una posición cerrada bajo una presión diferencial en la válvula; un paso de flujo desde la entrada de flujo hasta la salida de flujo; al menos un elemento de desviación configurado para desviar el obturador hacia una posición cerrada para bloquear el paso de flujo a través de la entrada de flujo. El elemento de desviación comprende al menos dos resortes dispuestos en paralelo, teniendo uno de los resortes al menos una frecuencia de resonancia diferente de al menos una frecuencia de resonancia del otro de los dos resortes.
Todos los documentos EP-A-1416205, GB-A-2169687 y EP-A-520567 aplican diamantes sintéticos policristalinos para reducir el desgaste y mejorar las propiedades de resistencia a la erosión en el campo de las válvulas.
Una primera válvula de seta está dispuesta en un conducto de succión y una segunda válvula de seta está dispuesta en un conducto de descarga. Las válvulas pueden estar dispuestas ya sea radial o axialmente con respecto al eje del cilindro; por lo tanto, se denominan válvulas de seta de tipo radial o válvulas de seta de tipo axial. Las válvulas de seta de tipo radial se usan típicamente en etapas de baja presión de los hipercompresores, mientras que las válvulas de seta de tipo axial se usan típicamente en etapas de alta presión.
La apertura y el cierre de la válvula de seta se controlan automáticamente por la presión diferencial en la válvula. Por esta razón, estas válvulas a veces se denominan “válvulas automáticas” y se distinguen de las válvulas controladas, tales como las usadas habitualmente en motores de combustión interna, donde un accionador externo controla la apertura y el cierre de la válvula, tal como por medio de un árbol de levas.
Las válvulas de seta con un diseño convencional comprenden un asiento que aloja una seta configurada para abrir y cerrar un trayecto de flujo de gas hacia adentro y hacia afuera del hipercompresor. La seta puede estar formada por un obturador y un vástago alojado al menos parcialmente en el asiento.
La seta se empuja en una posición cerrada contra una superficie de cierre por un resorte contenido en el asiento.
La válvula de seta de succión se dispone de modo que se abre cuando la presión en el cilindro del hipercompresor disminuye durante el recorrido de succión del vástago de pistón. En esa condición, la presión en el conducto de succión supera la fuerza del resorte; la presión diferencial en la válvula provoca el movimiento de la seta contra el resorte. En estas condiciones, la válvula permite que el fluido sea succionado en el cilindro compresor. Durante esta fase, se cierra la válvula de descarga.
Una vez que el vástago de pistón alcanza el punto muerto inferior, se invierte su movimiento y se inicia la compresión del fluido en el cilindro. El aumento de presión en el cilindro cierra automáticamente la válvula de succión y abre la válvula de descarga; esto sucede cuando la presión diferencial en la válvula de descarga, entre el cilindro de compresor y el conducto de descarga, supera la fuerza del resorte correspondiente.
Durante su movimiento, la seta la guía el asiento. Por esta razón, una superficie de guía de seta está en contacto mutuo con una superficie de guía de asiento para permitir un movimiento de apertura/cierre controlado de la seta con respecto al asiento.
Las válvulas de seta desempeñan un papel importante en la fiabilidad de los hipercompresores usados en plantas para la producción de LDPE. De hecho, una razón por la cual los hipercompresores fallan se debe a que se rompe una válvula de seta.
Las válvulas de seta se rompen principalmente cuando el asiento pierde sus propiedades de guía de seta debido al desgaste de las superficies de guía. En esas condiciones, una pérdida de ajuste y movimiento irregular de la seta mientras impacta sobre el asiento puede provocar grietas que se propagan en el asiento o en la seta, dañando así la válvula y provocando la falla del compresor.
Resumen
La invención se refiere a una válvula de seta tal como se define en la reivindicación 1. Se definen realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de los dibujos
Las figuras 1 a 7 de los dibujos adjuntos, que se incorporan en el presente documento y constituyen una parte de la memoria descriptiva, ilustran realizaciones a modo de ejemplo de la presente descripción y, junto con la descripción, explican estas realizaciones. En los dibujos:
la figura 1 es una vista en sección transversal simplificada de una etapa de alta presión de un compresor alternativo, particularmente un hipercompresor, de según la presente descripción;
la figura 2 es una vista superior simplificada de una válvula de seta de tipo radial del compresor alternativo de la figura 1; la figura 3 es una vista en sección simplificada, tomada a lo largo de la línea MI-MI de la figura 2, que también representa parcialmente un cuerpo de válvula que aloja la válvula de seta;
la figura 4 muestra en detalle un elemento particular de la válvula de seta de la figura 3;
la figura 5 muestra otro elemento particular de la válvula de seta de la figura 3;
la figura 6 es una vista en perspectiva de la válvula de seta de la figura 2;
la figura 7 es una vista simplificada en despiece ordenado de la válvula de seta de la figura 6;
la figura 8 es una sección axial simplificada de una válvula de seta de tipo axial;
la figura 9 es una sección tomada a lo largo de la línea IX-IX de la figura 8;
la figura 10 muestra en sección una posible configuración de un detalle de las válvulas de seta descritas anteriormente;
la figura 11 muestra una vista en perspectiva de la válvula de seta de la figura 8;
la figura 12 es una vista en despiece ordenado de la válvula de seta de la figura 11;
la figura 13 es una vista en sección simplificada, en despiece ordenado, de una realización diferente de una válvula de seta de tipo axial;
la figura 14 es una vista en sección simplificada en despiece ordenado de otra realización diferente adicional de una válvula de seta de tipo axial, y
la figura 15 es una vista en sección simplificada de una realización diferente de una parte de la válvula de seta de la figura 13.
Las realizaciones según las figuras 8-15 no son parte de la invención.
Descripción detallada
La siguiente descripción de realizaciones a modo de ejemplo se refiere a los dibujos adjuntos.
La siguiente descripción no limita la presente descripción. En cambio, el alcance de la presente descripción está definido por las reivindicaciones adjuntas.
La descripción a continuación se refiere a una válvula de presión diferencial mejorada y, específicamente, a una válvula de seta de un compresor centrífugo tal como un hipercompresor. La válvula de seta descrita puede ser de tipo radial o axial. La figura 1 muestra una segunda etapa de un compresor alternativo, en particular un hipercompresor, que comprende una carcasa 3 en la que se forma un cilindro 4. Un émbolo 5 alternativo se desliza en el cilindro 4 para aspirar un fluido desde un conducto 6 de succión y descargar el fluido a una presión más alta en un conducto 7 de descarga. En la figura 1, el número de referencia 10 designa ambas válvulas de seta en el conducto 6 de succión y en el conducto 7 de descarga, y ambos pueden tener el mismo diseño.
En la siguiente descripción, sólo se describirá la válvula 10 de seta presente en el conducto 7 de descarga, ya que es idéntica a la proporcionada en el conducto 6 de succión.
Con referencia a la figura 3, una válvula 10 de seta puede comprender un cuerpo 11 de válvula que tiene una cavidad 11B interna diseñada para alojar y fijar de manera estable un asiento 16 extraíble. El asiento 16 aloja al menos parcialmente una seta 12.
La seta 12 está configurada para abrir y cerrar el trayecto de flujo de gas fuera del hipercompresor 1. Un resorte 14, que puede proporcionarse entre la seta 12 y el asiento 16, empuja la seta 12 en una posición cerrada contra una superficie 11A de cierre formada por una porción de la superficie interna del cuerpo 11 de válvula que rodea una primera parte 7A del conducto 7 de descarga que se comunica con el cilindro 4.
La cavidad 11B interna del cuerpo de válvula está conectada, además, a una segunda parte 7B del conducto 7 de descarga.
La seta 12 comprende un obturador 120 de seta y un vástago 122 que se extiende desde el obturador 120 de seta. El resorte está colocado alrededor del vástago 122 y puede proporcionarse una primera abertura 30 en la parte inferior del asiento 16. Están presentes pasos 31 adicionales en el asiento, con el fin de poner la segunda parte 7B del conducto 7 de descarga en comunicación con esa parte de la cavidad 11B que rodea el asiento 16.
Como puede quedar claro a partir de la figura 4 y la figura 5, la seta 12 tiene una superficie 12A de guía de seta que está en contacto de deslizamiento mutuo con una superficie 16A de guía de asiento. La superficie 12A de guía de seta está ubicada en el perímetro exterior del obturador 120 de seta. La superficie 16A de guía de asiento puede estar formada en partes 16C sobresalientes que se extienden desde una superficie 16B de apoyo de asiento para la seta 12. En particular, la superficie 12A de guía de seta y la superficie 16A de guía de asiento están realizadas al menos parcialmente de un material que comprende diamante policristalino sintético (PCD).
Esto puede proporcionar a la válvula de seta una vida útil más larga.
En una realización, la superficie 12A de guía de seta y/o la superficie 16A de guía de asiento está definida por la forma exterior de una pluralidad de almohadillas 20, 21 fijadas a la seta 12 y al asiento 16. Ambas superficies de guía pueden ser cilíndricas, tal como se muestra en las figuras (véase la figura 5).
Cada almohadilla 20, ubicada en la seta 12, puede tener una parte 20B de guía de almohadilla que define la superficie 12A de guía de seta, y una parte 20a de acoplamiento de almohadilla fijada a la seta 12; de manera similar, cada almohadilla 21 ubicada en el asiento 16, puede tener una parte 21B de guía de almohadilla que define la superficie 16A de guía de asiento y una parte 21A de acoplamiento de almohadilla fijada al asiento.
Las almohadillas 20, 21 se encuentran comercialmente disponibles y su proceso de producción se conoce en la técnica. La parte 20B, 21B de guía de almohadilla puede estar realizada de polvo de diamante sinterizado en una matriz de cobalto.
La parte 20A, 21A de acoplamiento de almohadilla puede comprender carburo de wolframio sinterizado en la misma matriz de cobalto de la parte 20B, 21B de guía.
La parte 20A, 21A de acoplamiento puede fijarse (por ejemplo, unirse por soldeo fuerte) a una parte correspondiente de la seta 12 o del asiento 16. En particular, cada almohadilla 20, 21 puede colocarse en alojamientos 40, 41 formados en la seta 12 y/o en el asiento 12. Los alojamientos 40, 41 pueden rebajarse con respecto a la superficie de seta y/o con respecto a la superficie de asiento, y pueden tener una forma que corresponde a la forma de las almohadillas 20, 21. En este caso, los alojamientos 40, 41 pueden contener firmemente las almohadillas 20, 21, impidiendo sus movimientos.
Además, tal como se muestra en la figura 10, cada almohadilla puede tener una parte 20A, 21A de acoplamiento redondeada que coincide con la forma del alojamiento 40, 41 correspondiente.
La forma redondeada evita la formación de grietas.
Las almohadillas 20, 21, en particular las proporcionadas en el asiento 16, también pueden tener una superficie 50 biselada tal como se muestra en la figura 10. Esto puede ayudar durante la fase de ensamblaje de la válvula de seta. Tal como puede observarse en la figura 2 y en la figura 4, el asiento 16 comprende una pluralidad de partes 16C sobresalientes que se extienden desde una superficie 16B de apoyo de asiento para la seta 16. Las partes 16C sobresalientes están configuradas para rodear al menos parcialmente el obturador 120 de seta y las almohadillas 21 están fijadas a las partes 16C sobresalientes.
En la realización descrita, pueden estar presentes cuatro partes 16C sobresalientes, y cada parte 16C sobresaliente puede tener una almohadilla 21 tal como se muestra en la figura 7. Dependiendo de la forma y dimensión de las partes 16C sobresalientes, puede proporcionarse más de una almohadilla 21 en la parte 16C sobresaliente correspondiente.
El espacio presente entre las partes 16C sobresalientes forma canales para el paso del gas comprimido desde la primera parte del conducto 7A de descarga, hacia la cavidad 11B interna, y eventualmente hasta la segunda parte 7B del mismo.
Cabe señalar que el material que forma la superficie 12A de guía de seta, la superficie 16A de guía de asiento y el diseño de las almohadillas 20, 21, también puede ser el descrito en la solicitud de patente no publicada previamente WO-A-2015/077001.
En las figuras 8, 9, 11, 12, 13 y 14 muestran ejemplos comparativos.
En la descripción de las siguientes realizaciones, aquellas partes funcionalmente similares a las ya descritas se indicarán con los mismos números de referencia, y se omitirá su descripción.
En este sentido, debe entenderse que todos los aspectos identificados como preferidos y ventajosos para aquellas partes ya descritas en las realizaciones anteriores deben considerarse como preferidos y ventajosos de manera similar también para las partes similares en las siguientes realizaciones.
Tal como puede observarse inmediatamente a partir de la figura 8, el vástago 122 presenta una cavidad 122A que aloja el resorte 14. Por lo tanto, la superficie 12A de guía de seta está ubicada en el perímetro del vástago 122, externamente con respecto a la cavidad 122A.
En consecuencia, la superficie 16A de guía de asiento está ubicada en esa superficie del asiento 16 orientada hacia el vástago de seta 122.
Tal como puede observarse a partir de la figura 12, en esta configuración, una pluralidad de coronas 60A, 60B, 60C, 61A, 61B circulares de las almohadillas 20, 21 pueden ubicarse en la superficie de vástago y en la superficie de asiento.
Esta configuración puede proporcionar una superficie de guía más ancha que puede aumentar la estabilidad de la seta 12. En la realización de la figura 13, se muestra una válvula de seta, que es similar a la de la figura 11. En este caso, la superficie 12A de guía de seta puede estar definida por la superficie exterior de al menos un casquillo 200 fijado a la seta 12, y más particularmente a su vástago 122. El casquillo 200 puede fijarse a la seta 12 por apriete.
La superficie 16A de guía de asiento puede estar definida por la superficie interior de al menos un casquillo 210 fijado al asiento 16, por ejemplo, mediante un tornillo 260 sin cabeza.
De manera similar a las almohadillas 20, 21, los casquillos 200, 210 pueden comprender polvo de diamante policristalino.
Los casquillos 200, 210 pueden estar realizados completamente del mismo material de polvo de diamante policristalino sinterizado en una matriz de cobalto que forma la parte 20B, 21B de guía de las almohadillas 20, 21. Como alternativa, los casquillos 200, 210 pueden tener la configuración mostrada en la figura 15. En esta figura, sólo se muestra el casquillo 200 acoplado con la seta 12, pero el casquillo 210 acoplado con el asiento 16 puede tener una configuración similar.
El casquillo 200 de la figura 15 tiene una superficie 200B de deslizamiento de casquillo realizada con el mismo polvo de diamante policristalino sinterizado en una matriz de cobalto que forma la parte 20B, 21B de guía de las almohadillas 20, 21. El casquillo 200 también tiene una parte 200A de acoplamiento de casquillo que puede estar realizada del mismo material de las partes 20A, 21A de acoplamiento de almohadillas.
La figura 14 muestra otra realización de la válvula de seta.
En este caso, la superficie 12A de guía de seta está formada por la superficie externa de dos casquillos 200 de guía, distanciados por un elemento 250 de distanciamiento. Los casquillos 200 de guía y el elemento 250 de distanciamiento pueden mantenerse en posición por medio de un elemento de sujeción, un ejemplo del cual puede incluir un tornillo 260 sin cabeza.
La superficie 16A de guía de asiento está formada por dos pares de casquillos 210 distanciados por un elemento 250 de distanciamiento. Los casquillos 210 y el elemento 250 de distanciamiento pueden fijarse al asiento 16 mediante un elemento de sujeción, un ejemplo del cual puede incluir un tornillo 260 sin cabeza.
En lugar de dos pares de casquillos 210, pueden usarse sólo dos casquillos de mayor altura, distanciados adecuadamente.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Una válvula (10) de seta, que comprende:
    una seta (12) que tiene una superficie (12A) de guía de seta;
    un asiento (16) que tiene una superficie (16A) de guía de asiento, estando el asiento (16) configurado para alojar al menos una parte de la seta (16); y
    un resorte (14) posicionado entre el asiento y la seta para empujar la seta en una posición cerrada de válvula,
    estando la superficie (12A) de guía de seta y la superficie (16A) de guía de asiento en contacto de deslizamiento mutuo;
    caracterizada por que
    la superficie (12A) de guía de seta y la superficie (16A) de guía de asiento están realizadas al menos parcialmente de un material que comprende diamantes sintéticos policristalinos;
    en donde la superficie (12A) de guía de seta está definida por una superficie exterior de una pluralidad de almohadillas (20) fijadas a la seta (12) y la superficie (16A) de guía de asiento está definida por una superficie exterior de una pluralidad de almohadillas (21) fijadas al asiento (16)
    en donde el asiento (16) comprende:
    una superficie (16B) de apoyo de asiento para la seta (16); y
    una pluralidad de partes (16C) sobresalientes que se extienden desde la superficie (16B) de apoyo de asiento, estando las almohadillas (21) fijadas a las partes (16C) sobresalientes, estando la pluralidad de partes (16C) sobresalientes configuradas para rodear al menos parcialmente el obturador (120) de seta.
  2. 2. La válvula (10) de seta según la reivindicación 1, en donde el material comprende diamantes sintéticos policristalinos sinterizados en una matriz de cobalto.
  3. 3. La válvula (10) de seta según la reivindicación 1, en donde al menos una almohadilla (20, 21) comprende una parte (20A, 21A) de acoplamiento fijada a la seta (12) o al asiento (16), en donde la parte (20A, 21A) de acoplamiento comprende carburo de wolframio.
  4. 4. La válvula (10) de seta según la reivindicación anterior, en donde la al menos una almohadilla (20, 21) está unida por soldeo fuerte a la almohadilla (12) o al asiento (16).
  5. 5. La válvula (10) de seta según la reivindicación 1, en donde la superficie (12A) de guía de seta y/o la superficie (16A) de guía de asiento es cilíndrica y está definida por la superficie exterior de las almohadillas (20, 21).
  6. 6. La válvula (10) de seta según la reivindicación 1, en donde la seta (12) comprende un obturador (120) de seta y un vástago (122) que se extiende desde el obturador (120) de seta, estando la superficie (12A) de guía de seta posicionada en el perímetro exterior del obturador (120) de seta.
  7. 7. Compresor alternativo que comprende al menos una válvula de seta según una o más de las reivindicaciones anteriores, siendo preferiblemente el compresor alternativo un hipercompresor.
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