ES2910020T3

ES2910020T3 - Conjunto de válvula

Info

Publication number: ES2910020T3
Application number: ES11700316T
Authority: ES
Inventors: Aymeric Dutrop
Original assignee: Bayard SAS
Current assignee: Bayard SAS
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2022-05-11
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: RU2012130173A; RU2559653C2; CA2786647C; AU2011206745B2; TN2012000353A1; CN102803802B; WO2011085974A1; US20130025723A1; NZ601172A; MA33988B1; CA2786647A1; AU2011206745A1; IL220793A; EP2524160A1; CN102803802A; EP2524160B1; US9140380B2; PT2524160T

Abstract

Un conjunto de válvula que comprende: unos primeros medios de disipación de energía (13) con una pluralidad de orificios (29) para reducir la presión de un fluido desde una primera presión hasta una segunda presión inferior, unos segundos medios de disipación de energía (15) con una pluralidad de orificios (37) para reducir la presión de fluido desde la segunda presión hasta una tercera presión menor que la segunda presión, y unos medios de cierre de válvula (17) para abrir y cerrar la válvula, en el que los medios de cierre de válvula (17) están configurados para ocluir de manera continua o gradual la pluralidad de orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía (13) cuando se cierra la válvula, y en el que la geometría de la pluralidad de orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía (13) es de tal manera que cuando se cierra la válvula, el paso abierto de los orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía disminuye más rápido que el grado de apertura del conjunto de válvula total al menos para un intervalo predeterminado de grados de apertura del conjunto de válvula total que incluye el estado cerrado, en particular en un intervalo del 0 % al 10 %, más en particular en un intervalo del 0 % al 30 % del grado de apertura del conjunto de válvula, los medios de cierre de válvula comprenden un primer elemento de pared (47) configurado para ocluir de manera continua o gradual la pluralidad de orificios (37) proporcionados en un segundo elemento de pared (41) de los segundos medios de disipación de energía (15) cuando se cierra la válvula, los elementos de pared primero y segundo (47, 41) están configurados y dispuestos de tal manera que, en el estado cerrado del conjunto de válvula, se forma una holgura (51) entre los elementos de pared primero y segundo, la geometría de la pluralidad de orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía (13) y la geometría de la pluralidad de orificios (37) de los segundos medios de disipación de energía (15) son de tal manera que, independientemente del estado de apertura, en particular en un intervalo de apertura de al menos del 10 al 100 %, del conjunto de válvula, la caída de presión en los primeros medios de disipación de energía es al menos del 50 %, preferiblemente en un intervalo del 50 al 70 % de la caída de presión total, y al menos uno de los orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía (13) está conformado de tal manera que su anchura (W1) en su parte inferior es menor que su anchura (W2) en su parte superior, en el que los primeros medios de disipación de energía (13) comprenden un asiento de válvula que comprende: una pared inferior (25), y una pared circunferencial (27) que se extiende hacia arriba desde la pared inferior (25) y que define una cámara interior, en el que la pluralidad de orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía (13) están formados en una parte inferior de la pared circunferencial (27), y en el que las esquinas de los orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía (13) son redondeadas.

Description

DESCRIPCIÓN

Conjunto de válvula

La presente invención se refiere a un conjunto de válvula para su uso en un sistema de transferencia de fluido a alta presión que está protegido contra el efecto de cavitación que puede surgir en el caso de grandes diferencias de presión aguas arriba/aguas abajo.

Cuando un fluido pasa a través de una válvula, gana velocidad en la zona en la que se reduce la sección transversal. Puesto que la energía, según la ley de Bernouilli, se conserva, el aumento en energía cinética genera una caída en la energía de presión. Después, esta última aumenta de nuevo cuando la sección transversal de paso aumenta de nuevo, reduciendo de ese modo la velocidad del fluido.

Por tanto, en válvulas de regulación habituales, la presión puede caer localmente en gran medida y alcanzar valores que son menores que la presión de vaporización. Cuando esto ocurre, puede vaporizarse agua y pueden acumularse pequeñas burbujas de gas. El aumento en presión o el contacto con una superficie conduce entonces a una implosión de estas burbujas, lo cual es un fenómeno altamente energético en cuanto a presión y temperatura que puede conducir a la rotura de la materia sólida circundante. Según la extensión del fenómeno de cavitación, la erosión que tiene lugar en la parte aguas abajo del cuerpo de válvula puede ser muy rápida y la destrucción del aparato puede tardar sólo unas pocas semanas.

La implosión de las burbujas de gas también genera un ruido particularmente grande, que puede ser un problema para el vecindario si el aparato está instalado en una zona urbana o cerca de domicilios.

Por consiguiente, cuando una válvula está destinada a usarse en una aplicación caracterizada por una gran diferencia de presión, es necesario proporcionar una válvula de regulación que esté adaptada para soportar tal gran diferencia de presión.

Algunas soluciones técnicas que existen en el mercado consisten en dejar fluir el fluido a través de superficies planas o cilíndricas, que pueden estar dotadas de aberturas o ranuras circulares. Algunos de estos dispositivos están diseñados para obtener varias etapas de disipación de energía con la intención de distribuir la caída de presión dentro del aparato a través de las diversas etapas para reducir de ese modo la aparición del fenómeno de cavitación y las perturbaciones de ruido asociadas.

Tal conjunto de válvula anticavitación se conoce a partir de la solicitud de patente europea publicada EP 1794483. El conjunto de válvula dado a conocer para reducir la cavitación incluye un asiento dispuesto dentro de un alojamiento de válvula entremedias de una entrada y una salida de fluido del mismo. Una guía de disco está asociada con el asiento para poder moverse de manera deslizable con respecto al asiento. El asiento incluye una pared que define una cámara interior y que tiene ranuras alargadas formadas en la misma para dirigir fluido hacia la porción central de la cámara de fluido. La guía de disco incluye una pared que tiene ranuras alargadas formadas en una porción superior de la misma y una porción inferior no ranurada configurada para ocluir sustancialmente las ranuras alargadas del asiento cuando la guía de disco se mueve a una posición cerrada. El asiento incluye además una porción de pared no ranurada superior para ocluir las ranuras de la guía de disco en la posición cerrada. El dispositivo dado a conocer en la solicitud de patente europea publicada mencionada anteriormente está construido de tal manera que tienen lugar dos disipaciones de energía sucesivas. Una primera caída de presión se produce cuando el fluido procedente de la entrada de fluido entra en el asiento a través de las ranuras alargadas del asiento. La cavitación que puede producirse dentro del asiento habitualmente no puede dañar el alojamiento de válvula, puesto que está contenida dentro del asiento. Sin embargo, el asiento puede estar configurado como una parte de repuesto e intercambiarse fácilmente. Una segunda caída de presión se produce cuando el fluido abandona el asiento a través de las ranuras alargadas de la parte superior de la guía de disco hacia la salida de fluido. La cavitación que puede producirse en esta zona puede dañar grave y rápidamente el alojamiento de válvula y conducir a su completa destrucción. El documento EP0591873 muestra un conjunto de válvula que comprende: unos primeros medios de disipación de energía con una pluralidad de orificios para reducir la presión de un fluido desde una primera presión hasta una segunda presión inferior, unos segundos medios de disipación de energía con una pluralidad de orificios para reducir la presión de fluido desde la segunda presión hasta una tercera presión menor que la segunda presión, y unos medios de cierre de válvula para abrir y cerrar la válvula, en el que, los medios de cierre de válvula están configurados para ocluir de manera continua o gradual la pluralidad de orificios de los primeros medios de disipación de energía cuando se cierra la válvula, y la geometría de la pluralidad de orificios de los primeros medios de disipación de energía es de tal manera que, cuando se cierra la válvula, el paso abierto de los orificios de los primeros medios de disipación de energía disminuye más rápido que el grado de apertura del conjunto de válvula total al menos para un intervalo predeterminado de grados de apertura del conjunto de válvula total que incluye el estado cerrado, en particular en un intervalo del 0 % al 10 %, más en particular en un intervalo del 0 % al 30 % del grado de apertura del conjunto de válvula.

Sin embargo, resulta que este conjunto de válvula conocido no puede garantizar la distribución de pérdida de carga a través de las diversas etapas a lo largo de todo el intervalo de apertura del conjunto de válvula. Para valores de la apertura de válvula que son menores del 50 %, lo cual representa un intervalo típico de este tipo de dispositivos, la mayor parte de la caída de presión tiene lugar en la salida de la guía de disco. Como consecuencia, puede producirse cavitación y esto en una zona crítica, puesto que la cavitación se producirá en una zona en la que el alojamiento de válvula puede dañarse. Por tanto, el conjunto de válvula de la técnica anterior no está protegido de manera eficaz contra el fenómeno de la cavitación a aperturas de válvula pequeñas y, por tanto, la vida útil del conjunto de válvula se ve afectada de manera negativa.

Otro problema del conjunto de válvula dado a conocer en la solicitud de patente europea publicada mencionada anteriormente es que las partes del conjunto de válvula tienen una forma bastante compleja. De hecho, las ranuras alargadas de la guía de disco están formadas formando un ángulo de desviación distinto de 90° con respecto a la pared de guía de disco, con el fin de dirigir el fluido que pasa a través de las ranuras alargadas hacia el alojamiento del conjunto de válvula formando un ángulo no directo. Estas ranuras orientadas de manera no radial impiden que la corriente de fluido incida directamente en las paredes del conjunto de válvula después de salir de la guía de disco. Esta orientación específica de las ranuras alargadas hace que el método de fabricación de las partes sea considerablemente más complejo, lo que conduce a mayores costes de fabricación. Además, hace que el método de ensamblar el conjunto de válvula sea más complejo, ya que requiere una indexación angular de la guía de disco dentro del asiento. Un montaje inexacto de la guía de disco dentro del asiento también puede tener consecuencias sobre el rendimiento del sistema.

Por tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar un conjunto de válvula, en el que la caída de presión a través del conjunto de válvula se distribuya adecuadamente dentro del conjunto de válvula, para proteger de manera eficaz el conjunto de válvula contra la cavitación.

El objetivo de la invención se resuelve mediante el contenido de la reivindicación independiente. Realizaciones preferidas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Según un primer aspecto, la invención se refiere a un conjunto de válvula, en particular a un conjunto de válvula de reducción, tal como se define en la reivindicación 1. En aperturas pequeñas del conjunto de válvula, el fluido se fuerza, por tanto, a pasar a través de aberturas reducidas en comparación con una situación en la que la disminución del paso abierto se reduce linealmente con el grado de apertura del conjunto de válvula, como es el caso en la técnica anterior descrita anteriormente. Como consecuencia se aumenta la caída de presión en la primera etapa de disipación de energía. Como consecuencia, puede reducirse la cantidad de cavitaciones creadas aguas abajo de los segundos medios de disipación de energía aumentando de ese modo la vida útil del conjunto de válvula. En este contexto, el término “grado de apertura” se refiere al desplazamiento, normalmente lineal, de los medios de cierre de válvula con respecto a los primeros medios de disipación de energía, que puede realizarse por ejemplo mediante un vástago configurado para mover los medios de cierre de válvula de una posición abierta a una cerrada.

Los orificios pueden tener una forma alargada. Tales etapas pueden fabricarse más fácilmente en comparación con geometrías circulares y además la razón de áreas abiertas a través de las cuales puede pasar un fluido, con respecto al área restante de la etapa, es mayor.

Según la invención, los primeros medios de disipación de energía comprenden un asiento de válvula que comprende: una pared inferior, una pared circunferencial que se extiende hacia arriba desde la pared inferior y que define una cámara interior, y una pluralidad de ranuras formadas en una parte inferior de la pared circunferencial. Además, la parte inferior de la al menos una ranura está formada como un arco, preferentemente un arco parabólico, o tiene una forma trapezoidal y la parte superior de la al menos una ranura tiene una forma esencialmente rectangular. Para estas clases de formas la distribución de caída de presión puede optimizarse adicionalmente. Según la invención, las esquinas de los orificios son redondeadas y/o los bordes de la al menos una rendija en el lado exterior y/o interior de la pared circunferencial pueden ser redondeados. Esto mejora el flujo del fluido a través del conjunto de válvula y aumenta el valor de Kv de la válvula. En este caso, el valor de Kv es el flujo volumétrico en metros cúbicos/hora de agua a la temperatura de entre 5° - 40°C con una caída de presión a través de la válvula de un bar, cuando la válvula está completamente abierta.

Cuando el conjunto de válvula se abre, la holgura proporcionada entre los elementos de pared primero y segundo facilita el paso de un fluido a través de los segundos medios de disipación de energía hacia la salida del conjunto de válvula, lo que, por tanto, reduce la presión en la zona entre los medios de disipación de energía primeros y segundos, por tanto, aumenta la caída de presión en los primeros medios de disipación de energía y reduce la caída de presión en los segundos medios de disipación de energía. El fluido sale de los segundos medios de disipación de energía a menor velocidad, por tanto, limita la aparición de cavitación.

Según una realización preferida, la holgura puede proporcionarse a lo largo de toda la circunferencia de los primeros medios de disipación de energía.

Ventajosamente, los segundos medios de disipación de energía pueden estar formados como una guía de disco que comprende: una pared superior, una pared circunferencial que se extiende hacia abajo desde la pared superior y que define una cámara interior, y una pluralidad de ranuras como orificios formadas en una parte superior de la pared circunferencial.

Según una realización preferida, la circunferencia de la pared circunferencial que se extiende hacia abajo desde la pared superior es menor en una parte superior que en su parte inferior para proporcionar la holgura. Desbastando o doblando simplemente la parte superior de la pared circunferencial, se hace posible, por tanto, conseguir el diseño ventajoso que proporciona la holgura. Como alternativa, la pared circunferencial que se extiende hacia arriba desde la pared inferior de los primeros medios de disipación de energía puede tener una circunferencia en su parte superior que es mayor que su parte inferior para proporcionar de ese modo la holgura.

Preferiblemente, las ranuras de los segundos medios de disipación de energía pueden formarse de tal manera que se extienden en perpendicular con respecto a la pared circunferencial. Con el diseño de los medios de disipación de energía primeros y segundos que garantizan una caída de presión grande en la primera etapa, se reduce el riesgo de cavitación aguas abajo de los segundos medios de disipación de energía, por tanto, no es necesaria ninguna disposición especial con respecto a la dirección de corte de los orificios en la pared circunferencial. Esto simplifica el procedimiento de fabricación de los segundos medios de disipación de energía y el ensamblaje del conjunto de válvula, puesto que no es necesario un mecanizado complicado ni alineación especial con respecto al alojamiento del conjunto de válvula.

Ventajosamente, la pared circunferencial del asiento de válvula puede comprender una parte superior no ranurada y/o la pared circunferencial de la guía de disco de válvula comprende una parte inferior no ranurada, en la que las partes superior e inferior no ranuradas forman los medios de cierre de válvula. Por tanto, no tiene que proporcionarse ningún elemento adicional lo cual simplifica el diseño y el ensamblaje de la válvula.

Según una realización preferida, la parte inferior no ranurada de la pared circunferencial tiene una extremidad redondeada en su lado interior, preferentemente según un arco de un círculo. Cuando el conjunto de válvula está en un estado abierto, el fluido que ha pasado por los orificios de los primeros medios de disipación de energía tiene que pasar entonces a lo largo de la pared circunferencial de los segundos medios de disipación de energía. Proporcionando una extremidad redondeada, se facilita el flujo alrededor de la extremidad y se mejora el valor de Kv. Ventajosamente, el conjunto de válvula tal como se ha descrito anteriormente puede comprender además un alojamiento con una entrada de fluido y una salida de fluido, en el que el asiento de válvula está dispuesto entre la entrada de fluido y la salida de fluido y está fijado al alojamiento, la guía de disco de válvula está dispuesta de manera deslizante en el asiento de válvula, y la parte inferior no ranurada de la pared circunferencial de la guía de disco de válvula está adaptada para ocluir sustancialmente la pluralidad de ranuras del asiento en una posición cerrada del conjunto de válvula, impidiendo de ese modo que pase fluido desde la entrada de fluido hasta la salida de fluido, y la parte superior no ranurada de la pared circunferencial del asiento de válvula está adaptada para ocluir sustancialmente la pluralidad de ranuras de la guía de disco de válvula en una posición cerrada del conjunto de válvula, para impedir de ese modo que pase fluido desde la entrada de fluido hasta la salida de fluido, y la guía de disco puede moverse de manera deslizable hacia una posición abierta del conjunto de válvula, permitiendo de ese modo que pase fluido a través del conjunto de válvula desde la entrada de fluido hasta la salida de fluido. Con este conjunto de válvula, puede observarse una distribución de caída de presión equilibrada a través de las dos etapas impidiendo de ese modo que se produzca cavitación en la cercanía del alojamiento en el lado de salida de fluido del conjunto.

Preferiblemente, las ranuras de la guía de disco pueden ser más anchas que las ranuras del asiento. Esto mejora adicionalmente la distribución de caída de presión entre medios de disipación de energía primeros y segundos. El descubrimiento de la invención es que es la forma de los orificios de los primeros medios de disipación de energía y la geometría especial alrededor de los orificios de los segundos medios de disipación de energía lo que permite una mejor distribución de la caída de presión entre los medios de disipación de energía primeros y segundos, de tal manera que incluso para un conjunto de válvula casi cerrado, la caída de presión en los primeros medios todavía es de al menos el 50 % reduciendo de ese modo la aparición de cavitación en la salida de la segunda etapa, lo que contrasta con la técnica anterior.

A continuación, se describirán con detalle las características y propiedades de una realización según la invención con respecto a las figuras.

Las figuras 1a y 1b muestran una representación parcialmente en corte tridimensional esquemática de un conjunto de válvula según la invención en dos estados de apertura diferentes;

las figuras 2a a 2d ilustran una vista en sección transversal en perspectiva de una parte de unos medios de disipación de energía primeros y segundos según la presente invención así como la forma del paso abierto de orificios de los primeros medios de disipación de energía para diversos grados de apertura del conjunto de válvula; y la figura 3 muestra una vista detallada de un orificio de los primeros medios de disipación de energía según una segunda realización de la invención.

La figura 1a ilustra una vista en corte en 3D de un conjunto de válvula según la invención. El conjunto de válvula 1 según la invención es un denominado conjunto de válvula de reducción usado para reducir la presión de un fluido que pasa a través del conjunto de válvula 1. El conjunto de válvula 1 comprende un alojamiento 3 con una entrada de fluido 5 y una salida de fluido 7. El alojamiento 3 puede cerrarse usando una cubierta en el que, por ejemplo, se usan pernos para fijar la cubierta al alojamiento 3. En este conjunto de válvula 1, un fluido a alta presión entra en el conjunto de válvula 1 a través de la entrada 5 y sale del conjunto de válvula 1 a una presión menor a través de la salida 7.

Para conseguir la caída de presión deseada, el conjunto de válvula 1 comprende unos primeros medios de disipación de energía 13 y unos segundos medios de disipación de energía 15. A continuación, los primeros medios de disipación de energía 13 también se denominarán asiento de válvula y los segundos medios de disipación de energía 15 guía de disco de válvula. Los medios de disipación de energía primeros y segundos 13, 15 están dispuestos de tal manera que pueden moverse unos con respecto a otros. Se usan medios de cierre de válvula 17 para abrir y cerrar la válvula. En la figura 1, el conjunto de válvula 1 se ilustra en un estado completamente abierto. Para cerrar el conjunto de válvula 1, se usa un vástago 19. El vástago 19 está conectado a los segundos medios de disipación de energía 15 y está configurado para mover los segundos medios de disipación de energía 15 junto con un elemento de sujeción 21 y un diafragma (no mostrado) hacia abajo. Puede usarse un resorte (no mostrado) para desviar los segundos medios de disipación de energía 15 hacia los primeros medios de disipación de energía 13 en la posición cerrada del conjunto de válvula 1.

Los primeros medios de disipación de energía 13 comprenden una pared inferior 25, una pared circunferencial 27 que se extiende hacia arriba desde la pared inferior 25 definiendo de ese modo una cámara interior que está abierta en la parte superior. Una pluralidad de orificios 29 están formados en la parte inferior de la pared circunferencial 27. Según un primer aspecto de la invención, los orificios 29 tienen una forma alargada con el lado largo esencialmente en perpendicular a la pared inferior 25. Según la invención, están conformados de tal manera que su anchura, por ejemplo W1, en la parte inferior es menor que su anchura, por ejemplo W2, en la parte superior.

La parte de los orificios 29 que tiene una anchura menor puede tener una forma de arco, como una forma de arco parabólico, o puede tener una forma trapezoidal. La parte superior con la anchura mayor es preferiblemente rectangular. En esta realización, la forma de los orificios 29 es simétrica, pero según variantes adicionales también son posibles formas asimétricas, siempre que la parte superior sea más ancha que la parte inferior. Para mejorar el flujo a través de los orificios 29, las esquinas de los orificios son redondeadas.

En esta realización, los orificios 29 de los primeros medios de disipación de energía 13 tienen todos la misma forma y están distribuidos además de igual manera alrededor de la pared circunferencial 27. Sin embargo, según variantes de la realización, las formas de los diversos orificios 29 pueden variar siempre que la razón entre regiones recortadas y regiones planas en zonas de la circunferencial 27 en la que se disponen orificios sea menor en la parte inferior en comparación con la parte superior.

Los primeros medios de disipación de energía 13 comprenden además en sus extremidades superiores, una región de reborde 31 a través de la cual los primeros medios de disipación de energía 13 están unidos al alojamiento 3. Los segundos medios de disipación de energía 15 comprenden una pared superior 33 unida al elemento de sujeción 21 y una pared circunferencial 35 que se extiende hacia abajo desde la pared superior 33 para formar una cámara interior que está abierta hacia la pared inferior 25 de los primeros medios de disipación de energía 13. La pared circunferencial 35, comprende una pluralidad de orificios 37 en su parte superior. La parte inferior de la pared circunferencial 35 forma una parte de los medios de cierre de válvula 17. La circunferencia exterior de la pared circunferencial 35 de los segundos medios de disipación de energía 15 se elige de tal manera que puede moverse dentro de la cámara definida por la pared circunferencial 27 de los primeros medios de disipación de energía 13. Normalmente, las dimensiones de la pared exterior de la pared circunferencial 35 y la pared interior de la pared circunferencial 27 se hacen coincidir, excepto por la zona cerca de la pared superior 33. Los segundos medios de disipación de energía 15 también comprenden un reborde 39 con un sello 40 montado entre el elemento de sujeción 21 y el extremo superior de la pared circunferencial 35 para garantizar la estanqueidad cuando el conjunto de válvula está completamente cerrado. De hecho, el sello 40 descansa sobre la extremidad superior de la pared circunferencial 27 de los primeros medios de disipación de energía 13 en el estado cerrado del conjunto de válvula. Según un segundo aspecto de la invención, la pared circunferencial 35 está configurada de tal manera que, en la región superior 41, su circunferencia exterior es menor que en su región inferior 43, proporcionando de ese modo una holgura entre los medios de disipación de energía primeros y segundos 13 y 15. En una realización alternativa de este aspecto de la invención, la pared circunferencial 35 puede tener una geometría recta mientras que la circunferencia interior de la pared 27 puede ser más grande en su parte superior que en su parte inferior.

Según otro aspecto, la extremidad inferior 45 de la pared circunferencial 35 tiene una forma redondeada en su lado interior, normalmente en forma de un arco de un círculo.

Los orificios 37 de los segundos medios de disipación de energía 15 tienen forma esencialmente rectangular, con esquinas redondeadas. En este caso, su anchura es ligeramente menor que la anchura de los orificios 29 de los primeros medios de disipación de energía 13, pero también puede ser la misma o mayor. Su altura (longitud) es del mismo orden que la de los orificios 29 o ligeramente más corta, por ejemplo, en aproximadamente de 3 a 5 mm. Normalmente, su altura corresponde a la distancia entre el estado completamente abierto y el completamente cerrado.

Como en el caso de los primeros medios de disipación de energía 13, los orificios 37 de los segundos medios de disipación de energía 15 también están distribuidos de igual manera a lo largo de la pared circunferencial 35 y, además, todos tienen la misma forma. De nuevo, sin apartarse del alcance de invención, pueden proporcionarse en su lugar, diferentes formas y tamaños con respecto a los orificios 37.

En la realización ilustrada en la figura 1, los orificios tanto de los primeros como de los segundos medios de disipación de energía 13, 15 están cortados en perpendicular con respecto a la superficie de las paredes circunferenciales 25, 37.

El conjunto de válvula 1 tal como se ilustra en la figura 1 funciona de la siguiente manera. Cuando un fluido a una alta presión, por ejemplo 25 bar, entra en el conjunto de válvula 1 a través de la entrada 5, se produce una caída de presión en los primeros medios de disipación de energía. De hecho, los primeros medios de disipación de energía forman un obstáculo ya que el fluido sólo puede pasar a través de los orificios 29, provocando de ese modo una caída de presión hasta una segunda presión inferior. El fluido que ha entrado en la cámara interior definida por la pared inferior 25 y la pared circunferencial 27 de los primeros medios de disipación de energía 13 se mueve entonces hacia arriba y alcanza los segundos medios de disipación de energía 15. Se produce una segunda caída de presión desde el segundo hasta un tercer nivel de presión cuando el fluido tiene que pasar a través de los orificios 37 de los segundos medios de disipación de energía 15. El fluido que ha pasado por los segundos medios de disipación de energía 15 sale entonces del conjunto de válvula 1 a través de la salida 7.

El diseño de dos etapas del conjunto de válvula 1 tiene la ventaja de que la caída de presión puede distribuirse a través de las etapas primera y segunda, de modo que el efecto de cavitación, tal como se describió con detalle en la introducción, puede eliminarse o al menos reducirse.

Para cerrar el conjunto de válvula 1, se usa el vástago 19 para bajar los segundos medios de disipación de energía 15 hacia la cámara definida por los primeros medios de disipación de energía 13. Cuando se mueve hacia abajo, la parte plana 17 sin orificios de la pared circunferencial 35 de los segundos medios de disipación de energía 15 comienza a ocluir parcialmente los orificios 29 de los primeros medios de disipación de energía 13. Al mismo tiempo, los orificios 37 de los segundos medios de disipación de energía 15 se ocluyen parcialmente por una parte plana, que forma parte de los medios de cierre de válvula, de la pared circunferencial 27 de los primeros medios de disipación de energía 13 dispuesta en la zona sobre los orificios 29. Por tanto, en el diseño de dos etapas, cuando se cierra la válvula, los orificios tanto de los primeros como de los segundos medios de disipación de energía 13 y 15 se ocluyen cada vez más para limitar de ese modo el flujo a través del conjunto de válvula 1.

La figura 1b ilustra el conjunto de válvula 1 en el estado completamente cerrado. El vástago 19 se hace bajar de tal manera que el reborde 39 y el sello 40 descansan sobre la pared circunferencial 27 de los primeros medios de disipación de energía 13.

El diseño de los primeros medios de disipación de energía 13 así como de los segundos medios de disipación de energía 15 ayudan a superar los problemas que se han observado en la técnica anterior tal como se describió con detalle en la introducción. Mientras que, en la técnica anterior, la distribución de pérdida de carga ya no estaba bien distribuida dentro del conjunto de válvula para válvulas que están casi cerradas (menos del 30 %), en el diseño según la invención, la caída de presión en los primeros medios de disipación de energía está, independientemente del grado de apertura del conjunto de válvula, en un intervalo entre el 50 % y el 70 %. Por tanto, incluso en el estado casi cerrado, la cantidad de cavitaciones que pueden producirse después de los segundos medios de disipación de energía 15 se reduce para mejorar de ese modo la vida útil del conjunto de válvula.

Ahora se explicará con detalle el efecto del diseño de los medios de disipación de energía primeros y segundos 13 y 15 sobre la caída de presión.

La figura 2a ilustra una vista en corte parcial tridimensional de los medios de disipación de energía primeros y segundos 13 y 15 en el estado completamente abierto del conjunto de válvula. Tal como puede observarse, la parte plana 17 de la pared circunferencial 35 así como la parte plana 47 de la pared circunferencial 27 son adyacentes entre sí de tal manera que los orificios 29 y 37 de los medios de disipación de energía primeros y segundos 13 y 15 están completamente abiertos. En el lado exterior y hacia el reborde 31, la pared circunferencial 27 tiene una zona engrosada que porta una rosca usada para fijar los primeros medios de disipación de energía 13 al alojamiento 3. La figura 2b ilustra la misma vista parcial de los medios de disipación de energía primeros y segundos 15 y 13 en el estado en el que el conjunto de válvula 1 está casi cerrado (aproximadamente del 10 al 20 %). Tal como puede observarse claramente, la parte plana 17 que forma parte de los medios de cierre de válvula ocluye ahora parcialmente los orificios 29 de los primeros medios de disipación de energía 13 y la parte plana 47, que también forma parte de los medios de cierre de válvula, de los primeros medios de disipación de energía 13 ocluye parcialmente los orificios 37 de los segundos medios de disipación de energía 15.

La figura 2c ilustra la misma vista parcial de los medios de disipación de energía primeros y segundos 15 y 13 en el estado en el que el conjunto de válvula 1 está completamente cerrado. Tal como puede observarse claramente, la parte plana 17 que forma parte de los medios de cierre de válvula ocluye ahora los orificios 29 de los primeros medios de disipación de energía 13 excepto por una pequeña porción restante para permitir una apertura suave del conjunto de válvula. Además, la parte plana 47, que también forma parte de los medios de cierre de válvula, de los primeros medios de disipación de energía 13 ocluye los orificios 37 de los segundos medios de disipación de energía 15. El cierre completo se consigue mediante el sello 40 que descansa sobre la pared circunferencial 27 de los primeros medios de disipación de energía 13.

Ahora se explicará el efecto del diseño de los primeros medios de disipación de energía 13 sobre la caída de presión.

La forma de los orificios 29 de los primeros medios de disipación de energía 13 se elige de tal manera que su anchura en la parte inferior, por ejemplo w1, es menor que su anchura w2 en la parte superior tal como puede observarse claramente en la figura 2a. La figura 2d ilustra el área del paso abierto, por tanto, la parte no ocluida del orificio 29 que queda abierta por la parte plana 17 de la pared circunferencial, para una pluralidad de grados de apertura del conjunto de válvula 1. Tal como puede observarse a partir de la figura 2d, cuando la válvula se cierra la reducción del área del paso abierto es lineal en el intervalo en el que los orificios tienen una forma rectangular (en este caso desde el 100 % hasta aproximadamente el 40 %). De hecho, para el 100 %, esta relación lineal no se consigue completamente lo que es debido a las esquinas superiores redondeadas de los orificios 29.

Para grados de apertura de menos del 40 %, el efecto de la parte inferior en forma de arco o trapezoidal de los orificios 29 es de tal manera que el paso abierto se cierra más rápido que el grado de apertura del conjunto de válvula 1. Esto tiene el efecto de que, para grados de apertura cerca del estado cerrado, en particular en un intervalo del 0 -10 %, más en particular en un intervalo del 0 - 30 %, se absorbe una caída de presión alta en la primera etapa de disipación de energía 13 a medida que se fuerza el fluido para que pase a través de una zona de apertura relativamente pequeña en comparación con el diseño en el estado de la técnica. Como consecuencia, se consigue una mejor distribución de la pérdida de carga/caída de presión en el estado crítico de una válvula casi cerrada. Resulta que el diseño de los orificios en la primera etapa de disipación de energía 13 sola, ya mejora el diseño de tal manera que se producen menos cavitaciones en las zonas críticas del conjunto de válvula.

Tal como puede observarse en la figura 2d, los orificios 29 de los primeros medios de disipación de energía 13 todavía proporcionan un paso de apertura pequeño incluso en un conjunto de válvula completamente cerrado (grado de apertura del 0 %), que permite el establecimiento de la presión aguas arriba dentro de la cámara interior definida por los primeros medios de disipación de energía 13 y garantiza de ese modo una apertura suave inmediata del conjunto de válvula 1. El cierre completo del conjunto de válvula de tal manera que ya no puede pasar nada de fluido a través de la misma, se consigue mediante el sello adicional 40.

Ahora se describirá con detalle el efecto del diseño de los segundos medios de disipación de energía 15 sobre la distribución de caída de presión a través de las etapas primera y segunda 13 y 15 del conjunto de válvula 1.

Al igual que la modificación al diseño de los orificios 29 en comparación con la técnica anterior conduce a una caída de presión aumentada en la primera etapa de disipación, el diseño modificado de los orificios 37 de la segunda etapa de disipación de energía 15 también tiene un efecto sobre la cantidad de reducción de presión en los primeros medios de disipación de energía 13. De hecho, los orificios 37 así como el diseño total de la parte superior 41 de la pared circunferencial 35 facilitan el flujo del fluido hacia la salida de conjunto de válvula 7 incluso para grados de apertura bajos del conjunto de válvula total 1, en particular para grados de apertura de menos del 30 %, de modo que la segunda presión del fluido entre las etapas de disipación de energía primera y segunda 13 y 15 puede reducirse adicionalmente de modo que, para todos los grados de apertura del conjunto de válvula, puede conseguirse una caída de presión en un intervalo del 50 % al 70 %.

La figura 2b ilustra que, en la parte superior 41 hacia la pared superior 33 después de los segundos medios de disipación de energía 15, la circunferencia de la superficie exterior es menor que la circunferencia en la parte inferior 43 de la pared circunferencial 35, de tal manera que puede observarse una holgura 51 entre al menos una parte de la pared circunferencial 35 de los segundos medios de disipación de energía 15 y la pared circunferencial 27 de los primeros medios de disipación de energía 13. Por tanto, en el momento de abrir el conjunto de válvula 1, un fluido puede pasar a través de toda la circunferencia de la extremidad superior de la pared circunferencial 27 de los primeros medios de disipación de energía 13 hacia la salida disminuyendo de ese modo la presión en el espacio definido por las cámaras interiores de los medios de disipación de energía primeros y segundos 13 y 15.

Tal como puede observarse a partir de la figura 2a, la altura h de la parte superior 41 de la pared circunferencial 35 representa aproximadamente el 60 % de la altura total H en el estado completamente abierto. Hacia el sello 40, la pared exterior tiene una forma redondeada en la vista en corte lateral con un radio r correspondiente al radio r en la región de reborde 31 de los primeros medios de disipación de energía 13. Más abajo, la pared exterior recupera gradualmente la circunferencia de la parte inferior 43, en este caso de manera lineal. En esta realización, la retirada de material es, por tanto, de tal manera que inmediatamente después de la apertura del conjunto de válvula se abre un paso bastante grande para que el fluido fluya hacia la salida, esto se consigue con la parte redondeada de la parte superior 41. Además, al recuperar gradualmente el radio de la parte inferior 43, puede garantizarse un flujo suave para todos los grados de apertura. Sin embargo, otras geometrías todavía se encuentran dentro de la invención, siempre que se observe una holgura entre la pared exterior de los segundos medios de disipación de energía y la pared interior de los primeros medios de disipación de energía, lo que permite que el fluido fluya hacia la salida a través de esencialmente toda la circunferencia de la pared 35.

La figura 2b ilustra que las paredes laterales 53a, 53b y 53c de los orificios 37 de los segundos medios de disipación de energía 15 se han reforzado en el lado interior para tener en cuenta la retirada de material en el lado exterior en la parte superior 41 para garantizar la estabilidad mecánica en esta parte del conjunto de válvula. En esta realización el lado interior de la pared de los segundos medios de disipación de energía 15 no se extiende en paralelo a la pared 27 de los primeros medios de disipación de energía.

Además, la figura 2b muestra la extremidad inferior redondeada 45 de la pared circunferencial 35 de los segundos medios de disipación de energía 15 que tiene el efecto ventajoso de que el flujo de fluido que llega desde los primeros medios de disipación de energía 13 puede pasar suavemente por esta extremidad inferior incluso para una válvula casi cerrada. Esta característica mejora el valor de Kv del conjunto de válvula 1 en aproximadamente el 3 - 5 % en comparación con un diseño sin una extremidad inferior redondeada. En este contexto, el valor de Kv es el flujo volumétrico en metros cúbicos/hora de agua a la temperatura de entre 5° - 40°C con una caída de presión a través de la válvula de un bar, cuando la válvula está completamente abierta. Esta ventaja unida a la extremidad redondeada 45 es esencialmente independiente de los efectos del diseño de los orificios de los medios de disipación de energía primeros y segundos 13 y 15.

Combinando las ventajas del diseño de los orificios de la primera etapa de disipación de energía 13 con el diseño mejorado alrededor de los orificios de la segunda etapa de disipación de energía 15, un análisis numérico ha mostrado que, para un grado de apertura de entre el 10 - 100 % del conjunto de válvula, la pérdida de carga en la primera etapa estaba en un intervalo del 50 % al 70 % a lo largo de todo el intervalo. Esto tiene la ventaja de que la aparición de cavitaciones en la zona crítica cerca del alojamiento 3 en la salida de los orificios 37 de la segunda etapa de disipación de energía 15 puede reducirse para potenciar de ese modo la vida útil del conjunto de válvula. Dado que la mayor parte de la caída de presión se consigue en la primera etapa de disipación de energía, la mayor parte del daño puede surgir dentro de los medios de disipación de energía primeros o segundos 13 y 15 que pueden intercambiarse fácilmente.

Dado que puede reducirse la aparición de cavitaciones cerca del alojamiento en comparación con la técnica anterior tal como se describió anteriormente, también es posible proporcionar los orificios 37 en la segunda etapa de disipación de energía con un ángulo de 90° con respecto a la pared circunferencial de modo que no tiene que llevarse a cabo ningún mecanizado ni alineamiento especial de la pared circunferencial como en el conjunto de válvula de la técnica anterior con sus rendijas dispuestas de manera no radial tal como se explicó anteriormente. La figura 3 ilustra una vista detallada del orificio 29 de los primeros medios de disipación de energía 13 según una segunda realización. No sólo las regiones de esquina 61a, 61b y 61c del orificio 29 están redondeadas, sino también los bordes del orificio 29 en el lado exterior 63, sino también en el lado interior 65 del orificio 29. Estos bordes redondeados también tienen el efecto ventajoso de que el coeficiente de flujo de la válvula Kv puede mejorarse en hasta aproximadamente un 6 %. De nuevo, esta ventaja puede conseguirse independientemente del diseño de los orificios.

La invención se ha descrito para un conjunto de válvula 1 en el que los medios de disipación de energía tanto primeros como segundos 13 y 15 representan un diseño mejorado. Según variantes adicionales de las realizaciones de la invención, puede proporcionarse un conjunto de válvula en el que los primeros medios de disipación de energía 13 solos o los segundos medios de disipación de energía 15 solos se realizan con el diseño de orificio mejorado en comparación con (el conjunto de válvula de) la técnica anterior descrita anteriormente. Además, el número de orificios para los medios de disipación de energía primeros y segundos como en la realización descrita anteriormente, no tienen que ser los mismos. Según aún otra variante, los orificios 29 y 37 de los medios de disipación de energía primeros y segundos 13 y 15 no tienen que estar necesariamente alineados como se ilustran en las figuras 1, 2a y 2b.

Claims

REIVINDICACIONES

Un conjunto de válvula que comprende:

unos primeros medios de disipación de energía (13) con una pluralidad de orificios (29) para reducir la presión de un fluido desde una primera presión hasta una segunda presión inferior,

unos segundos medios de disipación de energía (15) con una pluralidad de orificios (37) para reducir la presión de fluido desde la segunda presión hasta una tercera presión menor que la segunda presión, y unos medios de cierre de válvula (17) para abrir y cerrar la válvula, en el que

los medios de cierre de válvula (17) están configurados para ocluir de manera continua o gradual la pluralidad de orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía (13) cuando se cierra la válvula, y en el que

la geometría de la pluralidad de orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía (13) es de tal manera que cuando se cierra la válvula, el paso abierto de los orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía disminuye más rápido que el grado de apertura del conjunto de válvula total al menos para un intervalo predeterminado de grados de apertura del conjunto de válvula total que incluye el estado cerrado, en particular en un intervalo del 0 % al 10 %, más en particular en un intervalo del 0 % al 30 % del grado de apertura del conjunto de válvula,

los medios de cierre de válvula comprenden un primer elemento de pared (47) configurado para ocluir de manera continua o gradual la pluralidad de orificios (37) proporcionados en un segundo elemento de pared (41) de los segundos medios de disipación de energía (15) cuando se cierra la válvula,

los elementos de pared primero y segundo (47, 41) están configurados y dispuestos de tal manera que, en el estado cerrado del conjunto de válvula, se forma una holgura (51) entre los elementos de pared primero y segundo,

la geometría de la pluralidad de orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía (13) y la geometría de la pluralidad de orificios (37) de los segundos medios de disipación de energía (15) son de tal manera que, independientemente del estado de apertura, en particular en un intervalo de apertura de al menos del 10 al 100 %, del conjunto de válvula, la caída de presión en los primeros medios de disipación de energía es al menos del 50 %, preferiblemente en un intervalo del 50 al 70 % de la caída de presión total, y al menos uno de los orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía (13) está conformado de tal manera que su anchura (W1) en su parte inferior es menor que su anchura (W2) en su parte superior,

en el que los primeros medios de disipación de energía (13) comprenden un asiento de válvula que comprende:

una pared inferior (25), y

una pared circunferencial (27) que se extiende hacia arriba desde la pared inferior (25) y que define una cámara interior,

en el que la pluralidad de orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía (13) están formados en una parte inferior de la pared circunferencial (27), y

en el que las esquinas de los orificios (29) de los primeros medios de disipación de energía (13) son redondeadas.

El conjunto de válvula según la reivindicación 1, en el que la parte inferior de los orificios (29) está formada como un arco, preferiblemente un arco parabólico, o tiene una forma trapezoidal.

El conjunto de válvula según la reivindicación 1 o 2, en el que los bordes de los orificios (29) en el lado exterior y/o interior (63, 65) de la pared circunferencial (27) son redondeados.

El conjunto de válvula según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los segundos medios de disipación de energía (15) comprenden una guía de disco de válvula y comprenden

una pared superior (33), y

una pared circunferencial (35) que se extiende hacia abajo desde la pared superior (33) y que define una cámara interior,

en el que la pluralidad de orificios (37) de los segundos medios de disipación de energía (15) están formados en una parte superior de la pared circunferencial (35).

5. El conjunto de válvula según las reivindicaciones 1 y 4, en el que la circunferencia de la pared circunferencial (35) que se extiende hacia abajo desde la parte superior es menor en una parte superior que en su parte inferior para proporcionar la holgura.

6. El conjunto de válvula según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los orificios (37) de los segundos medios de disipación de energía (15) están formados de tal manera que se extienden en perpendicular con respecto a la superficie de la pared circunferencial (35).

7. El conjunto de válvula según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la pared circunferencial (27) de los primeros medios de disipación de energía (13) comprende una parte superior no ranurada (47) y/o la pared circunferencial (35) de los segundos medios de disipación de energía (15) comprende una parte inferior no ranurada (17), en el que las partes superior e inferior no ranuradas forman los medios de cierre de válvula.

8. El conjunto de válvula según la reivindicación 7, en el que la parte inferior no ranurada (17) de la pared circunferencial (35) tiene una extremidad redondeada (45) en su lado interior, preferentemente según un arco de un círculo.

9. El conjunto de válvula según una de las reivindicaciones 4 a 8, que comprende además:

un alojamiento con una entrada de fluido y una salida de fluido, y en el que

el asiento de válvula está dispuesto entre la entrada de fluido (5) y la salida de fluido (7) y fijado al alojamiento (3),

la guía de disco de válvula está dispuesta de manera deslizable en el asiento de válvula,

la parte inferior no ranurada de la pared circunferencial de la guía de disco de válvula está adaptada para ocluir sustancialmente la pluralidad de orificios (29) del asiento de válvula en una posición cerrada del conjunto de válvula, impidiendo de ese modo que pase fluido desde la entrada de fluido (5) hasta la salida de fluido (7), y la parte superior no ranurada (47) de la pared circunferencial (27) del asiento de válvula está adaptada para ocluir sustancialmente la pluralidad de orificios (37) de la guía de disco de válvula en una posición cerrada del conjunto de válvula, para impedir de ese modo que pase fluido desde la entrada de fluido (5) hasta la salida de fluido (7), y

la guía de disco puede moverse de manera deslizable a una posición abierta del conjunto de válvula, permitiendo de ese modo que pase fluido a través del conjunto de válvula desde la entrada de fluido (5) hasta la salida de fluido (7).

10. El conjunto de válvula según la reivindicación 9, en el que los orificios (37) de la guía de disco son más anchos que los orificios (29) del asiento.

11. El conjunto de válvula según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la parte superior de los orificios (29) tiene una forma esencialmente rectangular.