ES2945469T3 - Mecanismo de amortiguación para válvulas - Google Patents

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ES2945469T3 ES19187951T ES19187951T ES2945469T3 ES 2945469 T3 ES2945469 T3 ES 2945469T3 ES 19187951 T ES19187951 T ES 19187951T ES 19187951 T ES19187951 T ES 19187951T ES 2945469 T3 ES2945469 T3 ES 2945469T3
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Daniel Alecu
Roberto Brito
Kimberley Ann Macdonald
Patrick Beauchamp
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Abstract

Una válvula (10) tiene un alojamiento (12) que tiene una entrada (16) y una salida (25). Un elemento de válvula (26) está cargado hacia una posición cerrada en la que el elemento de válvula (26) restringe el flujo de fluido desde la entrada (16) hasta la salida (25). El elemento de válvula (26) se puede mover axialmente por la presión del fluido en la entrada (16) hacia una posición abierta en la que la entrada (16) está en comunicación de flujo de fluido con la salida (25). La válvula (10) tiene además una cámara de amortiguación (32) que tiene un orificio dosificador (34) en comunicación fluida con la entrada (16). La cámara de amortiguación (32) tiene una superficie orientada axialmente definida por el elemento de válvula (26) y que tiene un volumen variable que varía desde un volumen mínimo cuando el elemento de válvula (26) está en su posición cerrada hasta un volumen máximo cuando el elemento de válvula (26) está en su posición abierta. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Mecanismo de amortiguación para válvulas
Campo técnico
La solicitud se refiere en general a válvulas y, más particularmente, a mecanismos de amortiguación para válvulas, tales como válvulas de alivio de presión y válvulas reguladoras de presión.
Antecedentes de la técnica
Las válvulas reguladoras de presión y de alivio de presión son propensas a oscilaciones sostenidas que dan como resultado fluctuaciones de presión alrededor de la presión de ruptura de válvula establecida, lo que requiere un mecanismo de amortiguación bien ajustado.
Típicamente, la amortiguación se efectúa empujando el aceite afuera de la cámara de resorte en el lado posterior del pistón durante la carrera de apertura de válvula y haciendo retroceder el aceite en la cámara de resorte durante la carrera de cierre. Si la oscilación de válvula da como resultado una velocidad de cierre excesiva, el líquido cavita en la cámara de resorte, lo que reduce significativamente la eficacia de amortiguación. La eficacia de amortiguación también se reduce en la carrera de apertura, ya que el desplome de las burbujas de vapor se produce con un retraso después de que se haya aplicado la presión que hace que el pistón se mueva. La amortiguación máxima de tales conceptos está limitada por la presión media en la cámara posterior, que tiende a ser igual a la presión de descarga de válvula.
Por lo tanto, existe la necesidad de un nuevo mecanismo de amortiguación de válvula.
Los documentos CH 396548 A y US 8,191,573 B2 divulgan válvulas de la técnica anterior según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 12. El documento GB 2002497 A también divulga una válvula de la técnica anterior.
Compendio
En un aspecto, se proporciona una válvula como se establece en la reivindicación 1.
En otro aspecto, se proporciona un método para amortiguar hidráulicamente una válvula de alivio de presión como se establece en la reivindicación 12.
Descripción de los dibujos
Ahora se hace referencia a las figuras adjuntas en las que:
La Fig. 1 es una vista en sección transversal esquemática de una válvula de alivio de presión;
La Fig. 2 es una vista en sección transversal esquemática de la válvula que ilustra la configuración hermética de la válvula, y
La Fig. 3 es una vista en sección transversal esquemática de otra realización de la válvula de alivio de presión. Descripción detallada
La Fig. 1 ilustra una válvula de alivio de presión adecuada para su uso en un sistema de aceite de motor de aeronave. La válvula 10 se diseña o configura para abrirse a una presión establecida predeterminada (por ejemplo, 220 psia (1517 kPa)). Cuando se supera la presión establecida, la válvula de alivio 10 se convierte en el camino de menor resistencia ya que la válvula es forzada a abrirse por la fuerza ejercida por la presión de fluido y una parte del fluido se desvía a través de una ruta auxiliar.
La válvula ejemplar 10 comprende una carcasa de válvula 12 que tiene un eje 14. La carcasa de válvula 12 tiene en un primer extremo una entrada 16 abierta en dirección axial y configurada para conectarse a una línea hidráulica (por ejemplo, una línea de aceite de un sistema de aceite de motor de aeronave). El segundo extremo opuesto de la carcasa de válvula 12 (es decir, el extremo opuesto a la entrada 16) se cierra por una tapa 18, que puede acoplarse de manera roscada con roscas internas definidas en el segundo extremo de la carcasa de válvula 12. Se proporciona una junta tórica 19 o similar entre la tapa 18 y la carcasa 12 para proporcionar sellado.
Siempre según la realización ilustrada, un manguito 20 se inserta axialmente en la carcasa 12. El manguito 20 tiene un hombro radialmente exterior 20c en un extremo aguas abajo del mismo que topa axialmente en un hombro radialmente interior correspondiente 12a de la carcasa 12. Una junta tórica 21 se engancha en una ranura en el extremo de aguas arriba del manguito 20 para acoplamiento de sellado con la pared interior de la carcasa 12 axialmente junto a la entrada 16. El manguito 20 está en comunicación de fluidos con la entrada 16. El manguito 20 tiene un diámetro interior con un perfil escalonado. Más particularmente, el manguito 20 tiene una sección aguas arriba 20a que tiene un primer diámetro interior 0C y una sección aguas abajo 20b que tiene un segundo diámetro 0D, siendo el segundo diámetro 0D mayor que el primer diámetro 0C. Una abertura de lumbrera 22 se extiende radialmente desde el diámetro interior hasta el diámetro exterior de la sección aguas arriba 20a del manguito 20. La abertura de lumbrera 22 está en comunicación de flujo con una cámara de liberación 24 definida radialmente entre la carcasa 12 y el manguito 20. La cámara de liberación 24 está en comunicación de flujo con una salida 25 definida en la carcasa 12.
Un elemento de válvula, como el pistón ilustrado 26, se recibe de forma deslizante en acoplamiento de sellado dentro del manguito 20. Se proporciona un mecanismo de predisposición para obligar al pistón 26 a una posición de cierre en la que el pistón 26 restringe el flujo de fluido desde la entrada 16 a la salida 25. Como se muestra en la Fig. 1, el pistón 26 cubre la abertura de lumbrera 22 cuando se obliga en su posición de cierre, evitando así el flujo de fluido desde la entrada 16 a la cámara de liberación 24 y, por lo tanto, a la salida 25. Según la realización ilustrada, el mecanismo de predisposición comprende un par de resortes helicoidales concéntricos 28 que se extienden entre un hombro en el lado posterior del pistón 26 y un espaciador 30 provisto dentro de la tapa 18. Los resortes 28 producen una fuerza de cierre contra la presión P1 (que puede ser del orden de 220 psia (1517 kPa) según las aplicaciones previstas) que actúa en la entrada 16 en el lado de presión de la válvula 10. Los resortes 28 obligan al hombro del pistón 26 axialmente al acoplamiento con el extremo de aguas abajo del manguito 20, como se muestra en la Fig. 1.
Como se puede apreciar en la Fig. 1, el pistón 26 tiene un cuerpo cilíndrico hueco que incluye una superficie de diámetro exterior que tiene un perfil escalonado correspondiente al de la superficie de diámetro interior del manguito 20. Más particularmente, el pistón 26 tiene una sección aguas arriba 26a que tiene un primer diámetro exterior y una sección aguas abajo 26b que tiene un segundo diámetro exterior, siendo el segundo diámetro exterior mayor que el primer diámetro exterior. La sección aguas arriba 26a del pistón 26 está en acoplamiento de sellado con la sección aguas arriba 20a del manguito 20 mientras que la sección aguas abajo 26b del pistón 26 está en acoplamiento de sellado con la sección aguas abajo 20b del manguito 20. Las secciones aguas arriba y aguas abajo 26a, 26b del pistón 26 definen escalones primero y segundo separados entre sí por un resalte anular 26c orientado axialmente hacia delante que mira axialmente a un reborde anular correspondiente 20c orientado axialmente hacia atrás entre las partes escalonadas aguas arriba y aguas abajo del manguito 20.
Los hombros anulares 20c, 26c que miran axialmente del manguito 20 y el pistón 26 definen entre ellos una cámara de amortiguación 32 que tiene una lumbrera dedicada 34 en forma de orificio de medición calibrado que se extiende radialmente desde un diámetro interior de la parte aguas arriba 26a del pistón 26 a un diámetro exterior del mismo. La cámara de amortiguación 32 está delimitada radialmente por la superficie de diámetro exterior de la parte de aguas arriba 26a del pistón 26 y la superficie de diámetro interior de la parte de aguas abajo 20b del manguito 20.
La cámara de amortiguación 32 está en comunicación de flujo en todo momento (independientemente de la posición del pistón 26) con la entrada 16 de la carcasa de válvula 12 a través de su orificio de medición dedicado 34. El orificio 34 tiene una geometría fija, que incluye una longitud fija y un diámetro fijo. El tamaño del orificio de medición 34 se selecciona con precisión para proporcionar la amortiguación deseada. Según una realización, el diámetro del orificio 34 varía de 0,84 a 0,94 mm (0,033 a 0,037 pulgadas). El orificio se configura para inducir un flujo turbulento. Esto puede proporcionarse teniendo un orificio corto. El orificio tiene una relación de longitud sobre diámetro LID < 1,5. La cámara de amortiguación 32 tiene un volumen variable. El volumen de la cámara de amortiguación 32 es mínimo cuando el pistón 26 asume su posición de cierre como se ilustra en la Fig. 1. El volumen de la cámara de amortiguación 32 aumenta continuamente durante la carrera de apertura a medida que el pistón 26 se mueve axialmente contra la fuerza de los resortes 28 bajo la presión P1 del fluido en la entrada 16 (hacia el lado derecho en la Fig. 1). El volumen de la cámara de amortiguación 32 disminuye continuamente durante la carrera de retorno a medida que el pistón 26 se desliza hacia su posición de cierre bajo la fuerza de los resortes 28. La cámara de amortiguación 32 es, por lo tanto, efectiva durante la carrera completa del pistón 26. La cámara de amortiguación 32 no forma parte del camino de flujo de liberación que conduce a la salida 25 y, por lo tanto, sigue siendo eficaz cuando se abre la válvula 10. Durante la carrera de apertura, el fluido de la entrada 16 a la presión P1 se aspira en la cámara de amortiguación 32. Durante la carrera de cierre, el fluido de la cámara de amortiguación 32 es expulsado a través del orificio de medición 34.
Al conectar así la cámara de amortiguación 32 al lado de presión de la válvula y, por lo tanto, exponer continuamente la cámara de amortiguación 32 a la presión P1 (por ejemplo, 220 psi (1517 kPa)) en la entrada de la válvula 16, es posible tener toda la presión aguas arriba de la válvula para amortiguar la válvula 10. La amplitud de la amortiguación puede ser, por lo tanto, mucho mayor ya que las fuerzas disponibles en el lado de presión son mucho mayores que en el lado posterior donde la presión promedio P2 tiende a ser igual a la presión de descarga de válvula (por ejemplo, 17,2 a 101 kPa (2,5 psi a 14,7 psi)). La amortiguación se produce al empujar el fluido afuera del orificio calibrado 34 de la cámara de amortiguación 32 en la carrera de cierre de la válvula y aspirando el fluido desde la entrada 16 a través del orificio 34 hacia la cámara de amortiguación 32 en la carrera de apertura. Al tener la cámara de amortiguación 32 en el lado de presión con su orificio calibrado dedicado 34, se puede lograr más amortiguación sin cavitación. La presión promedio más alta aumenta la máxima amortiguación posible (evitando así la cavitación). El orificio dedicado 34 permite una respuesta mucho más rápida de la válvula a la fluctuación de presión pero limita la amplitud de oscilación en el intervalo de regulación.
El uso de una cámara de amortiguación con un orificio calibrado dedicado expuesto a P1 para la carrera completa del pistón proporciona un coeficiente de amortiguación no lineal, un mecanismo de amortiguación que es independiente de la viscosidad del fluido y permite una amortiguación finamente ajustada. El orificio calibrado 34 proporciona un flujo turbulento. El solicitante ha encontrado que el orificio turbulento tiene poco impacto en el intervalo de baja velocidad, es decir, permite que la válvula se abra lo suficientemente rápido, pero tiene un gran impacto en el intervalo de alta velocidad (oscilación de alta frecuencia), es decir, detiene las oscilaciones de alta amplitud y alta frecuencia. Un orificio con LID < 6, preferiblemente LID < 1,5 asegurará un flujo turbulento o similar a un turbulento. Mientras que en un orificio laminar la pérdida de presión, por lo tanto la amortiguación, es proporcional a la velocidad del fluido a la primera potencia y la viscosidad del fluido, en un orificio de flujo turbulento es proporcional a la densidad del fluido y la velocidad del fluido al cuadrado. Por ejemplo, a baja temperatura y baja velocidad, el orificio laminar proporcionaría una amortiguación proporcional a 1000 cSt * 0,1 m/s = 100 unidades, el orificio turbulento proporcionaría 1000 kg/mA3 * 0,01 (m/s)A2 = 10 unidades (salvo una constante). En este último caso, la válvula se movería más rápido para liberar la presión. Por el contrario, a mayor temperatura y alta velocidad, el orificio laminar proporcionaría una amortiguación proporcional a 100 cSt * 1,0 m/s = 100 unidades, mientras que el orificio turbulento 1000 kg/mA3 * 1,0A2 (m/s)A2 = 1000 unidades. En este último caso, la válvula quedaría muy amortiguada en caso de oscilaciones ascendentes. Nota: la viscosidad del fluido cae rápidamente con la temperatura del fluido mientras que la densidad permanece casi constante (alrededor del 4% cada 100°F (55,6°C) frente a la viscosidad 2 veces cada 6°F (3,3°C) o 2000 veces cada 100°F (55,6°C), es por eso que la viscosidad no es deseable como factor para controlar la amortiguación.
Como se muestra esquemáticamente en la Fig. 2, la cámara de amortiguación anular 32 atrapa fluido entre ciclos operativos consecutivos del sistema (arranque/apagado). El líquido llena la holgura del pistón al manguito, lo que hace que la válvula sea hermética sin necesidad de holguras excesivamente ajustadas. Esta puede ser una característica importante para los sistemas de aceite de los motores de las aeronaves, que a menudo se agotan entre dos ciclos de funcionamiento o pueden descebarse durante condiciones de vuelo de actitud extrema. La estanqueidad al aire de la válvula de alivio puede mejorar significativamente la tasa de recuperación de presión de aceite durante el inicio o al final de un segmento de vuelo en actitud extrema.
Además, vale la pena señalar que el manguito escalonado 20 y el pistón 26 se pueden adaptar a las válvulas existentes.
La Fig. 3 ilustra otra realización en la que un émbolo 150 tiene un reborde sujeto entre la carcasa 112 y el manguito 120, el émbolo 150 sobresale axialmente en el cuerpo cilíndrico hueco del pistón 126 para definir con él una cámara de amortiguación 132. El orificio calibrado 134 de la cámara de amortiguación 132 se define axialmente en el extremo distal cerrado del émbolo 150 y está en comunicación de flujo directo con la entrada 116 de la válvula. Como puede apreciarse a partir de las flechas de flujo, el orificio de amortiguación 134 está separado e independiente de la ruta de flujo principal 152 y el camino de flujo de liberación 154 cuando se abre la válvula. El émbolo 150 se puede retroinstalar en las válvulas existentes. Esta realización no requiere cambios en el manguito y el pistón asociado.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Una válvula (10) que comprende:
una carcasa (12; 112) que tiene un eje (14) y define una entrada (16; 116) configurada para conectarse a una línea de fluido y una salida (25);
un mecanismo de predisposición (28);
un elemento de válvula (26; 126) predispuesto por el mecanismo de predisposición (28) hacia una posición de cierre en la que el elemento de válvula (26; 126) restringe el flujo de fluido desde la entrada (16; 116) a la salida (25), siendo el elemento de válvula (26; 126) movible axialmente por presión de fluido en dicha entrada (16; 116) hacia una posición de apertura en la que la entrada (16; 116) está en comunicación de fluidos con la salida (25); y
una cámara de amortiguación (32; 132) que tiene un orificio de medición (34; 134) en comunicación de fluidos con la entrada (16; 116) independientemente de la posición del elemento de válvula (26; 126), la cámara de amortiguación (32; 132) tiene una superficie que mira axialmente definida por el elemento de válvula (26; 126) y que tiene un volumen variable que varía desde un volumen mínimo cuando el elemento de válvula (26; 126) está en su posición de cierre hasta un volumen máximo cuando el elemento de válvula (26; 126) está en su posición de apertura; y
la cámara de amortiguación (32; 132) se configura para estar en comunicación de flujo en todo momento, independientemente de la posición del elemento de válvula (26; 126), con la entrada (16; 116) de la carcasa (12; 112) a través de el orificio de medición (34; 134);
caracterizado por que:
una relación entre la longitud del orificio de medición (34; 134) y el diámetro del orificio de medición (34; 134) es inferior a 1,5, y el orificio de medición (34; 134) se configura para inducir un flujo turbulento.
2. La válvula (10) definida en la reivindicación 1, en donde el orificio de medición (34) de la cámara de amortiguación (32) se define en el elemento de válvula (26).
3. La válvula (10) definida en la reivindicación 1 o 2, en donde la cámara de amortiguación (32) rodea el elemento de válvula (26).
4. La válvula (10) definida en la reivindicación 1,2 o 3, en donde el diámetro exterior del elemento de válvula (26) tiene un perfil escalonado que incluye un primer y un segundo escalón que se extienden axialmente y que definen entre ellos un hombro anular (26c), el hombro anular (26c) forma la superficie que mira axialmente de la cámara de amortiguación (32).
5. La válvula (10) definida en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un manguito (20), en donde el elemento de válvula (26) se recibe de forma deslizante en el manguito (20) montado en la carcasa (12), y la cámara de amortiguación (32) se define entre el manguito (20) y el elemento de válvula (26).
6. La válvula (10) definida en la reivindicación 5, en donde la salida (25) comprende una lumbrera (22) definida en el manguito (20) axialmente entre la entrada (16) y la cámara de amortiguación (32).
7. La válvula (10) definida en la reivindicación 5 o 6, en donde el manguito (20) tiene un perfil de diámetro interior escalonado que incluye un hombro radialmente interior (20c), formando el hombro radialmente interior (20c) una segunda superficie orientada axialmente de la cámara de amortiguación (32).
8. La válvula (10) definida en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el orificio de medición (34; 134) se dedica a la cámara de amortiguación (32; 132), y el orificio de medición (32; 132) tiene preferiblemente una geometría fija que incluye un diámetro fijo y una longitud fija.
9. La válvula (10) definida en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el orificio de medición (34) de la cámara de amortiguación (32) se define como un orificio a través del elemento de válvula (26).
10. La válvula (10) definida en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el orificio de medición (34) de la cámara de amortiguación (32) se extiende desde un diámetro interior del elemento de válvula (26) hasta un diámetro exterior del mismo.
11. La válvula (10) definida en la reivindicación 1, en donde el elemento de válvula (126) es un pistón (126) que tiene un cuerpo cilíndrico hueco, y la válvula (10) comprende además un émbolo (150) que se extiende axialmente dentro del cuerpo cilíndrico hueco del pistón (126), estando definido el orificio de medición (134) en el émbolo (150), y estando definida axialmente la cámara de amortiguación (132) entre el pistón (126) y el émbolo (150).
12. Un método para amortiguar hidráulicamente una válvula de alivio de presión (10) que tiene un pistón (26) predispuesto hacia una posición de cierre y una entrada (16) configurada para conectarse en comunicación de flujo con una línea de fluido, comprendiendo el método:
usar el pistón (26) y una estructura circundante (20) para definir una cámara de amortiguación de volumen variable (32); y
conectar de para transmisión de fluidos la cámara de amortiguación (32) a la entrada (16) por medio de un orificio calibrado (34); y
la cámara de amortiguación (32; 132) está en comunicación de flujo en todo momento, independientemente de la posición del elemento de válvula (26; 126), con la entrada (16; 116) de la carcasa (12; 112) a través de el orificio calibrado (34; 134);
caracterizado por que:
una relación entre la longitud del orificio calibrado (34; 134) y el diámetro del orificio calibrado (34; 134) es inferior a 1,5, y el orificio calibrado (34; 134) se configura para inducir un flujo turbulento.
13. El método definido en la reivindicación 12, que comprende formar una superficie (26c) de la cámara de amortiguación (32) en un diámetro exterior del pistón (26).
14. El método definido en la reivindicación 12 o 13, que comprende definir el orificio calibrado (34) a través del pistón (26) desde un diámetro interior hasta el diámetro exterior del mismo.
ES19187951T 2018-07-23 2019-07-23 Mecanismo de amortiguación para válvulas Active ES2945469T3 (es)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/042,314 US11118698B2 (en) 2018-07-23 2018-07-23 Damping mechanism for valves

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Publication Number Publication Date
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