IT201600079436A1

IT201600079436A1 - Valvola di bilanciamento per la regolazione della distribuzione di fluidi in condotti multipli

Info

Publication number: IT201600079436A1
Application number: IT102016000079436A
Authority: IT
Inventors: Alfredo Marco Cucciniello
Original assignee: Watts Ind Italia Srl
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-01-28
Also published as: EP3276311B1; US10247590B2; CN207298000U; EP3276311A1; US20180031143A1

Description

Forma oggetto del presente trovato una valvola di bilanciamento per la regolazione della distribuzione di fluidi in condotti multipli.

E' nota, nel settore tecnico della distribuzione dei fluidi in condotti multipli quali, ad esempio, i vari rami derivati a partire di impianti di riscaldamento, la necessità di regolare opportunamente ed accuratamente la portata del fluido che scorre in ciascuna sezione delle condutture .

Sono a tal fine anche noti valvole di intercettazione e regolazione del flusso applicabile alle condutture e dotate di mezzi di regolazione del flusso la cui misura viene effettuata tramite strumenti ausiliari quali:

+ un dispositivo di misura della differenza di pressione associato alla valvola e atto a rilevare un Δρ tra due punti rispettivamente a valle (condotto) e a monte (valvola) dell'otturatore della valvola stessa nonché a comunicare la misura rilevata a

+ strumenti di elaborazione esterni alla valvola, quali computer portatili e simili, che sono necessariamente in dotazione al manutentore dell'impianto nonché costosi e poco adatti all'utilizzo in ambienti quali quelli delle caldaie e/o distribuzione di fluidi.

Tali dispositivi presentano numerosi inconvenienti che ne limitano in sostanza l'efficacia e la semplicità di utilizzo; in particolare essendo la misura determinata dalla relazione Ap=Q<2>/Kv<2,>(Q=portata; Kv=coeffid ente di portata) si verifica che per una precisa misura lo strumento necessità di conoscere alcune caratteristiche proprie della valvola e in particolare la geometria di quest'ultima identificata mediante il modello di valvola, che determina il campo di valori di Kv che la valvola stessa è in grado di generare, e la posizione dell'otturatore che determina, all'interno del campo di valori possibili, il valore del Kv corrente.

Oltre a ciò il funzionamento della valvola si basa su una complicata procedura di approssimazioni successive che, fissato il desiderato valore di portata Q desiderato, prevede una prima regolazione della posizione dell'<'>otturatore tramite un apposita manopola a tarata, una prima lettura del Deltap, l'invio della misura allo strumento esterno, il calcolo e la visualizzazione della portata Q; poiché la portata rilevata non sarà quella desiderata si deve ripetere l'intero ciclo variando l'apertura/chiusura della valvola tante volte quante necessarie a raggiungere il risultato ricercato.

Sono anche note valvole costituenti un assieme trifunzione che effettuano una misura del Δρ utilizzando un tubo Venturi interposto tra una valvola automatica di ritegno di monte e una valvola manuale di regolazione di valle/monte.

Un esempio di tali valvole è descritto in EP 1 835 209.

Sebbene funzionali tali valvole presentano tuttavia delle limitazioni in quanto presentano un ridotto valore del rapporto tra portata massima e minima misurabile dallo strumento (noto con i termini inglesi di "rangeability" o "turndown ratio").

Ciò significa che nella pratica gli strumenti di misura noti sono necessariamente specializzati per uno specifico campo di misura determinato dal rispettivo fondo scala.

Ne consegue che uno strumento adatto per misure alle alte portate non lo è per misure alle basse portate e viceversa; ciò determina una conseguente necessità di aumento delle tipologie delle valvole di bilanciamento utilizzabili, quindi della gestione dei magazzini, della scelta accurata in fase di progetto e conseguentemente del costo finale della valvola nel suo assieme.

Si pone pertanto il problema tecnico di rendere disponibile una valvola di bilanciamento della portata di un fluido che fluisce in un condotto, che la valvola risulti atta a coprire intervalli di misura e quindi di regolazione molto ampi da valori bassi a valori elevati di portata.

Nell'ambito di tale problema si richiede anche che la valvola risulti di semplice ed economica attuazione, non richieda costosa strumentazione esterna consentendo la regolazione anche ad utilizzatori non specializzati con semplici ed intuitive manovre.

Inoltre che sia atta a non introdurre eccessive perdite di carico del flusso per non ridurne la resa e non risulti soggetta a fenomeni di sporcamento che nel tempo riducono la leggibilità della scala di visualizzazione della misura su cui basare la regolazione.

Tali risultati sono ottenuti secondo il presente trovato da una valvola secondo le caratteristiche di rivendicazione 1.

Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione di un esempio non limitativo di attuazione dell'oggetto del presente trovato effettuata con riferimento ai disegni allegati, in cui si mostra:

in figura 1 : una vista in sezione di un esempio di valvola di bilanciamento secondo il presente trovato con valvola di regolazione in condizioni di minima portata;

in figura 2 : una vista in sezione della un esempio di valvola di bilanciamento secondo il presente trovato con valvola di regolazione in condizioni di massima portata;

in figura 3 : un grafico della misura della regolazione attuabile con la valvola secondo il trovato .

Come illustrato in fig.l e assunte per sola comodità di descrizione e senza significato limitativo una copia di assi di riferimento con direzioni rispettivamente longitudinale X-X, parallelo ala direzione di flusso del fluido e trasversale/radiale Y-Y ortogonale alla precedente, una parte di monte corrispondente alla parte di ingresso nello stesso del fluido Fine una parte di valle opposta alla precedente e corrispondente alla parte di uscita del fluido Fout/la valvola di regolazione della porta Q di un flusso F in un condotto secondo il trovato comprende sostanzialmente :

+ un' assieme a sviluppo assiale comprendente una prima parte di monte costituita da uno strumento di misura del Δρ e da una seconda parte di valle costituita da una valvola di regolazione; le due parti essendo integrate in un corpo tubolare 100 a sviluppo assiale longitudinale X-X.

In dettaglio

all'interno del corpo tubolare 100 sono formati: + un primo tratto assiale L suddiviso lungo la direzione longitudinale X-X in due sezioni di rispettiva lunghezza L0ed Li tra loro disposte in serie e comprendenti da monte verso valle:

+) una prima camera 20 cilindrica di assegnato diametro interno d2o estesa tra un'apertura di monte 21a e un'apertura di valle 21b;

++) una valvola di ritegno 40 comprendente un corpo 41, sostanzialmente cilindrico, di diametro esterno d40tale da poter essere coassialmente inserito all'interno della camera 20; il corpo cilindrico 41 presenta una apertura di monte 41a e una apertura di valle 41b; all'interno della valvola è presente un otturatore 43, mobile in traslazione nei due sensi della direzione longitudinale X-X e comprendente una testa 43a atta ad interferire per chiudere/aprire l'apertura di monte 41a della valvola e un gambo 43b solidale alla testa 43a.

Il moto dell'otturatore nella direzione longitudinale X-X è preferìbilmente guidato da un rilievo 42 solidale alla superficie frontale di valle del corpo 41 della valvola 40 e al cui interno scorre il gambo 43b.

Tra il rilievo 42 di guida e la testa 43a dell'otturatore è coassialmente interposta una molla 44, tarata per determinare una opportuna resistenza allo scorrimento dell'otturatore e quindi all'apertura della luce di monte 21a.

+ una seconda camera 30 che da monte verso valle comprende almeno:

.. un secondo tratto di forma tronco conica 32 con base maggiore verso monte,

un terzo tratto cilindrico 33 centrale di sezione sostanzialmente corrispondente a quella della base minore del secondo tratto 32;

.. un quarto tratto 34 di sezione troncoconica con base maggiore rivolta verso valle.

Preferibilmente si prevede anche:

un primo tratto cilindrico 31 di assegnata sezione e/o

.. un quinto tratto 35 di sezione cilindrica per la fuoriuscita del fluido Fout.

L'insieme dei tratti formanti la camera 30 simula sostanzialmente un tubo Venturi la cui luce di monte è collegata con l'apertura 41b di valle della valvola di ritegno e la cui luce di valle costituisce l'uscita del fluido Foutdallo strumento di misura.

+ un dispositivo 50 di rilevazione della differenza di pressione Δρ che si determina tra la prima camera di monte 20 e il tratto cilindrico centrale 33 della seconda camera 30.

Il dispositivo 50 di rilevazione è collegato tramite un condotto di monte 51 alla camera di monte 20 e tramite un condotto di valle al detto tratto cilindrico centrale 33 della seconda camera 30, e comprende un quadrante 53, analogico nell'esempio illustrato, di indicazione del valore di Δρ rilevato.

A valle del dispositivo 50 di rilevazione è applicata una valvola 60 di regolazione della portata, assialmente al tubo Venturi e comprendente una sede 61 sulla quale agisce in apertura/chiusura un otturatore 62 comandato da una manopola 63 azionabile in rotazione dall'operatore.

Con tale configurazione il funzionamento della valvola di bilanciamento della portata secondo il trovato è il seguente:

- inserito il tratto tubolare 10 nella sezione di conduttura (non illustrata) di cui si deve determinare la portata di fluido che fluisce al suo interno,

- si apre tramite la valvola di regolazione 60 di valle il flusso di fluido Finche entra nella prima camera 20 e poi nella valvola di ritegno 40 con una pressione Pi che determina una spinta sull'otturatore 43 che vince la forza della molla 44 e apre la valvola di ritegno stessa;

- una volta aperta la valvola di ritegno 40 il fluido fluisce attraverso la stessa e, uscendo dall'apertura di valle 41b, entra nella seconda sezione 30 dello strumento nella guale subisce una compressione/espansione determinate dai dimensionamenti dei tratti 32,33,34 del tubo Venturi; durante tali fasi si determinano variazioni di velocità e pressione a bilancio sostanzialmente nullo e, in particolare, un valore di pressione P2 nel tratto cilindrico centrale 33 collegato al condotto di valle 52 del dispositivo 50 di rilevazione.

Il dispositivo di rilevazione 50 rileva la differenza di pressione Δρ=Ρ2-Ρ1 fornendo l'indicazione del suo valore sul quadrante 53.

Con l'indicazione del valore di Δρ è possibile in modo convenzionale e consolidato nel settore tecnico di riferimento riferirsi al grafico (fig.3) Portata Q / differenza di pressione Δρ associato allo strumento di misura, dai quali è possibile ricavare con precisione la portata del fluido che fluisce nella conduttura.

Il movimento in traslazione dell'otturatore 43 varia in funzione della portata del fluido che fluisce nella valvola.

Come illustrato in fig.2, un eventuale aumento della portata del fluido Findetermina una maggiore spinta sull'otturatore 43 che, vincendo la resistenza della molla 44, trasla verso valle aprendo maggiormente la valvola dì ritegno 40 per consentire il passaggio della maggiore portata di fluido Fin; contemporaneamente si determina un aumento del valore di Δρ=Ρ2-Ρ1 la cui misura viene indicata sul guadrante analogico 53.

Come rilevabile dal grafico di fig.3, il luogo dei punti dei valori della differenza di pressione è una curva Δρ sempre risultante da una combinazione della curva Apb, luogo dei punti dei valori riferibili alla valvola di ritegno 40 di monte e dalla curva Apa, luogo dei punti dei valori riferibili al tratto 30 di valle che simula il tubo Venturi; ciò che rileva è il fatto che, nonostante la curva Δρ risultante rappresenti una combinazione dei due valori, si verifica che alle basse portate il contributo alla misura dato del tubo Venturi è trascurabile, mentre alle alte portate diventa trascurabile il contributo alla misura dato dal tratto con valvola di ritegno.

Volendo regolare la portata del fluido si agisce a questo punto sulla manopola 63 della valvola di regolazione 60 aprendo/chiudendo maggiormente la stessa e variando conseguentemente la portata.

Risulta pertanto come la valvola di bilanciamento secondo il trovato, sia realizzata in modo semplice, economico ed affidabile, e in grado di misurare e regolare con adeguata precisione la portata di un fluido all'interno di una conduttura anche per rilevanti differenze tra portate ridotte e portate elevate, e senza la necessità di uno strumento di misura esterno, risolvendo il problema tecnico lasciato dalla tecnica nota che richiede differenti strumenti con differenti valori di fondo scala per la misura di portate di valori molto differenti tra loro.

Oltre a ciò la visualizzazione della misura rimane sempre chiara e precisa nel tempo non essendo il quadrante del dispositivo di rilevazione attraversato dal fluido, il che evita l'accumulo di sporcizia sul quadrante stesso.

Sebbene non illustrato si prevede anche che la valvola di regolazione 60 possa essere collegata a monte della valvola dì intercettazione 40

Oltre a ciò si possono prevedere differenti: quadranti di visualizzazione della misura, ad esempio digitali anziché analogici; dimensionamenti delle lunghezze Lo,Li e dei diametri d20fd4o della camera 20 e della valvola 40 rispettivamente, nonché delle lunghezze e sezioni dei differenti tratti della camera 30 simulante un tubo Venturi, e/o introducendo trasduttori differenziali per la trasmissione in remoto del segnale rappresentativo della misura della portata.

Benché descritta nel contesto di alcune forme di realizzazione e di alcuni esempi preferiti di attuazione dell'invenzione si intende che l'ambito di protezione del presente brevetto sia determinato solo dalle rivendicazioni che seguono.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Valvola di bilanciamento per la regolazione della portata di un fluido (Fin,Fout) che fluisce in un condotto da monte verso valle lungo una direzione longitudinale (X-X) di flusso, e comprendente: +) una valvola di ritegno (40) e un elemento tubolare (30) simulante un tubo Venturi nell'uso tra loro coassialmente collegati rispettivamente da monte verso valle nella direzione longitudinale (X-X) di flusso del fluido; +) un dispositivo (50) di rilevazione della differenza dì pressione (Δρ) che si determina all'interno della valvola; + una valvola (60) di regolazione della portata del fluido che fluisce nel condotto caratterizzata dal fatto che detto dispositivo (50) di rilevazione è interposto tra l'interno di una prima camera (20) di monte della valvola di ritegno (40) e l'interno di un tratto cilindrico centrale (33) dell'elemento tubolare (30).
2. Valvola secondo rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detta valvola di ritegno (40) comprende un corpo (41), sostanzialmente cilindrico di opportuno diametro esterno, dotato di una apertura di monte (41a) e di una apertura di valle (41b), all'interno della valvola essendo inserito un otturatore (43) mobile in traslazione nei due sensi della direzione longitudinale (X-X), sotto l'azione di spinta del fluido o dell'azione di spinta in senso contrario di una molla (44).
3. Valvola secondo rivendicazione 1 o 2 caratterizzata dal fatto che detto elemento tubolare (30) comprende almeno: un secondo tratto di forma tronco conica (32) con base maggiore verso monte e base minore verso valle un terzo tratto cilindrico (33) centrale di sezione sostanzialmente corrispondente a guello della base minore del secondo tratto troncoconico; un quarto tratto (34) di sezione troncoconica con base maggiore rivolta verso valle; disposti in serie lungo la direzione longitudinale (X-X).
4. Valvola secondo rivendicazione 3 caratterizzata dal fatto che detto elemento tubolare (30) comprende : un primo tratto cilindrico (31) di assegnata sezione disposto a monte del detto secondo tratto (32) troncoconico.
5. Valvola secondo rivendicazione 3 o 4 caratterizzata dal fatto che detto elemento tubolare (30) comprende un quinto tratto (35) di sezione cilindrica, disposto a valle del detto quarto tratto troncoconico (34), per la fuoriuscita del fluido (Fout).
6. Valvola secondo qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzata dal fatto che detto dispositivo (50) di rilevazione è collegato tramite un condotto dì monte (51) alla camera di monte (20) e tramite un condotto di valle (52) al detto tratto cilindrico centrale (33) dell ' elemento tubolare (30).
7. Valvola secondo qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzata dal fatto che detto dispositivo di misura comprende un quadrante (53) di indicazione del valore della differenza di pressione (Δρ) rilevata.