IT201900002509A1 - Struttura di valvola a sfera. - Google Patents

Description

STRUTTURA DI VALVOLA A SFERA

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha come oggetto una struttura di valvola a sfera.

Sono note e largamente impiegate valvole a sfera comprendenti un corpo valvolare alloggiante un rispettivo elemento a sfera di intercettazione cavo.

L'elemento a sfera presenta almeno un passaggio di flusso ed è girevolmente mobile tra almeno una posizione di ammissione di flusso ed una posizione di intercettazione di flusso.

L'elemento a sfera è associato ad uno stelo, il quale è solidale o è atto ad essere reso solidale, con l'elemento a sfera.

Lo stelo è azionabile per consentire la rotazione dell'elemento a sfera per un angolo prefissato dalla posizione di ammissione a alla posizione di intercettazione e viceversa.

Tipicamente, tra l'elemento valvolare e l'elemento a sfera sono disposte delle guarnizioni di tenuta.

Nel caso in cui sia richiesta una elevata manovrabilità dell'elemento a sfera, vengono solitamente impiegate delle guarnizioni di tenuta realizzate in elastomero, le quali risultano essere molto elastiche.

Se da un lato tale elasticità garantisce un'elevata manovrabilità dell'elemento a sfera, d'altro canto, in presenza di medie e alte pressioni del fluido si creano delle turbolenze nel corpo valvolare che tendono a scalzare la guarnizione dalla rispettiva sede.

Tale problematica risulta più marcata nella zona di chiusura della sfera nella fase di manovra in quanto, riducendo la luce di passaggio, si verifica un aumento della velocità del fluido.

Per cercare di eliminare tale inconveniente, sono state proposte delle guarnizioni di tenuta costituite da un corpo principale in materiale plastico o in elastomero, al quale è associato un inserto metallico costampato e disposto in corrispondenza della superficie interna della guarnizione.

Per migliorare l'adesione reciproca tra il corpo principale e l'inserto metallico si utilizza un cosiddetto primer.

Tale soluzione realizzativa permette di rendere maggiormente rigida la guarnizione ma presenta alcuni inconvenienti.

In primo luogo, si è riscontrato che a seguito del contatto prolungato con il fluido ad elevate temperature, il primer perde la sua efficacia.

Inoltre, i primer normalmente utilizzati non sono forniti di certificazioni specifiche per il loro impiego in applicazioni in cui possono venire a contatto con acqua potabile.

Si è altresì riscontrato che l'impiego di primer rende più rigido il corpo principale della guarnizione.

Infine, a livello produttivo, la gestione del primer, e la sua applicazione, aumenta sensibilmente i costi.

Compito precipuo del presente trovato è quello di risolvere i problemi e di ovviare agli inconvenienti sopra esposti, realizzando una struttura di valvola a sfera presentante mezzi di tenuta estremamente affidabili senza la necessità di impiegare il primer.

All'interno di questo compito, uno scopo del trovato è quello di fornire una valvola a sfera in cui i mezzi di tenuta siano strutturalmente semplici e in cui le proprietà elastiche siano elevate e costanti.

Un altro scopo del trovato è quello di mettere a disposizione mezzi di tenuta per valvole a sfera in grado di garantire un'elevata manovrabilità dell'elemento a sfera, ma in cui non vi sia il rischio, nemmeno in presenza di medie e alte pressioni del fluido, di uno scalzamento della guarnizione dalla rispettiva sede e nemmeno del corpo principale rispetto all'inserto metallico.

Non ultimo scopo del trovato è quello di proporre una struttura di valvola a sfera che consenta una manutenzione estremamente pratica e che presenti un costo di realizzazione competitivo, in modo tale da rendere il suo impiego vantaggioso anche dal punto di vista economico.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi ancora che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da una struttura di valvola a sfera secondo quanto previsto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcune forme di esecuzione preferite ma non esclusive di una struttura di valvola a sfera secondo il trovato, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni in cui:

la figura 1 mostra una sezione di una valvola a sfera secondo il trovato;

la figura 2 è una vista dall'alto dei mezzi di tenuta;

la figura 3 rappresenta una sezione diametrale dei mezzi di tenuta, lungo il piano di giacitura individuato dalla traccia III-III di figura 2;

la figura 4 rappresenta, in scala ingrandita, una porzione della sezione di figura 3;

la figura 5 mostra una vista in prospettiva e parzialmente in sezione di una variante di realizzazione dei mezzi di tenuta 50;

la figura 6 è una vista in alzato del corpo anulare di irrigidimento dei mezzi di tenuta di figura 5;

la figura 7 mostra una vista laterale del corpo anulare di irrigidimento di figura 6;

la figura 8 è una sezione del corpo anulare di irrigidimento secondo un piano definito dalla traccia VIII-VIII di figura 7;

la figura 9 è una sezione del corpo anulare di irrigidimento secondo un piano definito dalla traccia IX-IX di figura 7.

Negli esempi di realizzazione che seguono, singole caratteristiche, riportate in relazione a specifici esempi, potranno in realtà essere intercambiate con altre diverse caratteristiche, esistenti in altri esempi di realizzazione.

Con riferimento alle figure citate, il presente trovato si riferisce ad una struttura di valvola a sfera, indicata globalmente con il numero di riferimento 1, per l'intercettazione del flusso di fluidi in condotti.

La struttura di valvola 1 comprende un corpo valvolare cavo 11 presentante almeno una porzione tubolare aperta di immissione 12 e almeno una porzione tubolare aperta di mandata 13 per il collegamento ad un rispettivo tratto di condotto, e un elemento a sfera di intercettazione cavo 2, il quale è alloggiato nel corpo valvolare cavo 11.

Il corpo valvolare cavo 11 può presentare superiormente un'imboccatura d'accesso 11a.

In particolare, il fluido viene inviato al corpo valvolare 11 attraverso la porzione tubolare aperta di immissione 12.

L'elemento a sfera 2 presenta almeno un passaggio 2a di flusso ed è girevolmente mobile tra almeno una posizione di ammissione di flusso ed una posizione di intercettazione di flusso.

Quando l'elemento a sfera 2 viene portato nella posizione di ammissione di flusso, il fluido proveniente dalla porzione tubolare aperta di immissione 12 viene inviato verso la porzione tubolare aperta di mandata 13.

La struttura di valvola 1 presenta inoltre uno stelo 3 solidale o atto ad essere reso solidale con l'elemento a sfera 2 e azionabile, ad esempio tramite un corpo di manovra, per consentire la rotazione dell'elemento a sfera 2 per un angolo prefissato dalla posizione di ammissione alla posizione di intercettazione e viceversa.

La struttura di valvola 1 presenta, inoltre, mezzi di tenuta 50 disposti tra ciascuna delle due porzioni tubolari aperte 12, 13 e l'elemento a sfera 2.

Nello specifico, i mezzi di tenuta 50 sono alloggiati in corrispondenza di una rispettiva sede della guarnizione 121, 131.

Ciascuna sede della guarnizione (121, 131) presenta uno spallamento (121a, 131a) ed un tratto longitudinale di sede (122a, 132a).

Secondo il trovato, i mezzi di tenuta 50 comprendono, rispettivamente, un corpo di base 51 sostanzialmente cilindrico in materiale polimerico e/o in materiale siliconico, il quale risulta costampato attorno ad almeno un corpo anulare di irrigidimento 53.

In particolare, il corpo anulare di irrigidimento 53 definisce almeno un tratto angolare di posizionamento 53a.

Secondo un primo aspetto del presente trovato, tra il corpo anulare di irrigidimento 53 e il corpo di base 51 non risulta interposto il primer.

Il corpo di base 51 presenta un superficie anulare interna 52 destinata ad affacciarsi ad una porzione della superficie esterna dell'elemento a sfera 2 e una superficie di tenuta 54, disposta contrapposta rispetto alla superficie anulare interna 52 e destinata ad affacciarsi ad un rispettivo spallamento anulare (121a, 131a) di una rispettiva sede della guarnizione (121, 131).

Ciascun tratto longitudinale di sede (122a, 132a) è disposto sostanzialmente perpendicolarmente al rispettivo spallamento angolare (121a, 131a) ed è destinato ad affacciarsi alla superficie esterna 55 dei mezzi di tenuta 50.

Tra la superficie esterna 55 dei mezzi di tenuta 50 e il rispettivo tratto longitudinale di sede (122a, 132a) è previsto almeno un meato di trafilamento per il fluido atto a consentire, con l'elemento a sfera 2 in posizione di intercettazione, il passaggio di fluido dalla porzione tubolare aperta di immissione 12 verso il corpo valvolare cavo 11.

Di conseguenza, quando l'elemento a sfera 2 viene portato in condizione di intercettazione, si riscontra il passaggio di fluido dalla porzione tubolare aperta di immissione 12 verso il corpo valvolare cavo 11 attraverso il il o i meati.

La superficie esterna di tenuta 54 è deformabile, quando l'elemento a sfera 2 è in posizione di intercettazione.

In questo modo, la compressione della superficie esterna di tenuta 54 garantisce comunque la tenuta dei mezzi di tenuta 50.

Inoltre, qualora ci si trovi in una condizione tale per cui è riscontrabile una differenza di pressione tra la porzione tubolare aperta di immissione 12 e il corpo valvolare cavo 11, condizione che tipicamente si realizza quando l'elemento a sfera 2 è in condizione di intercettazione, si determina una compressione ulteriore dei mezzi di tenuta 50 disposti tra il corpo valvolare cavo e la porzione tubolare aperta di mandata 13.

Il passaggio del fluido dalla porzione tubolare aperta di immissione 12 all'interno del corpo valvolare cavo 11 elimina sostanzialmente qualsiasi forza agente sui mezzi di tenuta 50, forza che tenderebbe a scalzare il corpo anulare di irrigidimento 53 dal corpo di base 51.

Per tale motivo, i mezzi di tenuta 50 conformati secondo quanto sopra descritto risultano estremamente affidabili ed efficienti nonostante non sia previsto il primer tra il corpo anulare di irrigidimento 53 e il corpo di base 51.

Quando l'elemento a sfera 2 è in posizione di intercettazione, la pressione del fluido a monte dell'elemento a sfera 2 determina una spinta dell'elemento a sfera 2 verso i mezzi di tenuta 50 disposti in corrispondenza porzione tubolare aperta di mandata 13.

Questa spinta porta la superficie esterna dell'elemento a sfera 2 a comprimersi contro la superficie anulare interna 52 dei mezzi di tenuta 50 e e a garantire la tenuta tra la superficie di tenuta 54 e il rispettivo spallamento anulare 131a.

Il corpo di base 51 presenta, in particolare, una superficie di tenuta 54 presentante almeno un risalto anulare esterno 54a.

Preferibilmente, la superficie di tenuta 54 presenta almeno due risalti anulari esterno 54a reciprocamente distanziati.

Vantaggiosamente, la superficie anulare interna 52 presenta un risalto anulare rivolto verso il corpo valvolare cavo 11 e presentante una sezione trasversale curvilinea.

Secondo una preferita forma di realizzazione, il corpo anulare di irrigidimento metallico 53 comprende almeno un primo tratto 53b disposto in uso parallelamente all'asse di rotazione 100 dell'elemento a sfera 2 e almeno un secondo tratto 53b disposto in uso perpendicolarmente all'asse di rotazione 100 dell'elemento a sfera 2.

Opportunamente, il corpo anulare di irrigidimento 53 è realizzato in metallo.

Nulla vieta di realizzare il corpo anulare di irrigidimento di varie dimensioni o fogge (ad esempio a L, T, U, H, ecc.).

Convenientemente, il corpo anulare di irrigidimento 53 è simmetrico rispetto ad un piano di simmetria 200 (ad esempio è conformato a T o ad H): ciò permette di posizionare in modo indifferente il corpo anulare di irrigidimento 53 all'interno dello stampo.

I mezzi di tenuta 50 presentano una pluralità di fori di posizionamento 56 del corpo anulare di irrigidimento 53, i quali collegano la superficie di tenuta 54 e il corpo anulare di irrigidimento 53.

Opportunamente, sulla superficie esterna 55 dei mezzi di tenuta 50 sono definiti dei riscontri radiali di centraggio 55a per il bloccaggio nella sede della guarnizione (121, 131).

Convenientemente, l'elemento a sfera 2 è realizzato in materiale plastico.

La particolare conformazione reciproca del corpo valvolare cavo 11, del rispettivo elemento a sfera 2 e dei mezzi di tenuta 50 garantisce comunque un corretto posizionamento e una precisa movimentazione dell'elemento a sfera 2.

Facendo riferimento alla forma di realizzazione rappresentata nelle figure dalla 5 alla 9, il corpo anulare di irrigidimento 53 presenta almeno uno smanco o incavo 56 di collegamento tra porzioni del corpo di base 51 disposte da parti opposte rispetto al piano di giacitura del primo tratto 53b.

Opportunamente, il corpo anulare di irrigidimento 53 presenta una pluralità di smanchi o incavi 56 reciprocamente angolarmente distanziati attorno all'asse del corpo anulare di irrigidimento 53.

A seguito del costampaggio, grazie alla presenza degli smanchi o incavi 56, il materiale plastico con cui viene realizzato il corpo di base 51 compenetra attraverso gli smanchi o incavi 56 permettendo un aggrappaggio estremamente efficace tra il corpo anulare di irrigidimento 53 e il corpo di base 51.

Preferibilmente, gli smanchi o incavi 56 si estendono in corrispondenza del primo tratto 53b, a partire dalla superficie esterna del corpo anulare di irrigidimento 53.

Secondo un ulteriore aspetto, il presente trovato si riferisce a mezzi di tenuta 50 per strutture di valvola a sfera 1.

I mezzi di tenuta 50 sono destinati in particolare ad essere disposti tra due porzioni tubolari aperte (12, 13) della valvola a sfera e un elemento a sfera 2, alloggiato all'interno di un corpo valvolare cavo 11 collegato ad una porzione tubolare aperta di immissione 12 e ad una porzione tubolare aperta di mandata 13 per il collegamento ad un rispettivo tratto di condotto.

L'elemento a sfera 2 presenta almeno un passaggio 2a di flusso ed è girevolmente mobile tra almeno una posizione di ammissione di flusso ed una posizione di intercettazione di flusso, grazie all'azione di uno stelo 3 azionabile per consentire la rotazione dell'elemento a sfera 2 per un angolo prefissato dalla posizione di ammissione verso la posizione di intercettazione e viceversa.

I mezzi di tenuta 50 comprendono, rispettivamente, in particolare, un corpo di base 51 sostanzialmente cilindrico in materia plastica costampato attorno ad almeno un corpo anulare di irrigidimento 53 definente almeno un tratto angolare di posizionamento 53a.

Il corpo di base 51 presenta una superficie anulare interna 52 destinata ad affacciarsi ad una porzione della superficie esterna dell'elemento a sfera 2 e una superficie di tenuta 54, disposta contrapposta rispetto alla superficie anulare interna 52 e destinata ad affacciarsi ad un rispettivo spallamento anulare (121a, 131a) di una rispettiva sede della guarnizione (121, 131).

La sede della guarnizione (121, 131) presentando un tratto longitudinale di sede (122a, 132a) disposto sostanzialmente perpendicolarmente allo spallamento angolare (121a, 131a) e destinato ad affacciarsi alla superficie esterna 55 dei mezzi di tenuta 50.

Tra la superficie esterna 55 dei mezzi di tenuta 50 e il rispettivo tratto longitudinale di sede (122a, 132a) è previsto almeno un meato di trafilamento per il fluido atto a consentire, con l'elemento a sfera in posizione di intercettazione, il passaggio di fluido dalla una porzione tubolare aperta di immissione 12 verso il corpo valvolare cavo 11.

L'utilizzo di una valvola a sfera secondo il presente trovato discende in maniera evidente da quanto sopra decritto.

La conformazione dei mezzi di tenuta 50, e in particolare la presenza del primo corpo anulare di irrigidimento 53, oltre che dei risalti interni ed esterni permette di ridurre drasticamente l'effetto di scalzamento dovuto alla differenza di pressione.

Infatti, come spiegato, la superficie esterna di tenuta 54 dei mezzi di tenuta 50 è deformabile, quando l'elemento a sfera 2 è in posizione di intercettazione, per effetto della differenza di pressione tra la porzione tubolare aperta di immissione 12 e il corpo valvolare cavo 11.

A seguito di tale deformabilità, si viene a creare un passaggio di fluido, attraverso i meati, dalla porzione tubolare aperta di immissione 12 verso il corpo valvolare cavo 11 così da portare, all'interno del corpo valvolare cavo 11, la medesima pressione presente in corrispondenza della porzione tubolare aperta di immissione 12.

Inoltre, quando l'elemento a sfera 2 è in posizione di intercettazione, la pressione del fluido a monte dell'elemento a sfera 2 determina una spinta dell'elemento a sfera 2 contro la rispettiva superficie anulare interna 52 dei mezzi di tenuta 50 e la superficie di tenuta 54 contro il rispettivo spallamento anulare (131a) così da garantire la tenuta.

In aggiunta a ciò, il fatto essere riusciti a portare la medesima pressione all'interno del corpo valvolare cavo 11 e la porzione tubolare aperta di immissione 12 permette di sottoporre i mezzi di tenuta 50 disposti tra l'elemento a sfera 2 e la porzione tubolare aperta di immissione 12 alla medesima pressione sia dall'interno che dall'esterno evitando che vi sia un rischio di rigonfiamento del corpo di base 51.

Inoltre, l'eventuale presenza dei risalti anulari permettere di non comprimere la superficie esterna dei mezzi di tenuta 50 contro la rispettiva sede della guarnizione. Ciò permette di avere coppie di manovra sensibilmente inferiori.

Inoltre, il trovato garantisce un'ulteriore ottimizzazione della coppia di manovra bassa grazie al profilo sostanzialmente circolare della zona di tenuta con l'elemento a sfera (effetto oring).

Infine, la soluzione proposta permette di ottenere un corpo di base in materiale plastico o in elastomero presentante uno spessore sostanzialmente costante sia in senso longitudinale che in senso radiale e ciò garantisce un'elevata elasticità e manovrabilità senza compromettere la tenuta.

Tutte le caratteristiche del trovato, su indicate come vantaggiose, opportune o simili, possono anche mancare o essere sostituite da equivalenti.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo.

Si è in pratica constatato come in tutte le forme realizzative il trovato abbia raggiunto il compito e gli scopi ad esso preposti.

In pratica le dimensioni potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Struttura di valvola a sfera (1) per l'intercettazione del flusso di fluidi in condotti, comprendente un corpo valvolare cavo (11) definente superiormente un'imboccatura d'accesso (11a) e presentante almeno una porzione tubolare aperta di immissione (12) e almeno una porzione tubolare aperta di mandata (13) per il collegamento ad un rispettivo tratto di condotto, un elemento a sfera di intercettazione cavo (2) alloggiato in detto corpo valvolare cavo (11), detto elemento a sfera (2) presentando almeno un passaggio (2a) di flusso ed essendo girevolmente mobile tra almeno una posizione di ammissione di flusso ed una posizione di intercettazione di flusso, uno stelo (3) solidale o atto ad essere reso solidale con detto elemento a sfera (2) e azionabile per consentire la rotazione di detto elemento a sfera (2) per un angolo prefissato da detta posizione di ammissione a detta posizione di intercettazione e viceversa, essendo previsti mezzi di tenuta (50) disposti tra ciascuna di dette due porzioni tubolari aperte (12, 13) e detto elemento a sfera (2), caratterizzata dal fatto che detti mezzi di tenuta (50) comprendono, rispettivamente, un corpo di base (51) sostanzialmente cilindrico in materia plastica costampato attorno ad almeno un corpo anulare di irrigidimento (53) definente almeno un tratto angolare di posizionamento (53a), detto corpo di base (51) presentando un superficie anulare interna (52) destinata ad affacciarsi ad una porzione della superficie esterna di detto elemento a sfera (2) e una superficie di tenuta (54), disposta contrapposta rispetto a detta superficie anulare interna (52) e destinata ad affacciarsi ad un rispettivo spallamento anulare (121a, 131a) di una rispettiva sede della guarnizione (121, 131), detta sede della guarnizione (121, 131) presentando un tratto longitudinale di sede (122a, 132a) disposto sostanzialmente perpendicolarmente a detto spallamento angolare (121a, 131a) e destinato ad affacciarsi alla superficie esterna (55) di detti mezzi di tenuta (50), tra la superficie esterna (55) di detti mezzi di tenuta (50) e il rispettivo tratto longitudinale di sede (122a, 132a) essendo previsto almeno un meato di trafilamento per il fluido atto a consentire, con detto elemento a sfera in posizione di intercettazione, il passaggio di fluido da detta almeno una porzione tubolare aperta di immissione (12) verso detto corpo valvolare cavo (11).
2. 2. Struttura di valvola a sfera (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta superficie esterna di tenuta (54) è deformabile, con detto elemento a sfera (2) in posizione di intercettazione, per effetto della differenza di pressione tra detta porzione tubolare aperta di immissione (12) e detto corpo valvolare cavo (11) per determinare il passaggio di fluido da detta porzione tubolare aperta di immissione (12) verso detto corpo valvolare (11) cavo attraverso detto almeno un meato.
3. 3. Struttura di valvola a sfera (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta superficie di tenuta (54) presenta almeno un risalto anulare esterno (54a).
4. 4. Struttura di valvola a sfera (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta superficie di tenuta (54) presenta almeno due risalti anulari esterni (54a) reciprocamente distanziati.
5. 5. Struttura di valvola a sfera (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta superficie anulare interna (52) presenta un risalto anulare rivolto verso detto corpo valvolare (11) e presentante una sezione trasversale curvilinea.
6. 6. Struttura di valvola a sfera (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto almeno un corpo anulare di irrigidimento (53) comprende almeno un primo tratto (53a) disposto in uso parallelamente all'asse di rotazione di detto elemento a sfera (2) e almeno un secondo tratto (53b) disposto in uso perpendicolarmente all'asse di rotazione di detto elemento a sfera (2)
7. 7. Struttura di valvola a sfera (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto almeno un corpo anulare di irrigidimento (53) è realizzato in metallo.
8. 8. Struttura di valvola a sfera (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto corpo di base (51) è realizzato in materiale polimerico e/o in materiale siliconico.
9. 9. Struttura di valvola a sfera (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di tenuta (50) presentano una pluralità di fori di posizionamento (56) di detto corpo anulare di irrigidimento (53) colleganti detta superficie di tenuta (54) e detto corpo anulare di irrigidimento (53).
10. 10. Struttura di valvola a sfera (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto corpo anulare di irrigidimento (53) è simmetrico rispetto ad un piano di simmetria (200).
11. 11. Struttura di valvola a sfera (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto corpo anulare di irrigidimento (53) presenta almeno uno smanco o incavo (56) di collegamento tra porzioni del corpo di base (51) disposte da parti opposte rispetto al piano di giacitura di detto primo tratto (53b).
12. 12. Struttura di valvola a sfera (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto corpo anulare di irrigidimento (53) presenta una pluralità di smanchi o incavi (56) reciprocamente angolarmente distanziati attorno all'asse di detto corpo anulare di irrigidimento (53).