IT8224334A1 - Valvola di regolazione portata e pressione di fluidi particolarmente resistente ad alte temperature, corrosioni e pressioni - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo "Valvola di regolazione portata e pressione di fluidi particolarmente resistente ad alte temperature, corrosioni e pressioni".

RIASSUNTO

E' descritta una valvola di regolazione portata e pressione di fluidi resistente ad alte temperature, corrosioni epressioni ; essa ? particolarmente, adatta per motori a combustione interna sovralimentati essendo in grado di resistere alle elevate temperature, azioni corrosive e pressioni dei gas di scarico., essendo dotata di un organo di azionamento costituito da un elemento, ad esempio metallico, ondulato deformabile resistente alle alte temperature, costituente una parte di una camera collegata all'asta dell'otturatore, la quale camera pu? venire.messa m pressione da un fluido.di comando, detto fluido potendo essere costituito dagli stessi gas combusti senza richiederne un preventivo raffreddamento .

DESCRIZIONE

Uno sfruttamento ottimale delle caratteristiche termodinamiche degli attuali motori a combustione interna ha portato allo sviluppo dei motori sovralimentati, nei quali ? sfruttata l'entalpia residua dei gas combusti, prima del loro scarico m atmosfera, per comprimere, attraverso l'impiego di un gruppo turbo-compressore, l'aria m alimentazione.

Date le caratteristiche dei turbo-compressori, m talune condizioni risulta per? necessario, onde avere sempre il valore pi? conveniente di sovralimentazione al motore , sottrarre una parte dei gas combusti all'alimentazione della turbina, scaricandoli ad esempio direttamente m atmosfera attraverso ad una valvola regolatrice.

Detta valvola ? nei tipi noti usualmente azionata neumaticamente, impiegando una membrana elastica collegata all'asta dell'otturatore della valvola. Per il comando della valvola ?possibile impiegare l' aria aspirata e messa in pressione dal turbocompressore, 1 gas combusti, prima del loro invio in turbina, oppure un fluido ausiliario.

ln tutti ? casi si presenta il problema tecnico della resistenza degli organi della valvola alle alte temperature, dell'ordine dei 1000?C , a cui si trovano ? gas combusti sui quali la valvola deve operare'-In particolare la membrana elastica usualmente impiegata, non ? m grado di resistere alle temperature di esercizio e sono quindi richiesti sistemi di raffreddamento e schermatura dell'organo di comando impiegante detta membrana.

Inoltre risulta necessario, nelle valvole usuali di tino noto, impiegare come fluido di comando un fluido a bassa temperatura, non potendosi impiegare, per i motivi suddetti, gas ad alta temperatura, ad esempio direttamente gli stessi gas combusti.

Questi ed altri problemi tecnici, di semplicit? costruttiva ed economia, sono risolti dalla presente invenzione ? che provvede una valvola di scarico dei gas combusti a monte della turbina m un motore a combustione interna dotato di turbo-compressore,dotata di un organo di azionamento dell'otturatore costituito da un elemento ondulato deformabile resistente ad alta temperatura ed alla corrosione, ad esempio m materiale metallico vincolato a tenuta all'asta di detto otturatore e ad un supporto flangiato presente^ sulla parte superiore del corpo di detta valvola , delimitando detto elemento ondulato, ad esempio metallico, una camera deformabile che pu? essere messa in pressione da un fluido di comando ad elevata temperatura.

Secondo una forma realizzativa, detto elemento , ad esempio metallico ondulato deformabile ? un soffietto o tubo a pareti corrugate, vincolato a tenuta ad una delle sue estremit? a detto supporto flangiato del corpo valvola ed all'opposta estremit? ad un elemento flangiato superiore solidale all'asta di detto otturatore, delimitando una camera estensibile compresa tra detto supporto flangiato del corpo valvola e detto elemento flangiato superiore.

Ove sia richiesto detta valvola pu? essere dotata il un coperchio a tenuta esterno a detta camera estensibile, delimitante, m cooperazione con la parete esterna di detto soffietto, una seconda camera, che pu? essere opportunamente messa m pressione o depressione .

In una differente forma realizzativa della valvola secondo l'invenzione , detto elemento, ad esempio metallico ondulato deformabile , ? un disco a ondulazioni concentriche vincolato a tenuta lungo il perimetro esterno a detto supporto flangiato del corpo valvola e al centro all'asta di detto otturatore, delimitando una camera dotata di una parete deformabile.

Ove sia richiesto anche m questa forma la valvola dell'invenzione pu? essere dotata di un coperchio a tenuta posto superiormente a detto disco ad ondulazioni concentriche, delimitante, m cooperazione con detto disco, una seconda camera che pu? essere messa opportunamente in pressione o depressione. Convenientemente la valvola ? dotata di un mezzo elastico di contrasto agente m opposizione alla pressione del fluido di comando su detta camera deformabile collegata all'asta di detto otturatore. Ad esempio detto mezzo elastico pu? essere costituito da una molla a spirale, la.cui compressione,pu? essere regolata a mezzo di viti e simili,oppure , , secondo una diversa forma di realizzazione dell'invenzi one, detto mezzo eias11co pu? essere..costituito dall' elemento ad esempio metallico deformabile stesiso, montato eventualmente m posizione pre-tensionata, la cui entit? pu? anche essere eventualmente registrata.

Maggiori dettagli sulla struttura della valvola dell'invenzione sono n levabili dalla descrizione seguente, facente riferimento alle allegate figure, nelle quali ? mostrato?

in Fig. 1 uno schema generico di un motore a combustione interna con turbo-compressore dotato di una valvola secondo 1'invenzione, nelle figg. 2-2a-3-4-5 la valvola dell'invenzione secondo alcune differenti forme realizzative.

pome ? giostrato nella figura 1, il funzionamento di un motore a combustione interna dotato d un turbocompressore ? schematicamente il seguente.

L ' aria aspirata dalla bocca di aspirazione 1 attraversa il filtro aria 2 e viene compressa dal compressore 3 nella camera di aspirazione 4; dalla camera di aspirazione 4-viene poi alimentata ai ciln -dri 3 dei motore, attraverso i sistemi di carburazione 6. I gas combusti sono raccolti all'uscita dai cilindri dal collettore 7 ed.inviati alla turbina 8:, ?che aziona il compressore 3, ed essa coassiale, e vengono poi allontanati all'atmosfera dal condotto il scarico 9?

Some ? noto, per poter avere ai vari regimi il valore voluto, compatibilmente con le caratteristiche iel turbo-compressore , di pressione di sovralimentazione ? necessario, m talune condizioni, sottrarre* parte dei gas combusti all'alimentazione della turbina 8, inviandoli direttamente allo scarico attraverso il condotto 9a per mezzo di una valvola regolatrice 10 usualmente nota col termine inglese "by-pass" o "vaste gate".

Tale valvola, generalmente chiusa ai bassi regimi, viene opportunamente aperta m modo da avere ai vari regimi e condizioni di funzionamento del motore una legge voluta, compatibilmente con le caratteristiche del^ turbo-compressore, della pressione di sovralimentazione .

L'organo di comando dell?otturatore ? usualmente azionato dalla pressione di un gas agente in contrasto con la spinta di una molla. Tale gas pu? essere l'aria m pressione nella camera di alimentazione, oppure gli stessi gas combusti, come indicato schematicamente in fig. 1, alimentati dal condotto 10a, oppure un fluido ausiliario; tutti questi fluidi possono azionare l'organo di cornando direttamente oppure essere opportunamente trattati e/o pilotati con svariati sistemi a monte e/o a valle dell'organo di comando .

Detta valvola, dovendo operare su gas combusti, ad elevate temperature (dell 'ordine dei 1000?C) presenta notevoli problemi di resistenza, soprattutto per quanto riguarda l'organo di comando dell'otturatore , problemi risolti dalla presente invenzione che provvede una valvola costruita secondo le forme illustrate m via esemplificativa nelle figg. 2-2a-3-4- 5.

Nella fig. 2 ? illustrata una valvola costituita dai un corpo valvola 11 , elle supporta 1 ' otturatore 12 , guidandolo attraverso la sua asta 15. Detto otturatore agisce su una sede 14 corrispondente all ' aperstura di sbocco del condotto 9a nel condotto di scarico 9 ed ha la sua asta 13 vincolata superiormente all' elemento flangiato a bicchiere 15 ? II. corpo v alvola 11 presenta superiormente una coppa 16 che pu? essere di pezzo con detto corpo valvola 11, oppure ad esso fissata, eventualmente prevedendo l'interposizione di adatta schermatura per protezione da sollecitazioni e/o temperature oltrepassanti detenninati valori.

lungo il perimetro esterno di detta coppa 16 ? vm -colato a tenuta il tubo corrugato o soffietto 17, il quale ? collegato all'opposta estremit? alla flangia 15a dell'elemento frangiato a bicchiere 13? Detto collegamento del soffietto 17 alla coppa 16 e al bicchiere 19 pu? essere realizzato con la sigillatura 18, che pu? essere saldatura o incollaggio oppure una aggraffatura o analoghi sistemi noti.

Un conveniente sistema di vincolo a tenuta pu? essere costituito dall'impiego di collanti moderni, in grado di resistere a temperature anche superiori ai 1500?C (considerando m particolare le limitate sollecitazioni meccaniche applicate a trazione a tali giunzioni).

Sull 'elemento a bicchiere 15 agisce superiormente la molla 19, registrabile attraverso il piattello 20, mosso dalla vite 21, sostenuta dal ponticello 22 collegato alla coppa 16. Detta coppa 16 pu? venire messa in pressione da fluidi, attraverso l'attacco 23, provenienti da un tubo o simile 10a collegato opportunamente con l'origine del segnale, agendo sul soffietto 17 e sull'elemento a biechiere_15, in contrasto con la molla 19, determina l'allungamento del soffietto stesso, sollevando l'otturatore 12 ed iniziando ad aprire quindi la valvola "waste gate" 10 in corrispondenza ad un valore di taratura, detto valore essendo regolabile per mezzo della .vite 21 variando l? canco imposto dalla molla 19?

Nel caso m cui siano gli stessi gas di scarico del motore a mettere m pressione la detta coppa 16 ? previsto di preferenza che detti gas di scarico possano passare direttamente dal condotto 9a all'interno di detta coppa 16_attraverso fori_15a praticati nell'asta 13 come rappresentalo nel dettaglio di figura 2a..Come ulteriore alternativa, detto passaggio pu? essere direttamente ricavato nelle pareti delle^ parti a contatto tra il canale 9a e l'interno della1 coppa 16.

La richiesta deformabilita del tubo corrugato o soffietto 17 ? garantita scegliendo uno spessore adatto per la sua reali zzazione .

II soffietto ? realizzato in materiale resistente alla temperatura e alla composizione chimica dei fluidi con cui deve operare

Qve sia conveniente impiegare un comando a doppio effetto sulla valvola, per esempio sfruttando, Per aprire la valvola 10 eventuali depressioni originate ad esempio dalla chi?sura^di valvole a farfalla e/o simili, si pu? prevedere, al posto del ponticello 22, l'impiego di una capsula a tenuta 22a, come mostra la fig. 3? sulla quale ? presente l'attacco 24 per il secondo condotto di collegamento Secondo una differente forma realizzativa ?llustrata in fig. 4 con gli stessi riferimenti numerici corrispondenti alle precedenti_figure per le parti comuni, l?elemento deformabile resistente alle temperature di esercizio della valvola ? costituito da un disco ondulato 17a, vincolato._tra la coppa...inferiore 16 ed il coperchio.superiore 25 aperto oppure, nome raffigurato in fig._4, a.tenuta, dotato in tal caso dell/attacco 24 per il comando a doppio effetto dell'otturatore della valvola.

In modo analogo a quanto descritto per le forme di I realizzazione delle figg. 2 e 3, la vite 21, agendo sul disco 20 varia il carico della molla .19J essendo detto disco ondulato 17a vincolato a tenuta, sulla periferia,alla coppa 16 e al centro all'asta 13, per mezzo del dado flangiato 26. che funge anche da appoggio alla molla 19?.

Secondo una ulteriore forma realizzativa , illustrata m fig. 3 m un esempio ? -possibile prevedere un elemento 17 o 17a, a soffietto o disco ondulato come m figura, dotato di una adatta caratten stica elastica m modo da poter svolgere anche la funzione di mezzo elastico di contrasto,_eliminando cos? la molla 19?

In tale caso, detto elemento 17 o 17a pu? essere montato m posizione deformata o comunque pretensionata, regolabile per esempio agendo sul dado 27 e controdado 27a dell?asta della valvola per fornire ove necessario, m assenza di pressione del fluido di comando dell-'--a-p-er.tura, una forza di chiusura. sull'otturatore 12, Lo stesso risultato di registrare eventua lep retensionamento dell 'elemento elastico 17 o 17a pu? essere raggiunto, ad esempio, utilizzando appropriati spessori 26 sotto la flangia di appoggio del corpo valvola.

!?? possibile prevedere inoltre che il comando sull'otturatore della valvola sia fornito da un fluido ausiliario, pilotato da un organo di controllo, quale pu? essere una unit? elettronica che riceva ed elabori, secondo una adatta legge, 1 segnali prove-! nienti dal motore, come pressione dell'aria m alimentazione, pressione dei gas di scarico, numero di giri, temperatura del motore e simili.

Molteplici varianti possono essere introdotte nella conformazione strutturale della valvola, senza tuttavia uscire dall?ambito della presente invenzione, variando ad esempio la forma del corpo valvola, la conformazione dell'elemento deformabile, il materiale con cui ? realizzato, il metodo di sigillatura a tenuta e simili; ? altres? prevedibile che la molla 19 ed il relativo sistema di registrazione possa essere sostituito e/o integrato da un qualsivoglia altro sistema, ad esempio meccanico, elettromeccanico, elettromagnetico, idraulico, pneumatico Le/o altro, eventualmente pilotati con qualsivoglia, sistema di comando e controllo.

Ugualmente ? -prevedibile che il corpo della valvola pu? essere integrato nel gruppo del turbo-compressore e pu? avere, eventualmente, il compito di mettere opportunamente m collegamento il lato aria con il

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1) Valvola di regolazione portata e pressione di fluidi particolarmente resistente ad alte temperature, corrosioni e pressioni, caratterizzata dal fatto che ? dotata di un organo di azionamento dell 'otturatore costituito da un elemento ondulato deformabile resistente ad alte temperature, pressioni e corrosioni, ad esemplo m materiale metallico, vincolato a tenuta all 'asta di detto otturatore e ad un supporto flangiato presente sulla parte superiore del corpo di detta valvola, delimitando detto elemento, ad esempio metallico , una camera deformabile che pu? essere messa in pressione da un fluido di comand? anche ad eievata temperatura.

2) Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto elle detto elemento ad esempio metaldico ondulato deformabile ? un soffietto o tubo a pareti corrugate, vincolato a tenuta ad una delle sue estremit? a detto supporto flangiato del corpo valvola ed all'opposta estremit? ad un elemento flangiato superiore solidale all'asta di detto otturatore , delimitando una camera estensibile compresa tra detto supporto flangiato del corpo valvola e detto elemento flangiato superiore.

3) Valvola secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzata dal fatto che ? dotata di un coperchio a tenuta esterno detta, camera estensibile , delimitante, m cooperazione_con la..parete esterna di detto soffietto, una seconda camera, ebe pu? essere opportunamente messa m pressione e/o depressione,

4) Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto elemento ad esenpio metallico ondulato deformabile ? un disco a ondulazioni concentriche, vincolato astenuta lungo il perimetro esterno a detto supporto flangiato del corpo valvola e al centro all'asta di detto otturatore, delimitalido una camera dotata di una parete deformabile.

5) Valvola secondo le rivendicazioni 1, 4 caratterizzata dal fatto che ? dotata di un coperchio a tenuta posto superio^rmente a detto disco ad ondulazioni concentriche, delimitante, in cooperazione con detto disco, una seconda camera che pu? essere opportunamente messa in pressione e/o^depressione..

6) Valvola secondo una delle rivendicazioni precedenti,, caratterizzata dal fatto che ? dotata di un me zzo...elastico e/o comunque un qualsivoglia sistema di contrasto agente m opposizione alla pressione del fluido di comando su detta camera deformabile collegata all ' asta di detto otturatore .

7) Valvola secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto mezzo elastico ? costitu?-; to,ad esempio, da una molla a spirale il cui eventuale precarico pu? essere regolato a mezzo di viti e simili.

8) Valvola secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto mezzo elastico ? costitu?to dall?elemento ad esempio metallico deformabile stesso , montato m posizione eventualmente pretensionata m modo regolabile .

9) Valvola servo comandata per gravose condizioni ambientali , caratterizzata dal fatto che ? dotata di un organo di comando impiegante un elemento deformabile ondulato m materiale ad esempio metallico resistente all?ambiente di esercizio.

10) Valvola sostanzialmente come descritto ed illustrato per gli scopi specificati.