ITAL20100024U1

ITAL20100024U1 - GOD GROUP HIGH PERFORMANCE ADJUSTMENT FOR GLOBE ADJUSTMENT VALVE

Info

Publication number: ITAL20100024U1
Authority: IT
Inventors: Roberto Zanotto
Original assignee: Roberto Zanotto
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2012-03-22

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Gruppo di regolazione ad alte prestazioni per valvola a globo High performance regulation unit for globe valve

Oggetto : La presente invenzione si prefigge lo scopo di risolvere i problemi di limitata capacita' di regolazione delie valvole di regolazione a globo, con l'utilizzo di un gruppo di regolazione di nuova concezione rispetto a quelli usati nella tecnica nota, in grado di fornire una ampiezza del campo di portata regolabile almeno doppia. Object: The present invention has the purpose of solving the problems of limited capacity of regulation of globe regulation valves, with the use of a regulation unit of new conception with respect to those used in the known art, capable of providing at least double the width of the adjustable flow range.

Le valvole di regolazione a globo sono ampiamente utilizzate nell'industria di processo da lungo tempo e, grazie alla loro versatilità, sono facilmente impiegabili per soddisfare le più disparate esigenze degli impianti, anche le più estreme. Globe control valves have been widely used in the process industry for a long time and, thanks to their versatility, they can be easily used to meet the most diverse plant needs, even the most extreme.

Esse consentono di controllare con precisione il flusso dei fluidi nelle tubazioni e nelle apparecchiature ed, in definitiva, di rendere stabili le condizioni dei processo in cui sono inserite. They allow to precisely control the flow of fluids in pipes and equipment and, ultimately, to make the conditions of the process in which they are inserted stable.

La struttura meccanica delle valvole di regolazione a globo e' caratterizzata dalla presenza di un corpo dì forma globulare {da cui il nome della tipologia di valvola) all'interno del quale scorre il fluido. The mechanical structure of globe control valves is characterized by the presence of a globular body (hence the name of the valve type) inside which the fluid flows.

All'interno del corpo e' presente un gruppo di particolari meccanici, denominato gruppo dì regolazione o trìm (per brevità da ora useremo questo termine), composto da una sede forata, all'interno della quale scorre un otturatore, che viene costruito in varie forme in funzione della caratteristica di regolazione desiderata e del processo da regolare, e da uno stelo lineare vincolato rigidamente all'otturatore; lo stelo, azionato da un servomotore, determina il movimento lineare bi-direzìonale dell'otturatore nella sede. Grazie al profilo variabile dell'otturatore, ad ogni posizione dello stelo corrisponde una determinata area di passaggio pari alla differenza di superfìcie tra l'area del foro della sede e l'area della sezione dell'otturatore. Inside the body there is a group of mechanical details, called adjustment group or trìm (for the sake of brevity we will use this term from now), consisting of a perforated seat, inside which a shutter slides, which is built in various shapes according to the desired regulation characteristic and the process to be regulated, and by a linear stem rigidly constrained to the shutter; the stem, driven by a servomotor, determines the bi-directional linear movement of the shutter in the seat. Thanks to the variable shutter profile, each position of the stem corresponds to a certain passage area equal to the surface difference between the area of the seat hole and the area of the shutter section.

Quando l'otturatore e' adiacente alla sede ne ostruisce completamente il passaggio ed il flusso e' nullo, invece, quando esso e' del tutto estratto, si ottiene il flusso massimo. When the shutter is adjacent to the seat it completely obstructs its passage and the flow is zero, however, when it is completely extracted, the maximum flow is obtained.

Una caratteristica basilare delle valvole di regolazione a globo e' la rangeabilìty, cioè' il rapporto tra la massima e la mìnima portata che la valvola e' in grado di regolare, in condizioni di esercizio determinate e stabili. Tale rapporto assume valori normalmente compresi tra 30:1 e 50:1, in funzione delle caratteristiche meccaniche e della forma del trim. Ciò comporta un limite nell'applicazione di queste valvole laddove i processi richiedono una rangeabilìty maggiore di quella consentita da una sìngola valvola; per superare questo limite e' necessario utilizzare una seconda valvola, installata in parallelo alla prima. La tecnica di utilizzo delle valvole in parallelo per il controllo di una sola variabile di processo e' comunemente definita split-ranging, A basic characteristic of globe control valves is the range, that is the ratio between the maximum and the minimum flow rate that the valve is able to regulate, under determined and stable operating conditions. This ratio normally assumes values between 30: 1 and 50: 1, depending on the mechanical characteristics and the shape of the trim. This involves a limit in the application of these valves where the processes require a greater range than that allowed by a single valve; to overcome this limit it is necessary to use a second valve, installed in parallel with the first. The technique of using valves in parallel for the control of a single process variable is commonly called split-ranging,

Il limite al valore di rangeabilìty e' determinato dalla precisione di posizionamento dell'attuatore il quale, a causa degli effetti sovrapposti di attrito meccanico ed isteresi, non riesce a muovere l'otturatore secondo posizioni infinitesime della corsa. Ciò determina una posizione di apertura mìnima a cui corrisponde una portata minima attraverso la valvola; tale valore e' normalmente l/30÷l/50 della portata massima regolata dalla valvola, da cui deriva il limite della rangeabilìty. The limit to the range value is determined by the positioning accuracy of the actuator which, due to the superimposed effects of mechanical friction and hysteresis, is unable to move the shutter according to infinitesimal positions of the stroke. This determines a minimum opening position which corresponds to a minimum flow rate through the valve; this value is normally l / 30 ÷ l / 50 of the maximum flow rate regulated by the valve, from which the range limit is derived.

La presente invenzione e' rivolta alla soluzione dei problemi descrìtti, consente di superare i limiti suddetti e permette di ottenere, con la valvola di regolazione a globo completa del trìm in oggetto, una rangeabilìty di 100:1, valore sensibilmente maggiore di quello conosciuto. The present invention is directed to the solution of the described problems, allows to overcome the aforesaid limits and allows to obtain, with the globe control valve complete with the trim in question, a range of 100: 1, a value significantly higher than the known one.

Come conseguenza di quanto suddetto, la presente invenzione consente di evitare l'utilizzo una valvola aggiuntiva, a differenza di ciò che avviene nelle applicazioni in cui e<*>richiesta una alta rangeabilìty, quindi di risparmiare risorse economiche per l'acquisto della valvola aggiuntiva e per le relative attività di ingegnerizzazione, costruzione e montaggio del pìping annesso. As a consequence of the above, the present invention makes it possible to avoid the use of an additional valve, unlike what happens in applications where a high range is required, thus saving economic resources for the purchase of the additional valve. and for the related engineering, construction and assembly activities of the annexed pìping.

In Tavola n.l - Figura n.l é visualizzato un assieme meccanico rappresentante una sezione longitudinale di una valvola a globo contenente il trìm oggetto dell'invenzione e composta dai seguenti particolari : - un corpo principale 8 avente due connessioni flangiate alle estremità e recante un condotto di adduzione ed uno di scarico; i condotti sono coassiali e comunicano tra di loro tramite la sede 1; - un corpo intermedio 9 sovrapposto al corpo principale 8 ed unito ad esso tramite bulloni 10; il corpo intermedio 9, così denominato perché è interposto tra corpo principale e servomotore (non rappresentato in figura), contiene lo stelo 7, il supporto 5 degli otturatori e la bussola di guida 6; - lo stelo 7, che collega il gruppo otturatori all'albero de! servomotore e trasmette al gruppo otturatori il moto lineare del servomotore; Table 1 - Figure 1 shows a mechanical assembly representing a longitudinal section of a globe valve containing the trìm object of the invention and consisting of the following details: - a main body 8 having two flanged connections at the ends and bearing an adduction duct and an unloading one; the ducts are coaxial and communicate with each other through seat 1; - an intermediate body 9 superimposed on the main body 8 and joined to it by means of bolts 10; the intermediate body 9, so called because it is interposed between the main body and the servomotor (not shown in the figure), contains the stem 7, the shutter support 5 and the guide bush 6; - the stem 7, which connects the shutter unit to the shaft of! servomotor and transmits the linear motion of the servomotor to the shutter group;

- un trìm ad alta rangeabilìty , come da descrizione seguente. - a high rangeability trìm, as per the following description.

Il trìm ad alta rangeabilìty e' l'oggetto dell'invenzione: esso e' rappresentato in Tavola n.l - Figura n.l alloggiato all'interno della valvola ed è composto dai seguenti particolari: The high range trìm is the object of the invention: it is represented in Table 1 - Figure 1 housed inside the valve and is composed of the following details:

- la sede 1 inserita nel corpo 8 della valvola avente due fori passanti che hanno lo scopo di permettere il flusso all'interno della valvola; - the seat 1 inserted in the valve body 8 having two through holes which have the purpose of allowing the flow inside the valve;

- l'anello di fissaggio 2 della sede , avvitato nel corpo 8 della valvola ed avente io scopo di bloccare la sede in una posizione determinata al fine di ottenere il perfetto allineamento degli otturatori 3 e 4 con i corrispondenti fori; - the seat fixing ring 2, screwed into the valve body 8 and having the purpose of locking the seat in a determined position in order to obtain perfect alignment of the shutters 3 and 4 with the corresponding holes;

- gli otturatori 3 e 4, aventi lo scopo di regolare la portata attraverso i fori praticati nella sede 1; - the shutters 3 and 4, having the purpose of regulating the flow rate through the holes made in the seat 1;

- il supporto 5 degli otturatori, sul quale gli otturatori 3 e 4 sono fissati e che viene avvitato allo stelo 7 della valvola, dal quale viene movimentato; - the obturator support 5, on which the obturators 3 and 4 are fixed and which is screwed to the valve stem 7, from which it is moved;

- la bussola di guida 6, ospita il supporto degli otturatori e ne garantisce l'assialità, quindi il perfetto allineamento fra gii otturatori 3 e 4 e la sede 1. - the guide bush 6 houses the obturator support and guarantees its axiality, therefore the perfect alignment between the obturators 3 and 4 and the seat 1.

Il funzionamento del trìm e ’ il seguente : The operation of the trìm is as follows:

quando la valvola e' chiusa gli otturatori vengono spinti per l'azione del servomotore contro i fori della sede 1; t coni sono l'organo di tenuta. La perdita residua in queste condizioni dipende dalla classe di tenuta della valvola, quindi dal grado di finitura delle superfici di tenuta e dal tipo di materiale usato. L'otturatore 3 ha un profilo tale da determinare una diminuzione del proprio diametro ai l'aumentare della corsa della valvola secondo una legge esponenziale; si verifica quindi un aumento della portata a causa dell'aumento della sezione libera di passaggio. L'otturatore diventa cilindrico esattamente a partire da un punto che rappresenta il 50 % della corsa della valvola. Da questo punto in poi la sezione libera di passaggio intorno all'otturatore 3 rimane costante sino alla corsa massima. when the valve is closed the shutters are pushed by the action of the servomotor against the holes of the seat 1; t cones are the sealing organ. The residual leakage in these conditions depends on the sealing class of the valve, therefore on the degree of finish of the sealing surfaces and on the type of material used. The shutter 3 has a profile such as to cause a decrease in its diameter as the valve stroke increases according to an exponential law; there is therefore an increase in the flow rate due to the increase in the free passage section. The plug becomes cylindrical exactly starting from a point which represents 50% of the valve travel. From this point on, the free passage section around the shutter 3 remains constant up to the maximum stroke.

Essendo gli otturatori vincolati, essi subiscono lo stesso contemporaneo movimento lineare. Since the shutters are constrained, they undergo the same contemporary linear movement.

L'otturatore 4 e’ di sezione cilindrica dal cono di tenuta sino a meta' della propria lunghezza; cio'significa che il contributo in termini di sezione libera di passaggio e' pari a zero per l'otturatore 4 dalla posizione dì valvola chiusa sino a meta<*>corsa. Dalla posizione di meta’ corsa sino a quella di massima corsa, il profilo dell'otturatore 4 e‘ tale da determinare una diminuzione del proprio diametro secondo una legge esponenziale; anche in questo caso si verifica quindi un aumento della portata per l'aumento della sezione libera di passaggio. Raggiunta la posizione di corsa massima sì ottiene la portata massima proporzionale alla somma delle sezioni libere di passaggio. The shutter 4 has a cylindrical section from the sealing cone up to half of its length; this means that the contribution in terms of free passage section is equal to zero for the obturator 4 from the closed valve position up to half stroke. From the position of half stroke up to that of maximum stroke, the profile of the shutter 4 is such as to cause a decrease in its diameter according to an exponential law; also in this case there is therefore an increase in the flow rate due to the increase in the free passage section. Once the maximum stroke position has been reached, the maximum flow rate is obtained which is proportional to the sum of the free passage sections.

Si ottiene quindi un effetto complementare determinato dal profilo caratterizzato degli otturatori. E' importante evidenziare che l'otturatore 3 ha un diametro minore di quello dell'otturatore 4, quindi e' destinato alla regolazione della porzione inferiore del campo di portata in transito. Viceversa, al termine dell'azione dell'otturatore 3 inizia l'azione dell'otturatore 4. Il dimensionamento dei profili degli otturatori consente di ottenere la regolazione della portata secondo una caratteristica equipercentuale ed una ottima stabilita' della portata anche nella zona transitoria di meta' corsa. A complementary effect is thus obtained, determined by the characterized profile of the shutters. It is important to point out that the obturator 3 has a smaller diameter than that of the obturator 4, therefore it is intended for adjusting the lower portion of the flow rate range in transit. Vice versa, at the end of the action of the shutter 3, the action of the shutter 4 begins. ' race.

In Tavola n.Z - Figura n.2 e' rappresentato il trim in posizione di massima apertura; i perni di centraggio 11 permettono alla sede 1 di rimanere bloccata in una predeterminata posizione, affiche' si rispetti l'allineamento tra gli otturatori ed i fori. Il porta otturatori S e' inserito nella bussola di guida 6. Il porta otturatori 5 e' dì sezione quadrata, mentre la bussola di guida 6 e' dì sezione cilindrica ed ha un foro di sezione quadrata, al cui interno scorre il porta otturatori 5; in questo modo gli otturatori 3 e 4 si muovono coassialmente ai fori. La bussola di guida 6 e’ inserita nel relativo alloggiamento ricavato nel corpo intermedio. Table n.Z - Figure n.2 shows the trim in the maximum opening position; the centering pins 11 allow the seat 1 to remain locked in a predetermined position, so that the alignment between the shutters and the holes is respected. The shutter holder S is inserted in the guide bush 6. The shutter holder 5 has a square section, while the guide bush 6 has a cylindrical section and has a hole with a square section, inside which the shutter holder 5 slides. ; in this way the shutters 3 and 4 move coaxially to the holes. The guide bush 6 is inserted in the relative housing obtained in the intermediate body.

In Tavola n.3 - Figura n.3 e<*>rappresentato il trim in posizione di chiusura totale. Table n.3 - Figure n.3 and <*> represent the trim in total closed position.

in Tavola n.4 - Figura n.4 e' raffigurato un particolare dell'otturatore 3, di minore diametro; come si può' notare, il cono di tenuta dell'otturatore e' sollevato dalla sede 1. In questa condizione il fluido attraversa il meato cilindrico che rappresenta la sezione di passaggio tra la parete della sede e quella dell'otturatore, che, per una lunghezza pari a circa il 2,5 % della corsa, e<'>di sezione cilindrica, e consente di ridurre al minimo la portata in transito quando Sa valvola e' lievemente aperta. Questa porzione di corsa non e' da considerare utile ai fini della capacità di regolazione della valvola. Superata la sezione corrispondente al meato cilindrico, che ha un'area di entità' non trascurabile, inizia il profilo di regolazione. Table n.4 - Figure n.4 shows a detail of shutter 3, of smaller diameter; as can be seen, the sealing cone of the shutter is raised from seat 1. In this condition the fluid passes through the cylindrical meatus which represents the passage section between the wall of the seat and that of the shutter, which, for a length equal to about 2,5% of the stroke, and <'> of cylindrical section, and allows to reduce to a minimum the flow rate in transit when the valve is slightly open. This stroke portion is not to be considered useful for the purposes of the valve regulation capacity. After passing the section corresponding to the cylindrical meatus, which has an area of considerable size, the adjustment profile begins.

Questo aspetto e' importante aì fini della determinazione della portata minima regolabile e della rangeabilìty; sommando le superfìci corrispondenti alle sezioni dei meati cilindrici di entrambi gli otturatori e' possibile valutare il corrispondente Cv o coefficiente di portata, che possiamo definire "parassita" perche' non eliminabile a causa delle necessarie tolleranze di lavorazione meccanica. This aspect is important for the purpose of determining the minimum adjustable flow rate and range; by adding the surfaces corresponding to the sections of the cylindrical foramina of both shutters, it is possible to evaluate the corresponding Cv or flow rate coefficient, which we can define as "parasite" because it cannot be eliminated due to the necessary mechanical processing tolerances.

Il trim può' essere costruito con materiali metallici di vario tipo e può' essere adattato a valvole a globo in un campo di dimensioni esteso. The trim can be constructed from metal materials of various types and can be adapted to globe valves in an extended size range.

Claims

CLAIM High performance regulation unit for globe valve The subject of the claim is: 1. a high-performance control unit called trim; 2. the trim as indicated in points 1, suitable for use in globe control valves; 3. the trim as indicated in point 1-2, having a fixed part called the seat and a movable part called the shutter assembly; 4. the trim as indicated in points 1-2-3, characterized by having, unlike the trims built according to the prior art, two shutters instead of one; 5. the trim as indicated in points 1-2-3-4, characterized by having two shutters with exponential profile; 6. the characterized sizing of the shutters as indicated in points 4-5, which allows to maintain the equal percentage adjustment characteristic as in the case of single shutter trims and to extend the adjustable flow limits towards the lower limit; 7. the significant improvement in the regulation capacity of globe valves in general, equipped with the trim as indicated in points 1-2-3-4-5, which allows to reach a range of 100: 1; S. the possibility of extending the invention to globe control valves of various sizes; 9. the advantage of regulating with a single globe control valve, equipped with the aforesaid trim, a flow rate range equivalent to that normally adjustable with two globe control valves built according to the known art.