ITBO20080113A1

ITBO20080113A1 - Regolatore di portata per la regolazione di portata in volume senza energia ausiliaria

Info

Publication number: ITBO20080113A1
Authority: IT
Inventors: Rainer Schmitt
Original assignee: Samson Ag
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2008-09-01
Also published as: DE102007009822B3

Description

REGOLATORE DI PORTATA PER LA REGOLAZIONE DI PORTATA IN VOLUME SENZA ENERGIA AUSILIARIA

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

L’invenzione riguarda un regolatore di portata in volume senza energia ausiliaria per la regolazione di portata in volume, del tipo descritto nel preambolo della rivendicazione 1. Regolatori di portata in volume di questo tipo vengono impiegati per la regolazione della portata in volume in impianti, quali ad esempio impianti di riscaldamento, impianti di ventilazione o impianti di condizionamento dell’aria, in cui per la regolazione non è necessaria alcuna forma di energia ausiliaria. In caso di una differenza rispetto al valore teorico-reale, viene rilasciata una forza che movimenta un cono di valvola. Questi regolatori prendono l’energia necessaria dal mezzo fisico che definisce la portata.

Un problema di questi regolatori consiste tuttavia nel fatto che le proprietà di regolazione peggiorano, in caso di una resistenza idraulica elevata di un impianto; il che può verificarsi ad esempio se nell’impianto è disposto un filtro e se quest’ultimo è molto sporco o ostruito. Scopo dell’invenzione è quello di proporre un regolatore di portata in volume secondo il tipo descritto nel preambolo della rivendicazione 1, il quale superando i suddetti svantaggi, offra proprietà di regolazione migliorate anche in caso di aumento di resistenza idraulica nelle tubazioni dell’impianto.

Questo scopo viene risolto con un regolatore di portata in volume con le caratteristiche della parte caratterizzante della rivendicazione 1 unitamente alle caratteristiche del suo preambolo.

L’invenzione si basa sulla conoscenza secondo cui in caso di aumento della resistenza idraulica di un impianto, la farfalla o cono si può aprire ulteriormente; se tuttavia è stata raggiunta l’apertura massima della farfalla e la resistenza dell’impianto aumenta ancora, la portata in volume non può più essere regolata. In particolare, ciò deriva dal fatto che la portata in volume diminuisce notevolmente o praticamente crolla da una resistenza idraulica determinata. Questo si basa sull’osservazione che da una determinata differenza di pressione, la corsa varia in modo molto veloce o una curva caratteristica di corsa-differenza di pressione aumenta vicino all’arresto della corsa in modo fortemente esponenziale.

In accordo con la presente invenzione, mediante il controllo del circuito di regolazione della corsa massima ammessa nel regolatore di portata in volume si può segnalare in modo vantaggioso un avviso, per indicare che la resistenza idraulica dell’impianto è aumentata eccessivamente, ad esempio a causa di un filtro ostruito.

Con la soluzione secondo l’invenzione si possono evitare ulteriori sensori di portata in volume, per controllare l’ostruzione del filtro, ottenendo così un risparmio. Inoltre, la portata in volume può essere regolata direttamente e indipendentemente dalla pressione differenziale complessiva dell’impianto, finché la resistenza idraulica dell’impianto non aumenta in modo non ammesso.

Inoltre è possibile prevedere una segnalazione di preavviso, allorché le proprietà di regolazione non sono state ancora pregiudicate, ma in cui un filtro è già molto sporco. Ciò è possibile poiché la corsa aumenta in modo molto veloce da una determinata differenza di pressione. Pertanto, un filtro può essere sostituito o pulito tempestivamente senza pregiudicare la funzionalità dell’impianto; il filtro verrebbe ciononostante impiegato al meglio. In una forma di realizzazione del regolatore di portata in volume secondo l’invenzione, vantaggiosamente è previsto che il mezzo di segnalazione sia realizzato come rilevatore elettrico di corsa. In questo modo sono possibili una segnalazione elettrica ed una elaborazione di segnale. Si può quindi determinare un valore di soglia, che si trova poco prima dell’arresto della corsa. Quando questo viene superato, il rilevatore di corsa può rendere disponibile un segnale elettrico di allarme, che può essere determinato in una sala di controllo o simili. Anche la posizione della corsa può essere rilevata e indicata facilmente. È possibile quindi impiegare un indicatore LCD digitale o un altro indicatore digitale o analogico, per indicare inoltre la precisa posizione di corsa del cono di valvola.

Un altro vantaggioso aspetto deriva dal fatto che il rilevatore elettrico di corsa è realizzato come un rilevatore di prossimità per la misurazione di distanza di una asta di accoppiamento metallica dell’azionamento a membrana. Questo tipo di rilevatori di prossimità funziona praticamente senza usura e presenta una durata molto elevata. Inoltre essi non sono soggetti a sporco e altre influenze ambientali e quindi sono robusti. Impiegando l’asta di accoppiamento comunque disponibile del regolatore, la struttura del regolatore deve variare solo minimamente. Il che vale in particolare quando viene inserito un manicotto di fissaggio ad esempio di materiale sintetico nel settore dell’asta di accoppiamento fissata sulla membrana, in cui si può avvitare il rilevatore di prossimità.

In alternativa è possibile impiegare anche altre soluzioni elettriche o elettro-meccaniche. Così in alternativa il mezzo può essere realizzato come elemento di contatto meccanico o come commutatore a contatto.

Opportunamente il mezzo è collegato elettricamente con un elemento di segnalazione o unità di segnalazione elettrici, cosicché viene resa disponibile una segnalazione elettrica della posizione critica della corsa. L’elemento di segnalazione o l’unità di segnalazione può comprendere un indicatore ottico o un indicatore di avviso acustico. Questo facilita la manutenzione dell’impianto.

In alternativa, il mezzo può essere realizzato come indicatore meccanico ottico con un elemento indicatore. Questa soluzione implica costi molto ridotti. Così un’asta di indicazione può essere marcata, per esempio di rosso; possono essere adottate altre soluzioni simili di tipo economico e queste presentano il vantaggio che per l’avviso non è necessaria alcuna forma di energia ausiliaria.

Una struttura particolarmente affermata nella prassi del regolatore di portata in volume risulta quando la farfalla o diaframma viene realizzata regolabile con una vite come mezzo di regolazione del valore teorico della portata in volume. Pertanto è opportuno che sul lato del cono di valvola sia resa disponibile una molla di regolazione tra la membrana e il cono di valvola. In questo modo, le forze di regolazione possono essere definite in modo ottimale e si può ottenere un regolatore proporzionale.

Per realizzare una regolazione di portata in volume senza energia ausiliaria, una estremità della tubazione di comando idraulico è collegata preferibilmente con un lato della camera di membrana non rivolto verso il cono di valvola, mentre l’altra sua estremità è disposta su un lato di pressione che si trova a valle della farfalla o diaframma.

Ulteriori forme di realizzazione vantaggiose dell’invenzione sono definite nelle sottorivendicazioni.

Un esempio di forma di realizzazione viene descritto più dettagliatamente con l’ausilio dei disegni, in cui sono descritti ulteriori perfezionamenti vantaggiosi dell’invenzione e vantaggi della stessa. Le figure mostrano;

la fig. 1 mostra una rappresentazione di un regolatore di portata in volume secondo l’invenzione,

la fig.2 mostra una rappresentazione ingrandita di un particolare del regolatore di portata in volume indicato schematicamente in figura 1 e

la fig.3 mostra una rappresentazione della curva portata in volume/corsa del regolatore. Nelle figure gli stessi elementi sono indicati con gli stessi numeri di riferimento.

La fig.1 mostra una forma di realizzazione preferita di un regolatore 1 di portata in volume secondo l’invenzione senza energia ausiliaria. Tale regolatore serve per la regolazione della portata in volume senza energia ausiliaria in un impianto, come ad esempio un impianto di riscaldamento, ventilazione o condizionamento dell’aria.

Il regolatore 1 di portata in volume comprende una valvola di regolazione 2, che è dotata di una farfalla 3. Al posto della farfalla 3, si può impiegare anche un diaframma. Inoltre, il regolatore 1 presenta un cono 4 di valvola che si muove in funzione della portata in volume indicata in direzione della freccia V. Le superfici attive della farfalla 3 influenzano la portata in volume da regolare. Pertanto, il cono 4 di valvola si può spostare, in modo da aprire o chiudere la valvola 2.

Un mezzo di regolazione, in particolare una vite 5 serve per la regolazione del valore teorico della portata in volume V. In accordo con quanto illustrato ulteriormente in fig.1, è presente un azionamento a membrana 6 con una tubazione di comando 7 idraulico. L’azionamento a membrana 6 consiste di una membrana 8, che è bloccata tra due piatti 9 di membrana mobili. La membrana 8 divide una camera di pressione 10 in due metà 11 e 12 di camera di pressione. Sulla membrana 8 è fissato il cono 4 di valvola, per esempio mediante un’asta conica 19.

Secondo l’invenzione, il regolatore 1 di portata in volume comprende un mezzo 13 per preavvertire o segnalare una posizione critica della corsa del cono 4 di valvola, nel caso in cui il cono 4 di valvola si apre per un aumento della resistenza idraulica nelle tubazioni dell’impianto con conseguente caduta significativa della portata in volume.

Il mezzo 13 può essere realizzato come rilevatore elettrico di corsa, come elemento di contatto meccanico o come indicatore meccanico ottico.

Il mezzo 13 si trova sull’estremità libera di una asta di accoppiamento 14, in particolare un’asta di acciaio inossidabile. Questa è allineata con l’asta conica 19, che sporge attraverso la membrana 8 o membrana di regolazione e sull’altra estremità presenta il cono 4 di valvola. Come mostra la fig. 1, il cono 4 di valvola è collegato con l’asta conica 19 a corsa variabile disposta prevalentemente sul lato di membrana rivolto verso il cono 4 di valvola, l’asta conica 19 essendo collegata con l’asta di accoppiamento 14.

Sul lato del cono di valvola, tra la membrana 8 e il cono 4 di valvola è presente inoltre una molla di regolazione 15. Questa provvede alla forza di regolazione necessaria del cono 4 di valvola. Una estremità 16 della tubazione di comando 7 idraulico è collegata con un lato della camera di membrana non rivolto verso il cono 4 di valvola, mentre la sua altra estremità 17 è disposta su un lato di pressione che si trova prima della farfalla 4.

Il regolatore 1 di portata in volume comprende inoltre un alloggiamento 20 di valvola con viti 26 di alloggiamento, una cappa 21 nel settore della vite 5, per impedire il suo azionamento involontario, una apertura 22 di passaggio di portata e una apertura 23 di passaggio di portata con dadi per raccordi 24 e guarnizioni nonché una sede 25 tra la farfalla 3 e il cono 4 di valvola.

Il regolatore descritto funziona come regolatore proporzionale comandato dal mezzo, ciascuna deviazione dal valore teorico regolato dalla vite 5 essendo associata ad una posizione determinata del cono 4 di valvola. La portata in volume da regolare produce una pressione differenziale sulla superficie della membrana 8 e quindi una forza Fm. Questa forza proporzionale alla grandezza di regolazione – valore reale – viene confrontata sull’asta conica 19 con la forza elastica FS della molla di regolazione 15, regolabile per mezzo della vite 5 di valore teorico. Quando la portata in volume varia, varia anche la forza Fm, cosicché l’asta conica 19 viene spostata finché Fm = FS. Con l’aumento della grandezza di regolazione si chiude la valvola di regolazione 2.

La valvola di regolazione 2 viene attraversata dal fluido in direzione della freccia V. Pertanto, le superfici attive della farfalla 3 regolabile e dal cono 4 di valvola influenzano la portata in volume.

La regolazione della portata in volume descritta viene resa disponibile secondo il procedimento di differenza di pressione. La differenza di pressione ∆pWirk prodotta sulla farfalla 3 viene trasmessa sulla superficie di membrana dell’azionamento a membrana 6. La differenza di forza tra la forza sulla membrana 8 e la forza elastica della molla di regolazione 15 produce una variazione della posizione del cono di valvola. Pertanto, tra la portata in volume, la differenza di pressione ∆pWirk sulla farfalla 3 e la forza Fm sulla membrana 8 esiste la seguente correlazione:

V = K • √ ∆pWirk = K• √ Fm oppure V= K‘•∆pWirk = K‘• Fm

∆pWirk = Fm / A

V = portata in volume

Fm = forza sulla superficie di membrana

∆pWirk = differenza di pressione; in particolare, per la misurazione della portata in volume essa è la caduta di pressione prodotta sulla farfalla

K, K‘ = costanti

A = superficie di membrana

Pertanto la “sovra-pressione che si verifica prima della farfalla 3 viene trasmessa attraverso la tubazione di comando 7 sul “lato-plus”(+) dell’azionamento a membrana 6. La “caduta di pressione” che si verifica dopo la farfalla 3 agisce attraverso un foro nel cono 4 di valvola sul “lato-minus”(-) della membrana 8. Sulla membrana la differenza di pressione ∆pWirk viene praticamente convertita nella forza di regolazione Fm per regolare il cono 4 di valvola. Questa forza Fm serve anche per la regolazione del cono 4 di valvola secondo la forza della molla di regolazione 15.

Per controllare la corsa massima ammessa del circuito di regolazione, il rilevatore elettrico di corsa viene preferibilmente realizzato come rilevatore di prossimità 33 induttivo per la misurazione della distanza dell’asta di accoppiamento 14 metallica dell’azionamento a membrana, come mostrato in fig. 2. L’asta di accoppiamento 14 presenta una possibile corsa D compresa nell’intervallo tra 5 e 10 mm, in particolare tra 6 e 7 mm. Questa è disposta in una porzione 30 di alloggiamento dell’alloggiamento 20 di valvola.

Come mostrato in fig.2, un manicotto di fissaggio 31, in particolare di materiale sintetico, è presente nel settore dell’asta di accoppiamento 14 fissata sulla membrana 8, in cui il rilevatore di prossimità 33 si può avvitare su una estremità di manicotto. L’altra estremità di manicotto può essere avvitata sulla porzione 30 di alloggiamento, e precisamente su un prolungamento 34 di tipo a vite.

Il rilevatore di prossimità 33 può essere collegato elettricamente con un elemento di segnalazione o unità di segnalazione elettrica, cosicché viene resa disponibile una segnalazione elettrica della posizione critica della corsa. Ad esempio dopo l’inserimento del rilevatore di prossimità può essere acceso un indicatore luminoso, come un LED lampeggiante o simili.

La fig.3 mostra una curva caratteristica tipica di ∆p/corsa/portata in volume.

La differenza di pressione ∆p nelle ascisse della curva caratteristica si riferisce all’impianto. La curva caratteristica della corsa è indicata con H.

Quando la resistenza idraulica dell’impianto aumenta a valle del regolatore di valvola 2, il cono 4 si deve aprire di nuovo. Quando viene raggiunta l’apertura di cono massima e la resistenza di impianto aumenta ancora, la portata in volume V non può più essere regolata e cade, come mostra la fig.3.

Qui viene applicata l’invenzione. Controllando una corsa massima ammessa del circuito di regolazione nel regolatore 1 di portata in volume con l’ausilio di un rilevatore di prossimità 33 si può segnalare un avviso “filtro ostruito”. Viene segnalata una posizione critica massima della corsa del circuito di regolazione, prima che la resistenza dell’impianto diventi troppo elevata in particolare a causa di un filtro ostruito.

L’invenzione si contraddistingue poiché un mezzo 13 – rilevatore di prossimità 33 – è presente per preavvertire o segnalare una posizione critica della corsa del cono 4 di valvola, in cui il cono 4 di valvola si apre finché in caso di aumento di resistenza idraulica dell’impianto si verifica una caduta relativamente forte della portata in volume. Il mezzo 13 è collegato attivamente direttamente con il regolatore 1.

LISTA DEI NUMERI DI RIFERIMENTO

1 regolatore di portata in volume

2 valvola di regolazione

3 farfalla

4 cono di valvola

5 vite

6 azionamento a membrana

7 tubazione di comando

8 membrana

9 piatto di membrana

10 camera di pressione

11, 12 metà di camera di pressione

13 mezzo

14 asta di accoppiamento

15 molla di regolazione

16 prima estremità

17 seconda estremità

18 –

19 –

20 alloggiamento di valvola

21 cappa

22 prima apertura di passaggio di portata

23 seconda apertura di passaggio di portata 24 dado per raccordi

25 sede

26 vite di alloggiamento

30 porzione di alloggiamento

31 manicotto di fissaggio

32 –

33 rilevatore di prossimità

34 prolungamento di tipo a vite

H grado di corsa o apertura della valvola D corsa

V portata in volume

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Regolatore (1) di portata in volume senza energia ausiliaria per la regolazione della portata in volume, con una valvola di regolazione (2), che presenta una farfalla (3) o diaframma, un cono (4) di valvola mobile secondo la portata in volume, una molla di regolazione (15) e un mezzo di regolazione per la regolazione del valore teorico della portata in volume, nonché un azionamento a membrana (6), che è dotato di una tubazione di comando (7) idraulico per azionare la membrana (8) e il cono (4) di valvola fissato sulla membrana (8), la portata in volume da regolare essendo influenzata secondo la posizione della farfalla (3) e del cono (4) di valvola, caratterizzato dal fatto di comprendere un mezzo di rilevazione (13) per preavvertire o segnalare una posizione critica della corsa del cono (4) di valvola, in cui il cono (4) di valvola si apre finché in caso di aumento di resistenza idraulica in un impianto a valle della valvola di regolazione (2) si verifica una caduta relativamente forte della portata in volume.
2. Regolatore di portata in volume secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il mezzo (13) è realizzato come rilevatore elettrico di corsa.
3. Regolatore di portata in volume secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il rilevatore elettrico di corsa è realizzato come rilevatore di prossimità (33) induttivo per la misurazione della distanza di una asta di accoppiamento (14) metallica dell’azionamento a membrana (6).
4. Regolatore di portata in volume secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che un manicotto di fissaggio (31) è presente nel settore dell’asta di accoppiamento (14) fissata sulla membrana (8), in cui si può avvitare il rilevatore di prossimità (33).
5. Regolatore di portata in volume secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il mezzo (13) è realizzato come elemento di contatto meccanico.
6. Regolatore di portata in volume secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il mezzo (13) è collegato elettricamente con un elemento di segnalazione o unità di segnalazione elettrici, cosicché viene resa disponibile una segnalazione elettrica della posizione critica della corsa.
7. Regolatore di portata in volume secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il mezzo (13) è realizzato come indicatore meccanico ottico con un elemento indicatore.
8. Regolatore di portata in volume secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la farfalla (3) o diaframma è realizzata regolabile con una vite (5) come mezzo di regolazione per la regolazione del valore teorico della portata in volume.
9. Regolatore di portata in volume secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che sul lato del cono (4) di valvola tra la membrana (8) e il cono (4) di valvola è presente una molla di regolazione (15).
10. Regolatore di portata in volume secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che una estremità della tubazione di comando (7) idraulico è collegata con un lato della camera di membrana non rivolto verso il cono (4) di valvola, mentre l’altra sua estremità è disposta su un lato di pressione che si trova a valle della farfalla (3) o diaframma.
11. Regolatore di portata in volume secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il cono (4) di valvola è collegato con una asta conica (19) a corsa variabile disposta prevalentemente sul lato di membrana rivolto verso il cono (4) di valvola, e l’asta conica (19) è collegata con una asta di accoppiamento (14), preferibilmente di metallo.