ITBS20130124A1

ITBS20130124A1 - Regolatore di pressione

Info

Publication number: ITBS20130124A1
Application number: IT000124A
Authority: IT
Inventors: Geromino Camozzi; Gianluca Gnutti
Original assignee: Camozzi S P A Societa Unipersonale
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-07
Also published as: EP2846210A1; EP2846210B1

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un regolatore di pressione adatto a fornire un fluido a pressione regolata ad un dispositivo operante con un fluido in pressione.

In particolare, l’invenzione trova vantaggiosa applicazione ai regolatori con pilotaggio pneumatico, cioè comandati in pressione.

Come è noto, un regolatore di pressione comprende un corpo di regolatore in cui sono ricavati un condotto di ingresso collegabile ad una sorgente di alimentazione di un fluido in pressione ed un condotto di uscita collegabile a detto dispositivo operante con un fluido in pressione; nel corpo di regolatore è inoltre ricavata una sede valvola tra il condotto di ingresso ed il condotto di uscita. Una valvola è movibile assialmente tra una posizione di apertura e una posizione di chiusura di detta sede valvola per consentire o interrompere il passaggio di fluido dal condotto di ingresso al condotto di uscita. Una membrana di regolazione, sottoposta superiormente ad una pressione di pilotaggio corrispondente alla pressione desiderata e inferiormente alla pressione da regolare, è operativamente collegata a detta valvola in modo tale che un aumento della pressione di pilotaggio sulla membrana provochi un’apertura della sede valvola. In un regolatore di tipo a comando manuale, la pressione di pilotaggio è data da una molla posta in una camera di pilotaggio, normalmente a pressione atmosferica, al di sopra della membrana. Il carico della molla è regolabile agendo manualmente su una manopola di regolazione.

In presenza di un eccesso di pressione sotto la membrana, ad esempio causata dal ritorno di una movimentazione di un attuatore pneumatico, il regolatore reagisce scaricando la sovrapressione attraverso un foro realizzato nella membrana; la pressione in eccesso si riversa nella camera della molla per poi uscire in ambiente attraverso un foro ricavato nel corpo di regolatore.

In un regolatore comandato in pressione, la pressione di pilotaggio agente in una camera di pilotaggio sul lato superiore della membrana è controllata da un regolatore di pilotaggio pneumatico comprendente una valvola di carico, una valvola di scarico, ed una centralina di controllo che comanda dette valvole di carico e di scarico ad aumentare o ridurre la pressione nella camera di pilotaggio sulla base di un’informazione relativa alla pressione presente nel condotto di uscita del regolatore.

In un’altra forma di realizzazione di regolatore comandato in pressione, la pressione di pilotaggio agente in una camera di pilotaggio sul lato superiore della membrana può essere controllata da un separato regolatore di tipo a comando manuale o pneumatico, la cui pressione regolata che ne esce, attraverso un opportuno sistema di collegamento, viene utilizzata come pressione della camera di pilotaggio del regolatore con pilotaggio pneumatico.

In entrambe le tipologie descritte di regolatore comandato in pressione, il sistema di scarico sopra descritto non si può applicare in quanto si introdurrebbe una sovrapressione al di sopra della membrana che si andrebbe a sommare alla pressione di pilotaggio già presente, alterandola e pregiudicando la regolazione voluta.

Per riuscire a scaricare la pressione in eccesso senza alterare il valore della pressione di pilotaggio sono stati proposti alcuni sistemi di scarico. Ad esempio una forma di realizzazione prevede di ricavare una camera “isolata” tra due membrane solidali tra loro; in questo modo la pressione di pilotaggio agisce sulla membrana superiore, la pressione regolata sulla membrana inferiore e lo scarico della sovrapressione si va a scaricare nella camera di mezzo per poi uscire attraverso un foro in ambiente, non condizionando quindi il pilotaggio.

È evidente tuttavia come tale soluzione tecnica comporti una maggiore complessità del regolatore e/o una minore sensibilità nella regolazione, a causa dell’utilizzo di una doppia membrana.

Un’altra forma di realizzazione prevede di scaricare la pressione in eccesso attraverso un foro di scarico ricavato in uno stelo associato alla valvola e impegnante la membrana. Questa soluzione richiede necessariamente l’utilizzo di opportune valvole, di costruzione complessa, e l’isolamento di tali valvole dal condotto di ingresso collegato ad una sorgente di alimentazione di un fluido in pressione. Il mancato o imperfetto isolamento della valvola, infatti, porta ad aumentare i consumi del fluido di alimentazione e potrebbe, al tempo stesso, alterare la pressione regolata.

Scopo della presente invenzione è quello di proporre un regolatore di pressione, in particolare un regolatore a comando pneumatico, in grado di scaricare la pressione in eccesso senza condizionare la pressione di pilotaggio e che sia al tempo stesso di semplice costruzione e quindi affidabile e preciso.

Detto scopo è conseguito con un regolatore di pressione secondo la rivendicazione 1. Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione preferite dell’invenzione.

Le caratteristiche e i vantaggi del regolatore di pressione secondo l’invenzione risulteranno comunque evidenti dalla descrizione di seguito riportata di suoi esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle allegate figure, in cui:

- Le figure 1 e 1a illustrano in sezione assiale, secondo due diversi piani di sezione ortogonali tra loro, il regolatore di pressione secondo l’invenzione in una condizione di equilibrio;

- La figura 2 illustra, in sezione, il regolatore all’avvio o in una situazione di aumento della pressione regolata;

- La figura 3 illustra, in sezione, il regolare in una condizione di riduzione della pressione regolata o di scarico di una pressione in eccesso; e

- La figura 4 è una sezione assiale, corrispondente alla sezione di figura 1a, di un regolatore in una variante di realizzazione.

In detti disegni, con 1; 100 è stato indicato un regolatore di pressione secondo l’invenzione nel suo complesso. Nel prosieguo della descrizione, gli elementi comuni alle diverse forme di realizzazione descritte sono stati indicati con gli stessi numeri di riferimento.

Il regolatore 1; 100 comprende un corpo di regolatore 10 in cui sono ricavati un condotto di ingresso 12 collegabile ad una sorgente di alimentazione di un fluido in pressione ed un condotto di uscita 14 collegabile ad un dispositivo operante con un fluido in pressione, ad esempio un cilindro.

Nel corpo di regolatore 10 è inoltre ricavata una sede valvola principale 16 tra il condotto di ingresso 12 ed il condotto di uscita 14. A detta sede valvola principale 16 è associata una valvola principale 18 spostabile assialmente tra una posizione di apertura e una posizione di chiusura di detta sede valvola principale 16 per consentire o interrompere il passaggio di fluido dal condotto di ingresso 12 al condotto di uscita 14.

In una forma di realizzazione, i condotti di ingresso 12 e di uscita 14 sono orientati secondo direzioni parallele tra loro, ad esempio coassiali, mentre la sede valvola principale 16 ha un asse di sede ortogonale a detti condotti.

Nel prosieguo della descrizione, i termini “superiore” ed “inferiore” faranno riferimento al regolatore di pressione montato in posizione verticale, come rappresentato nei disegni, con i mezzi di regolazione della pressione di pilotaggio posizionati sulla sommità del corpo di regolatore 10.

In una forma preferita di realizzazione, lo spostamento della valvola principale 18 dalla posizione di chiusura alla posizione di apertura è uno spostamento verso il basso. La valvola principale 18 è influenzata da un mezzo elastico, ad esempio una molla elicoidale 20, ad assumere la posizione di chiusura della sede valvola 16.

Nel corpo di regolatore 10, ad esempio in una sua porzione superiore distanziata dai condotti di ingresso 12 e uscita 14 e dalla sede valvola principale 16, è ricavata una camera di membrana 22 in cui è alloggiata una membrana di regolazione 24. Il bordo periferico esterno della membrana 24 è trattenuto in un recesso anulare 26 ricavato in una parete interna della camera di membrana 22. Ad esempio, detto recesso anulare 26 è ottenuto dall’accoppiamento tra una porzione superiore 10’ ed una porzione inferiore 10” del corpo di regolatore 10. La membrana 24 e la porzione superiore della camera di membrana definiscono una camera superiore di pilotaggio 28. La membrana 24 e la porzione inferiore della camera di membrana definiscono una camera inferiore di scarico 30.

In una forma di realizzazione, la membrana 24 è trattenuta tra una coppia di elementi a disco 32, 34. Più in dettaglio, sia la membrana 24 sia l’elemento a disco superiore 32 presentano un’apertura centrale in cui è inserita una porzione centrale rialzata 34’ dell’elemento a disco inferiore 34.

La camera superiore di pilotaggio 28 è adatta a ricevere un fluido ad una pressione di pilotaggio. Tale fluido alla pressione di pilotaggio agisce quindi sul lato superiore della membrana di regolazione 24. La camera inferiore di scarico 30 è in comunicazione fluidica con il condotto di uscita 14.

Da notare che nella presente descrizione si definisce per semplicità “membrana” tutto l’assieme alloggiato nella camera di membrana 22, elementi a disco o altri mezzi di supporto della membrana compresi, che si sposta verticalmente verso il basso sotto l’azione del fluido in pressione nella camera di pilotaggio 28 e verso l’alto in presenza di una sovrapressione nella camera di scarico 30.

In accordo con un aspetto dell’invenzione, la camera inferiore di scarico 30 è in comunicazione fluidica con l’ambiente esterno per il tramite di un tubo di scarico 40. Attraverso detto tubo di scarico 40 è quindi possibile scaricare una pressione in eccesso presente nel condotto di uscita 14.

In accordo con una forma generale di realizzazione, la membrana 24 è operativamente collegata alla valvola principale 18 in modo tale che un aumento della pressione di pilotaggio sulla membrana provochi un’apertura della sede valvola principale 16.

Inoltre, alla valvola principale 18 è operativamente collegato un otturatore scarico 50 adatto ad impedire il passaggio di fluido attraverso il tubo di scarico 40 quando la membrana 24 è in una condizione di equilibrio o all’aumentare della pressione di pilotaggio, e a permettere il passaggio di fluido attraverso detto tubo di scarico 40 in presenza di una pressione in eccesso agente sul lato inferiore della membrana 24.

In una forma preferita di realizzazione, la membrana 24 è attraversata da un passaggio assiale di scarico 42 alla cui porzione superiore sfociante nella camera di pilotaggio 20 è collegato il tubo di scarico 40. Ad esempio, detto passaggio assiale di scarico 42 è ricavato nella porzione centrale sporgente 34’ dell’elemento a disco inferiore 34.

In una forma preferita di realizzazione, il tubo di scarico 40 attraversa la camera di pilotaggio 28 e sfocia in atmosfera passando attraverso un foro di scarico 44 ricavato in una parete del corpo di regolatore che delimita una porzione superiore della camera di pilotaggio 28. L’estremità del tubo di scarico sfociante dal corpo di regolatore può essere provvista di un raccordo 45.

Vantaggiosamente, il tubo di scarico 40 ha un corpo in un materiale morbido, ad esempio gomma, che non ostacola gli spostamenti della membrana di regolazione. Le opportune scelte dimensionali degli elementi di fissaggio del tubo di scarico e la scelta opportuna dei materiali del tubo (che deve essere molto morbido) e della membrana fanno sì che la presenza del tubo di scarico non influenzi il movimento assiale della membrana 24.

In una forma preferita di realizzazione, in cui la sede valvola principale 18 è coassiale alla membrana di regolazione 24, l’otturatore scarico 50 è vincolato assialmente alla valvola principale 18 ed ha un’estremità superiore 52 adatta ad impegnare a tenuta la porzione inferiore di detto passaggio assiale 42. Più in dettaglio, l’otturatore scarico 50 ha una forma allungata, a guisa di asta, che si estende dalla valvola principale 18 alla membrana 24. L’estremità inferiore dell’otturatore può essere sagomata per agganciarsi a scatto alla valvola principale 18. Ad esempio, detta estremità inferiore ha almeno due bracci terminali elastici 54 adatti ad inserirsi in un foro assiale ricavato nella valvola principale 18 e ad impegnare un sottosquadro 18’ presente nella parete interna di tale foro. L’estremità inferiore dell’otturatore 50 può inoltre avere, in posizione più arretrata rispetto a detti bracci elastici 54, un collare di spinta 56 adatto ad andare a riscontro di una porzione a flangia 18” della valvola principale 18. In una forma di realizzazione, l’estremità superiore 52 dell’otturatore 50 ha una forma convessa e la porzione inferiore del foro assiale 42 della membrana 24 ha una forma svasata adatta a ricevere detta estremità concava 52 dell’otturatore scarico.

In una forma preferita di realizzazione illustrata nelle figure 1-3, la pressione nella camera di pilotaggio 28 è controllata da un regolatore di pilotaggio pneumatico 60 comprendente una valvola di carico 62, una valvola di scarico 64, ed una scheda elettronica di controllo 66 che comanda dette valvole di carico 62 e di scarico 66 ad aumentare o ridurre la pressione nella camera di pilotaggio sulla base di un’informazione relativa alla pressione presente nel condotto di uscita 14 del regolatore.

In una forma preferita di realizzazione, detto regolatore di pilotaggio pneumatico 60 è applicato al corpo di regolatore 10. Ad esempio, come illustrato nei disegni, il regolatore di pilotaggio 60 è alloggiato in un involucro 68 fissato, ad esempio mediante viti, alla sommità del corpo di regolatore 10.

In una forma di realizzazione, il regolatore di pilotaggio pneumatico 60 comprende un sensore di pressione 70 in collegamento fluidico con il condotto di uscita 14 e operativamente collegato alla scheda elettronica di controllo 66.

Ad esempio, nel corpo di regolatore 10 sono ricavati un canale di carico 72 che collega fluidicamente il condotto di ingresso 12 con la valvola di carico 62 ed un canale di rilevazione pressione 74 che collega fluidicamente il condotto di uscita 14 con il sensore di pressione 70.

Pertanto, tra la sommità del corpo di regolatore 10 e la base del regolatore di pilotaggio pneumatico 60 è ricavata un’interfaccia pneumatica 76 che permette di porre in collegamento fluidico le valvole di carico 62 e di scarico 64 con la camera di pilotaggio 28, il condotto di ingresso 12 con la valvola di carico 62 ed il condotto di uscita 14 con il sensore di pressione 70.

In una variante di realizzazione illustrata nella figura 4, la pressione nella camera di pilotaggio 28 è gestita da un separato regolatore di pilotaggio di tipo a comando manuale o pneumatico (non rappresentato), collocato perificamente e collegato al regolatore di pressione 100 da opportuni sistemi di collegamento. A tal scopo, la porzione superiore 10’ del corpo di regolatore 10 è munita di un raccordo 110 di collegamento fluidico al regolatore di pilotaggio separato e comunicante con la camera di pilotaggio 28. La pressione nella camera di pilotaggio 28 è controllata direttamente dal regolatore di pilotaggio periferico, il quale interviene aumentando o riducendo la pressione nella camera di pilotaggio 28 sulla base di un’informazione relativa alla pressione presente a valle del condotto di uscita 14 del regolatore tramite opportuni sistemi di lettura della pressione.

In questa forma di realizzazione, i mezzi di alimentazione del regolatore di pressione e del regolatore di pilotaggio sono indipendenti tra loro. Di seguito verrà brevemente spiegato il funzionamento del regolatore con particolare riferimento alla forma di realizzazione con regolatore di pilotaggio incorporato.

All’avvio, nel condotto di ingresso 12 del corpo di regolatore 10 è presenta una pressione applicata a monte del regolatore. La valvola principale 18 è in posizione di chiusura della sede valvola principale 16 e l’aria in ingresso passa solo attraverso il canale di carico 72 verso la valvola di carico 62. La scheda elettronica di controllo 66 sente, grazie al sensore di pressione 70, una pressione nulla nel condotto di uscita 14 del corpo di regolatore. Pertanto, la scheda di controllo 66 comincia a pilotare la valvola di carico 62, ad esempio in modalità PWM, in modo tale da aumentare la pressione nella camera di pilotaggio 28, ovvero sopra alla membrana 24. Di conseguenza, la camera di pilotaggio si pressurizza muovendo verso il basso la membrana 24, l’otturatore scarico 50 e la valvola principale 18. A questo punto, si apre il passaggio tra il condotto di ingresso 12 ed il condotto di uscita 14 e la pressione in uscita comincia a crescere (figura 2). Una volta raggiunta la pressione desiderata, la valvola principale si porta in posizione di equilibrio, come rappresentato nelle figure 1 e 1a. Nel caso si debba variare la pressione in uscita, la scheda elettronica di controllo 66 comanda le due valvole di carico 62 e di scarico 64 a pressurizzare o scaricare la camera di pilotaggio 28. Se è richiesto un aumento di pressione, viene azionata la valvola di carico 62 e il regolatore si comporta come nella situazione di avvio sopra descritta. Se invece è richiesta una diminuzione di pressione in uscita al regolatore, viene azionata la valvola di scarico 64, che riduce la pressione all’interno della camera di pilotaggio 28. La membrana 24 si muove di conseguenza verso l’alto permettendo alla pressione in eccesso di essere scaricata attraverso il tubo di scarico 40 (figura 3), fino al raggiungimento di una nuova situazione di equilibrio, in cui il tubo di scarico 40 viene nuovamente occluso dall’otturatore scarico, a causa dell’abbassamento della membrana dovuto alla riduzione della pressione nel condotto di uscita.

Qualora si verificasse invece un eccesso di pressione (sovrapressione) sotto la membrana, ad esempio a causa di un ritorno di una movimentazione di un cilindro, la membrana 24 tende a muoversi verso l’alto staccandosi dall’otturatore scarico 50. Pertanto, il regolatore reagisce scaricando la sovrapressione attraverso il tubo di scarico 40, senza influenzare la pressione di pilotaggio del fluido presente nella camera di pilotaggio 28.

Il regolatore secondo l’invenzione permette di conseguire gli scopi prefissati di effettuare una corretta regolazione della pressione in eccesso con una struttura del dispositivo particolarmente semplice e composta da un ridotto numero di componenti, a vantaggio dell’affidabilità e delle operazioni di assemblaggio.

Inoltre, sono ridotti gli attriti rispetto alle soluzioni tecniche a doppia membrana ed è mantenuta un’elevata sensibilità nella regolazione, in quanto le spinte dell’aria regolata e di quella di pilotaggio si oppongono tra loro.

Alle forme di realizzazione del regolatore secondo l’invenzione un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potrà apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni. Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione può essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Regolatore di pressione (1; 100) per fornire un fluido a pressione regolata ad un dispositivo operante con un fluido in pressione, il regolatore comprendendo: - un corpo di regolatore (10) in cui sono ricavati un condotto di ingresso (12) collegabile ad una sorgente di alimentazione di un fluido in pressione ed un condotto di uscita (14) collegabile a detto dispositivo operante con un fluido in pressione; - una sede valvola principale (16) ricavata nel corpo di regolatore tra il condotto di ingresso ed il condotto di uscita; - una valvola principale (18) spostabile assialmente tra una posizione di apertura e una posizione di chiusura di detta sede valvola principale (16) per consentire o interrompere il passaggio di fluido dal condotto di ingresso al condotto di uscita; - una membrana di regolazione (24) posta in una camera di membrana (22) in modo da delimitare una camera superiore di pilotaggio (28), adatta a ricevere un fluido ad una pressione di pilotaggio, ed una camera inferiore di scarico (30), in comunicazione fluidica con il condotto di uscita (14), detta membrana di regolazione (24) essendo operativamente collegata a detta valvola principale (18), in modo tale che un aumento della pressione di pilotaggio sulla membrana provochi un’apertura della sede valvola principale (16); in cui la camera inferiore di scarico (30) è in comunicazione fluidica con l’ambiente esterno per il tramite di un tubo di scarico (40) per lo scarico di una pressione in eccesso in detta camera inferiore di scarico (30), e in cui alla valvola principale (18) è operativamente collegato un otturatore scarico (50) adatto ad impedire il passaggio di fluido attraverso detto tubo di scarico (40) quando la membrana di regolazione (24) è in una condizione di equilibrio o all’aumentare della pressione di pilotaggio e a permettere il passaggio di fluido attraverso detto tubo di scarico in presenza di una pressione in eccesso agente sul lato inferiore della membrana.
2. Regolatore secondo la rivendicazione 1, in cui la membrana di regolazione (24) è attraversata da un passaggio assiale di scarico (42) alla cui porzione superiore sfociante nella camera di pilotaggio (28) è collegato il tubo di scarico (40).
3. Regolatore secondo la rivendicazione precedente, in cui la sede valvola principale (16) è coassiale alla membrana di regolazione (24), e in cui l’otturatore scarico (50) è vincolato assialmente alla valvola principale (16) ed ha un’estremità superiore adatta ad impegnare a tenuta la porzione inferiore di detto passaggio assiale (42).
4. Regolatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la valvola principale (18) è influenzata elasticamente ad assumere la posizione di chiusura della sede valvola principale (16).
5. Regolatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la pressione nella camera di pilotaggio è controllata da regolatore di pilotaggio pneumatico (60) comprendente una valvola di carico (62), una valvola di scarico (64), ed una scheda elettronica di controllo (66) che comanda dette valvole di carico e di scarico ad aumentare o ridurre la pressione nella camera di pilotaggio sulla base di un’informazione relativa alla pressione presente nel condotto di uscita del regolatore.
6. Regolatore secondo la rivendicazione precedente, in cui detto regolatore di pilotaggio pneumatico (60) è applicato al corpo di regolatore (10).
7. Regolatore secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui il regolatore di pilotaggio pneumatico (60) comprende un sensore di pressione (70) in collegamento fluidico con il condotto di uscita (14) e operativamente collegato alla scheda elettronica di controllo (66).
8. Regolatore secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui nel corpo di regolatore è ricavato un canale di carico (72) che collega fluidicamente il condotto di ingresso (12) con la valvola di carico (62).
9. Regolatore secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui nel corpo di regolatore è ricavato un canale di rilevazione pressione (74) che collega fluidicamente il condotto di uscita (14) con il sensore di pressione (70).
10. Regolatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui la pressione nella camera di pilotaggio (28) è controllata da un separato regolatore di pilotaggio di tipo a comando manuale o pneumatico, che interviene aumentando o riducendo la pressione nella camera di pilotaggio sulla base di un’informazione relativa alla pressione presente a valle del condotto di uscita (14), il corpo di regolatore essendo munito di un raccordo (110) di collegamento fluidico a detto regolatore di pilotaggio separato, detto raccordo (110) essendo comunicante con la camera di pilotaggio (28).
11. Regolatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il tubo di scarico (40) ha un corpo in un materiale morbido che attraversa la camera di pilotaggio (28) in modo da permettere gli spostamenti della membrana di regolazione (24).