ITGE20000089A1 - Valvola, in particolare per compressori, con otturatore a profilo sagomato. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: “Valvola, in particolare per compressori, con otturatore a profilo sagomato”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una valvola, preferibilmente una. valvola per compressori, ed in particolare riguarda una valvola provvista di otturatore con profilo sagomato.

Le valvole per compressori di tipo attualmente in uso sono di norma valvole automatiche, costituite da una sede di valvola costituita da una piastra in cui sono ricavati una pluralità di canali di flusso coassiali, che possono essere concentrici o non concentrici. Nel caso di canali di flusso concentrici, l’otturatore è in genere un organo costituito da una pluralità di elementi sostanzialmente anulari, che possono avere un profilo con caratteristiche diverse; tali otturatori vengono azionati da molle che fungono da contrasto alle pressioni in gioco. Gli anelli a profilo piano presentano le migliori caratteristiche sia dal punto di vista dell’efficacia della tenuta, vista l’ampia superficie di tenuta, che in relazione all’usura ed alle deformazioni dell’anello dovute per esempio ad escursioni termiche; inoltre in genere, gli anelli piani offrono, a parità di alzata della valvola, una maggiore sezione di passaggio. D’altro canto, questo tipo di otturatori presenta una bassa efficienza fluidodinamica, dovuta alle consistenti turbolenze che si vengono a creare nel flusso incontrando una superficie piana.

Nel brevetto US-A-3536094 è descritta una valvola per compressore in cui l’otturatore è costituito da anelli concentrici aventi la superficie che impegna i canali della sede di valvola convessa. Più in generale, soluzioni analoghe a questa ottengono un migliore rendimento dal punto di vista fluidodinamico, con inferiori perdite di pressione. Tuttavia, su questo tipo di anelli, vista la minore superficie di tenuta rispetto a quelli piani, l’azione dell’usura e delle deformazioni dovute alle variazioni di temperatura può portare· a perdite della tenuta stessa, compromettendo il funzionamento dei compressori in cui dette valvole sono utilizzate. Una soluzione analoga al problema è fornita anche nel brevetto US-A-4924906.

Scopo della presente invenzione è quindi fornire una valvola per compressori in cui sia le caratteristiche di tenuta sia l’efficienza fluidodinamica siano ottimizzate rispetto a quanto noto allo stato della tecnica, migliorando da entrambi i punti di vista le prestazioni della valvola ed assicurando quindi un migliore funzionamento al compressore in cui dette valvole sono utilizzate.

Secondo un noto effetto fluidodinamico denominato, dal nome del suo scopritore, effetto Coanda, un fluido turbolento può essere guidato facilmente da pressioni pilota dovute a flussi agenti sul fluido stesso. Il mezzo gassoso che attraversa una valvola di tipo noto si trova, in buona parte, in situazione di moto turbolento, a causa delle numerose discontinuità geometriche che il gas incontra nell’attraversare i canali di valvola.

Oggetto della presente invenzione è pertanto una valvola, preferibilmente per compressori, comprendente una sede in cui sono realizzati una o più luci di flusso, disposte con asse parallelo a quello di detta sede, ed un organo otturatore, mobile lungo una direzione parallela all’asse di detta sede, comprendente uno o più elementi otturatori atti a cooperare con dette luci ricavate in detta sede, caratterizzata dal fatto che ciascun elemento otturatore presenta, in corrispondenza del lato rivolto verso dette luci, un profilo concavo simmetrico rispetto all’asse della rispettiva luce.

In una forma esecutiva preferita dette luci di flusso sono realizzate coassiali e concentriche, e detti elementi otturatori sono elementi anulari.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche del dispositivo secondo la presente invenzione risulteranno più evidenti dalle seguente descrizione dettagliata di alcune forme esecutive della medesima, eseguita, a scopo esemplificativo e non limitativo, con riferimento alle tavole di disegni allegati, in cui;

la figura 1 è una vista in prospettiva con parti in sezione di un particolare di una prima forma esecutiva della valvola secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una vista in prospettiva di otturatore a disco realizzato secondo la presente invenzione;

la figura 3 è una vista in sezione dell’otturatore illustrato in figura 2;

la figura 4 è una vista in prospettiva di un otturatore ad anelli realizzato secondo la presente invenzione;

la figura 5 è un diagramma schematico relativo ad una analisi di flusso condotta sul modello di valvola secondo la presente invenzione; e

la figura 6 è un diagramma schematico relativo ad una analisi di flusso condotta su di un modello di valvola di tipo ad otturatori piani.

La figura 1 è una rappresentazione schematica di un particolare della valvola secondo l’invenzione; con 1 è designato un elemento otturatore, affacciato alla sede di valvola 2 e mobile lungo una direzione parallela all’asse della luce 102 formata in detta sede. La faccia dell’elemento 1 rivolta verso la luce 102 è una parete piana 101 su cui è ricavata una cavità 1 1 1 simmetrica rispetto all’asse della luce 102 della sede 2, e nello specifico formata a calotta sferica. Lungo il bordo perimetrale esterno della parete 101 dell’elemento otturatore 1 è realizzata la superficie 201 , rastremata sull’estremità dell’otturatore rivolta verso la luce 102. Analogamente, sul bordo di uscita della luce 102 è formata la superficie 202 rastremata verso il canale della luce 102 medesima.

In figura 2 è illustrato un otturatore 20 a disco analogo a quelli di tipo noto utilizzato nelle valvole per compressori; gli elementi anulari 3 sono collegati tra loro tramite i ponticelli 303. Nella figura 3, l’otturatore 20 è illustrato in sezione, e si possono notare la parete piana 103 di tenuta degli elementi anulari 3 e la concavità 1 13 in essa ricavata.

Nella figura 4 è illustrato un particolare della valvola con otturatori ad anelli secondo la presente invenzione; con 4 è indicata la sede della valvola, in cui sono ricavate le luci 104 anulari, coassiali e concentriche tra loro. Gli elementi otturatori sono costituiti dagli anelli 3, come quelli illustrati nella figura 2, di cui nella figura sono illustrate delle porzioni; gli anelli 3, coassiali e concentrici tra loro, presentano sul lato rivolto verso la rispettiva luce 104, una parete piana 103 che conferisce la tenuta rispetto alla sede 4; in detta parete è formata una cavità 113 simmetrica rispetto all’a sse della luce 104, a sezione concava. Il bordo periferico esterno della parete 103 presenta la superficie 203 ; analogamente il bordo periferico esterno della luce 104 presenta la superficie 204, rastremata verso l’interno della luce 104 medesima.

Il funzionamento della valvola secondo l’invenzione apparirà evidente con l’ausilio delle figure 5 e 6 allegate. In figura 5 è schematizzata una analisi bidimensionale di flusso di una valvola secondo la presente invenzione; i numerali di riferimento assegnati corrispondono a quelli della forma esecutiva della figura 4; la simulazione è stata eseguita modellando un canale e relativo anello otturatore e supponendo un flusso d’aria d’ingresso con velocità di 10 m/sec e sbocco a valle in atmosfera. Come si può notare, nella zona della cavità 1 13 dell’elemento otturatore, l’anello 3, viene a crearsi una sorta di cuscino gassoso 12 originato dal flusso 10 proveniente dalla luce 104. Questo cuscino 12 favorisce la formazione delle due linee principali di flusso 1 1 ai lati dell’elemento otturatore 3. Nelle due zone ai lati della luce 104 si instaurano di conseguenza delle sacche 13 che limitano di fatto la tortuosità del percorso delle linee 11 e ne consentono un più rapido scorrimento. In pratica, il cuscino gassoso 12 si comporta in modo analogo ad una sagomatura convessa rivolta verso la luce 104 della sede 4, senza però presentarne gli inconvenienti. Infatti la tenuta tra la sede 4 e l’elemento otturatore 3 avviene per contatto della sede medesima con la parete piana 103 dell’elemento otturatore, evitando in questo modo i problemi tipici degli otturatori ad anelli convessi, legati alle deformazioni da usura e da escursioni termiche, nonché alle limitate dimensioni delle superfici di tenuta.

Vantaggiosamente, le superfici rastremate 203 dell’elemento otturatore e 204 della luce rendono più agevole e meno turbolento il percorso delle linee di flusso 1 1.

L’elemento otturatore, sia del tipo illustrato nella forma esecutiva della figura 1 che in quella delle figure 2 e 4, può essere realizzato in materiale termoplastico; in particolare utilizzando materiali ad elevate proprietà meccaniche, quale ad esempio polietereterchetoni (PEEK™) caricato con fibra di vetro, C o simili.

In figura 6 è illustrata come riferimento una prova analoga a quella della figura 5, eseguita su di una valvola provvista di anello otturatore 5 il cui lato rivolto verso la luce 106 della sede 6 presenta unicamente la parete piana 105. Questo anello otturatore 5 presenta le medesime caratteristiche di tenuta dell’anello 3 della valvola dell’invenzione, tuttavia l’analisi del flusso gassoso all’interno dei canali di valvola porta a risultati assai differenti. Infatti, come risulta dalla figura, il flusso gassoso 20 incontra la parete piana 105, su cui si origina il modesto cuscinetto gassoso 22, specialmente se paragonato a quello illustrato nella figura 5; in questa situazione i flussi 21 presentano un percorso assai più tortuoso, anche a causa dell’esiguità delle zone 23 ai lati della luce 106, e quindi le perdite di carico causate da queste carenze fluidodinamiche saranno piuttosto accentuate, come già si era detto in premessa.

La valvola concepita secondo la presente invenzione garantisce quindi buoni risultati dal punto di vista fluidodinamico, con un rilevante contenimento delle perdite di carico legate alle turbolenze tipiche nelle valvole ad otturatori piani, presentando al contempo prestazioni di tenuta confrontabili con quelle di questi ultimi.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Valvola, preferibilmente per compressori, comprendente una sede (2; 4) in cui sono realizzati una o più luci (102; 104) di flusso, disposte con asse parallelo a quello di detta sede (2;4), ed un organo otturatore, mobile lungo una direzione parallela all’asse di detta sede, comprendente uno o più elementi otturatori (1 ; 3) atti a cooperare con dette luci (102; 104) ricavate in detta sede (2; 4), caratterizzata dal fatto che ciascun elemento otturatore (1 ; 3) presenta, in corrispondenza del lato rivolto verso detta luce (102; 104), un profilo concavo (1 1 1 ; 113) simmetrico rispetto all’asse della rispettiva luce.
2. 2. Valvola secondo la rivendicazione 1 , in cui detto profilo concavo (1 1 1 ; 1 13) è ricavato su di una parete (101 ; 103) sostanzialmente piana atta a conferire una tenuta frontale rispetto a detta sede (2; 4).
3. 3. Valvola secondo la rivendicazione 2, in cui detto elemento otturatore ( 1 ; 3) presenta, in corrispondenza del bordo periferico di detta parete piana (101 ; 103) una superficie (201 ; 203) rastremata verso detta parete piana (101 ; 103).
4. 4. Valvola secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta profilo concavo ( 1 1 1 ; 1 13) è formato sostanzialmente ad arco di circonferenza.
5. 5. Valvola secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 2 a 4, in cui detta luce ( 102; 104) presenta, in corrispondenza del suo bordo di uscita, una superficie (202; 204) rastremata verso l’estremità opposta di detta luce (102; 104).
6. 6. Valvola secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui dette luci di flusso (104) sono realizzate in detta sede (4) coassiali e concentriche, e detti elementi otturatori sono elementi anulari (3).
7. 7. Valvola secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui dette luci di flusso (104) sono realizzate in detta sede (4) coassiali e concentriche, e l’elemento otturatore è costituito da un disco in cui sono realizzate analoghe luci di flusso nonché una serie di profili concavi rivolti verso la sede (4), in corrispondenza delle luci di flusso (4).
8. 8. Valvola secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti in cui detti elementi otturatori (1 ; 3) sono realizzati in materiale ad elevate proprietà meccaniche, quale ad esempio polietereterchetoni (PEEK™) caricato con fibra di vetro, C o simili.