ITMI20120234A1 - Valvola di regolazione a recupero di energia - Google Patents

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale dal titolo:

“VALVOLA DI REGOLAZIONE A RECUPERO DI ENERGIAâ€

DESCRIZIONE

[CAMPO DELL’INVENZIONE]

La presente invenzione si riferisce ad una valvola di regolazione per il flusso di un fluido, in particolare ad una valvola di regolazione che consente il recupero di parte dell’energia del fluido che scorre all’interno della valvola stessa.

[ARTE NOTA]

Sono noti al giorno d’oggi dispositivi denominati “valvole a sfera†(in inglese “ball valves†) che sono utilizzati come dispositivi di intercettazione in condotte, tipicamente in condotte in pressione.

Le valvole a sfera consentono la chiusura selettiva della condotta a cui sono associate, per impedirvi il flusso di un fluido, quale un gas, un liquido o vapore. A questo scopo, le valvole a sfera note comprendono un otturatore di forma sostanzialmente sferica, alloggiato in un’apposita sede dotato di un foro passante di forma sostanzialmente cilindrica.

L’otturatore sferico delle valvole a sfera note può essere orientato con il foro passante in direzione coassiale al flusso, permettendo il flusso di fluido attraverso la valvola; l’otturatore sferico può essere altresì orientato perpendicolarmente alla direzione coassiale alla condotta, impedendo sostanzialmente il passaggio di fluido attraverso la valvola. L’otturatore sferico di una valvola a sfera può essere selettivamente ruotato, tipicamente di un angolo compreso tra 0° e 90°, mediante un apposito attuatore quale una manopola operabile da un utente.

Il maggior impiego delle valvole a sfera note risiede nell’impiego denominato on/off, in cui la condotta viene selettivamente aperta o chiusa completamente, per consentire o impedire il flusso attraverso la valvola.

Le valvole a sfera note consentono tuttavia anche una regolazione della portata del fluido in una condotta in cui la valvola à ̈ inserita, mediante una rotazione dell’otturatore di un angolo inferiore a 90°, in modo da occludere solo parte della sezione libera della condotta. In questo modo la portata attraverso la valvola a sfera à ̈ ridotta, pur non essendo impedito completamente il flusso attraverso di essa.

L’efficacia di regolazione di un flusso mediante valvole a sfera di tipo noto à ̈ tuttavia scarsa. In primo luogo, la regolazione della portata attraverso la valvola à ̈ inaccurata, ed à ̈ difficile stabilire con precisione la quantità di gas o liquido che effettivamente attraversa una valvola a sfera parzialmente chiusa.

In secondo luogo una valvola a sfera di tipo noto, quando parzialmente chiusa per regolare il flusso di un fluido, introduce ingenti dissipazioni locali all’interno del fluido stesso. Queste dissipazioni comportano la riduzione della velocità media del fluido, e pertanto una riduzione della portata, ma tipicamente non rappresentano nessun beneficio energetico per il sistema in cui la valvola a sfera à ̈ inserita.

[OBIETTIVI E SINTESI DELLA INVENZIONE]

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di presentare una valvola del tipo a sfera di regolazione per il flusso di un fluido, che sia migliorata rispetto all’arte nota.

In particolare, à ̈ scopo della presente invenzione quello di presentare una valvola di regolazione in cui sia possibile recuperare, almeno in parte, l’energia del fluido dissipata durante la regolazione della portata di fluido attraverso la valvola.

È inoltre scopo della presente invenzione quello di presentare una valvola di regolazione che consenta una regolazione più accurata della portata di fluido attraverso la valvola, in particolare anche quando la valvola a sfera à ̈ solo parzialmente chiusa.

È poi scopo della presente invenzione quella di presentare una valvola di regolazione a sfera che sia di semplice costruzione e di dimensioni compatte, paragonabili a quelle delle valvole a sfera note.

Questi ed altri scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante una valvola di regolazione incorporante le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, le quali formano parte integrante della presente descrizione.

L’idea generale alla base della presente invenzione à ̈ di prevedere una valvola di regolazione per il flusso di un fluido, comprendente un alloggiamento ed un otturatore sferico comprendente un foro passante, in cui l’otturatore sferico à ̈ inserito nell’alloggiamento e atto a ruotare al suo interno attorno ad un asse di rotazione, tra una prima posizione in cui il foro passante à ̈ sostanzialmente coassiale alla valvola di regolazione per consentire il passaggio di un fluido, ed una seconda posizione in cui il foro passante à ̈ sostanzialmente trasversale alla valvola di regolazione per impedire il passaggio di un fluido. La valvola di regolazione comprende ulteriormente un rotore all’interno di detto foro passante, in cui detto rotore à ̈ atto a ruotare sotto l’azione di un fluido passante attraverso la valvola, ruotando attorno ad un secondo asse di rotazione sostanzialmente coincidente con l’asse di rotazione dell’otturatore sferico.

La valvola di regolazione secondo la presente invenzione consente quindi di recuperare almeno una parte dell’energia dissipata dal fluido che attraversa la valvola; allo stesso tempo la valvola risulta più efficace nel regolare la portata di un fluido che scorre attraverso la valvola stessa, consentendo di ridurre di una quantità desiderata la velocità media del fluido stesso, mediante l’azione del rotore. L’energia recuperata sarà funzione dell’apertura della valvola, ovvero dell’angolo di rotazione dell’otturatore, ed inoltre del rendimento del rotore.

La valvola di regolazione secondo la presente invenzione consente inoltre di sfruttare il rotore in maniera efficace, per tutti gli angoli di rotazione dell’otturatore per i quali sia consentito il passaggio di fluido attraverso la valvola stessa, e non solo di prevedere un rotore il cui funzionamento ottimo à ̈ garantito limitatamente ad un sottoinsieme delle configurazioni dell’otturatore.

Poi, prevedendo un asse di rotazione del rotore che à ̈ trasversale al flusso del fluido, si migliora l’efficacia del rotore e della regolazione, consentendo di variare le dissipazioni introdotte nel fluido anche solo modificando il momento resistente applicabile al rotore.

Inoltre, dal momento che l’asse di rotazione del rotore coincide con l’asse di rotazione dell’otturatore, l’introduzione del rotore non richiede modifiche sostanziali della struttura o del principio di funzionamento della valvola a sfera, e consente al contempo di realizzare un dispositivo di facile costruzione e di dimensioni compatte.

Preferibilmente, il rotore comprende un albero ed una pluralità di pale sostanzialmente trasversali al flusso del fluido e fissate all’albero stesso. In questo modo si realizza un rotore avente alta efficienza e di semplice costruzione. Preferibilmente, le pale sono svergolate in una direzione che à ̈ sostanzialmente parallela al flusso di fluido attraverso la valvola, in modo da migliorare ulteriormente il rendimento del rotore e facilitare la fase di avvio del rotore stesso. Preferibilmente, le pale sono di dimensioni tali da occupare, per alcune posizioni di rotazione del rotore, sostanzialmente l’intera sezione libera del foro dell’otturatore sferico.

Preferibilmente, le pale comprendono fori sulla propria superficie, per diminuire le dissipazioni che intercorrono nel fluido a cavallo del rotore, e migliorare l’accuratezza di regolazione del flusso.

Preferibilmente la valvola di regolazione comprende un elemento deflettore posizionato a monte di detto rotore, atto ad interagire fluidodinamicamente con il flusso di fluido, per migliorare l’efficienza del rotore e facilitarne l’avvio in rotazione.

Preferibilmente, l’elemento deflettore à ̈ posizionato asimmetricamente sulla valvola, in corrispondenza di una sezione individuata dall’asse di rotazione della valvola.

Preferibilmente, la valvola à ̈ associabile ad un’utenza meccanica o ad un generatore elettrico per trasformare la rotazione del rotore in energia sfruttabile. In questo modo la valvola consente di avere a disposizione una fonte di energia, meccanica o elettrica, anche in luoghi remoti o di difficile accesso, o comunque di disporre di energia elettrica in luoghi in cui cablaggi elettrici di rete non siano disponibili.

Altri scopi e vantaggi della presente invenzione saranno più evidenti dalla descrizione dettagliata contenuta nel seguito.

[BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI]

Alcuni esempi di realizzazione preferiti e vantaggiosi della presente invenzione vengono descritti a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento alle figure allegate, in cui i medesimi numeri di riferimento sono utilizzati in figure diverse per indicare componenti, materiali o funzioni simili, dove:

− La Figura 1 illustra schematicamente una forma di realizzazione della valvola secondo la presente invenzione, combinata con un’utenza ed un attuatore meccanico.

− La Figura 2 rappresenta una prima forma di realizzazione di un rotore di una valvola di regolazione secondo la presente invenzione.

− Le Figure 3, 4 e 5 rappresentano schematicamente una sezione laterale della valvola di Figura 1, rispettivamente per tre diversi angoli di rotazione dell’otturatore sferico.

− La Figure 6, 7 e 8 rappresentano schematicamente una sezione laterale di una seconda forma di realizzazione di una valvola di regolazione secondo la presente invenzione, rispettivamente per tre diversi angoli di rotazione dell’otturatore sferico.

− La Figura 9 rappresenta una seconda forma di realizzazione di un rotore di una valvola di regolazione secondo la presente invenzione.

− La Figura 10 rappresenta schematicamente una sezione laterale di una terza forma di realizzazione di una valvola di regolazione secondo la presente invenzione.

− La Figura 11 rappresenta schematicamente una sezione laterale di una quarta forma di realizzazione di una valvola di regolazione secondo la presente invenzione.

[DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE]

La Figura 1 illustra una vista schematica di una valvola 101 secondo la presente invenzione. La valvola 101 comprende un corpo 102 provvisto di un ingresso 103 e di un uscita 104, che consentono il flusso di un fluido attraverso la valvola 101. La valvola 101, in condizioni operative, può essere montata su di una conduttura 105 di un impianto in pressione.

La valvola 101 comprende componenti che la rendono essenzialmente una valvola del tipo “a sfera†; essa comprende infatti un alloggiamento 106 di forma sostanzialmente sferica all’interno del quale à ̈ alloggiato un otturatore 107 che consente la chiusura della valvola 101, per interrompere il passaggio di fluido tra l’ingresso 103 e l’uscita 104.

L’otturatore 107 à ̈ di forma sostanzialmente sferica e comprende un foro passante 108, il cui asse può essere ruotato in posizioni diverse. A questo scopo, l’otturatore 107 à ̈ collegato ad un attuatore 109 meccanico, per esempio una manopola operabile da un utente, ovvero un attuatore pneumatico o elettromeccanico, e può essere fatto ruotare per allineare il foro passante 108 all’asse della valvola 101 (consentendo quindi il passaggio di fluido) ovvero per rendere sostanzialmente trasversale il foro passante 108 all’asse della valvola 101 (impedendo sostanzialmente il passaggio di fluido).

L’accoppiamento tra l’alloggiamento 106 e l’otturatore sferico 107 à ̈ tale da garantire la tenuta del fluido quando l’otturatore à ̈ nella posizione di chiusura, sia il fluido liquido, gas, vapore o altro fluido multifase; per realizzare tale tenuta si potranno impiegare elementi e tecniche note. L’otturatore 107 à ̈ quindi atto a ruotare attorno all’asse 110; la valvola 101 comprende ulteriormente un rotore 111 inserito all’interno del foro passante 108 e fissato ad un albero 112 su cui à ̈ atto a girare. L’albero 112 à ̈ coassiale con l’asse 110, o almeno sostanzialmente coassiale, in maniera tale che sia possibile la rotazione dell’otturatore 107 sferico per la chiusura della valvola 101, senza pregiudicare il funzionamento del rotore 111. Il rotore 111 à ̈ infatti atto a ruotare sotto l’azione del fluido passante nella valvola 101, secondo modalità che saranno descritte in maggior dettaglio nel seguito.

L’albero 112 presenta un’estremità che protrude dall’otturatore sferico 107, ed nell’esempio non limitativo di Figura 1 anche dal corpo della valvola 101. L’estremità protrudente dell’albero 112 à ̈ meccanicamente connessa, ovvero direttamente collegata nell’esempio di Figura 1, ad un’utenza 114. L’utenza 114 à ̈ atta ad utilizzare la potenza meccanica fornita dall’albero 112 grazie alla rotazione del rotore 111. In questo esempio, l’attuatore 109 à ̈ posizionato sull’asse 110 sul lato della valvola 101 che à ̈ opposto all’utenza 114.

L’utenza 114 può quindi essere un generatore elettrico, od un’utenza meccanica quale per esempio una ventola. L’utenza 114 può ulteriormente comprendere innesti o riduzioni di trasmissione di tipo noto, non rappresentati per semplicità.

La Figura 2 illustra una forma di realizzazione preferita del rotore 111, che andrà montato sull’albero 112. Il rotore 111 comprende quattro pale 201 che, sotto l’azione del flusso del fluido transitante attraverso la valvola 101, sono atte a girare e produrre una coppia che trascini l’albero 111 stesso.

Il rotore 111, in una forma di realizzazione, comprende un foro 202 cavo, passante per l’asse del rotore 111. In questo foro 202, avente sezione preferibilmente a croce, può essere inserito l’albero 112, il quale ha preferibilmente un capo incernierato in un incavo 115 (vedi Figura 1) dell’otturatore sferico 107, e l’altro capo uscente dalla valvola 101 e collegato all’utenza 114 già descritta.

In generale, si deve prestare particolare attenzione alla realizzazione del foro passante attraverso l’otturatore 107 in cui à ̈ inserito l’albero 112, perché se da un lato à ̈ necessaria una perfetta tenuta al fine di evitare perdite di fluido, contemporaneamente il sistema di tenuta non deve ostacolare in maniera troppo penalizzante la rotazione dell’albero 112 introducendo attriti eccessivi. Per quanto riguarda i materiali di costruzione, si adotteranno i criteri della buona progettazione, impiegando leghe metalliche note usate per le comuni valvole di regolazione, tenendo conto delle pressioni e delle temperature di esercizio, dell’aggressività dell’ambiente di lavoro e della corrosività del fluido.

Si deve notare che una valvola secondo la presente invenzione può essere realizzata mediante la trasformazione di una valvola a sfera di tipo noto, a cui vengano aggiunti componenti quali il rotore 111, l’albero 112 e l’utenza 114 previa opportuna lavorazione meccanica. In particolare, l’esempio di realizzazione del rotore 111 fornito con riferimento alla Figura 2 (ovvero in cui l’albero 112 à ̈ separato dal rotore 111) à ̈ particolarmente vantaggioso per la trasformazione di una valvola a sfera, dal momento che il rotore 111 à ̈ atto ad essere liberamente inserito all’interno del foro passante 108, ed à ̈ quindi possibile inserire in un secondo momento l’albero 112 nell’apposito foro dell’otturatore sferico 107 lungo l’asse 110, collegando così il rotore 111 all’albero 112, mediante il foro sagomato 202.

La Figura 3 rappresenta schematicamente una vista laterale della valvola 101, in condizioni di esercizio. La valvola 101 à ̈ qui rappresentata in configurazione completamente aperta, in cui l’asse del foro passante 108 à ̈ coassiale all’asse della valvola 101, consentendo il passaggio del fluido.

Sotto l’azione del fluido passante (schematizzato in figura, qui e nel seguito, come linee di flusso parziali) il rotore 111 ruota mettendo in rotazione l’albero 112. Si deve anche osservare che la valvola 101 consente una regolazione del flusso del fluido, variando una coppia resistente applicabile all’albero 112, in modo da introdurre perdite ulteriori nel fluido, rallentandone la velocità media e quindi la portata.

La Figura 4 rappresenta schematicamente una vista laterale della valvola 101, in diverse condizioni di esercizio. La valvola 101 à ̈ qui rappresentata in configurazione parzialmente aperta, in cui l’asse del foro passante 108 à ̈ ruotato rispetto all’asse della valvola 101 in seguito ad una rotazione dell’otturatore 107, consentendo ancora il passaggio del fluido ma con una portata inferiore. Infatti il bordo 401 dell’otturatore 107 incide sul flusso di fluido, introducendo una perdita di carico che riduce la portata di fluido attraverso la valvola 101.

Tuttavia, sotto l’azione del fluido passante, il rotore 111 ruota ancora. Anche a valvola parzialmente chiusa, pertanto, à ̈ possibile il recupero di potenza grazie alla coppia fornita dall’albero 112. Inoltre regolando la coppia resistente del rotore 111, à ̈ possibile migliorare ulteriormente la regolazione del flusso del fluido.

Preferibilmente, le pale del rotore 111 sono svergolate in una direzione che à ̈ sostanzialmente parallela al flusso di fluido attraverso la valvola 101; inoltre preferibilmente le pale del rotore 111 sono di dimensioni tali da occupare, per almeno alcune posizioni di rotazione del rotore 111 all’interno del foro passante 108, sostanzialmente l’intera sezione libera del foro 108 stesso.

La Figura 5 rappresenta schematicamente una vista laterale della valvola 101, ancora in diverse condizioni di esercizio. La valvola 101 à ̈ qui rappresentata in configurazione chiusa, in cui l’asse del foro passante 108 à ̈ ruotato di 90° rispetto all’asse della valvola 101 in seguito ad una rotazione dell’otturatore 107, impedendo sostanzialmente il passaggio del fluido attraverso la valvola. Non essendo possibile il flusso di fluido attorno al rotore 111, esso rimane fermo e non viene generata potenza. In questa configurazione, la valvola 101 consente la chiusura della condotta 105, svolgendo efficacemente il compito in modo paragonabile alle valvola a sfera di arte nota. In questo senso, la presenza del rotore 111 non peggiora minimamente gli ingombri e le performance della valvola 101.

La Figura 6 rappresenta schematicamente un ulteriore forma di realizzazione di una valvola 601 secondo la presente invenzione. La valvola 601 comprende elementi analoghi a quelli della valvola 101 fin qui descritta, con l’aggiunta di un deflettore 602 posizionato in corrispondenza dell’ingresso della valvola 601, ovvero a monte del rotore 111 rispetto alla direzione del flusso di fluido.

Il deflettore 602 consente di migliorare l’efficienza del rotore 111, indirizzando il flusso di fluido verso le pale superiori del rotore 112 che saranno quindi sottoposte ad una maggior spinta.

Il deflettore 602 può essere una semplice piastra ancorata e saldata ad un supporto, o avere forme più aerofluidodinamicamente efficienti, al fine di evitare distacchi di vena.

Preferibilmente, il deflettore 602 si trova in una posizione tale, sulla sezione della valvola, da essere asimmetricamente disposto rispetto all’asse di rotazione del rotore 111, ovvero in una porzione asimmetrica sulla sezione della valvola 601 rispetto all’albero 112.

Il deflettore 602 inoltre consente un più facile innesco della rotazione del rotore 111 durante i transitori di apertura della valvola 602, indirizzando asimmetricamente il fluido su di una pala del rotore 111, facilitandone lo spunto.

La Figura 7 rappresenta schematicamente una vista laterale della valvola 601, in configurazione parzialmente aperta in cui l’asse del foro passante 108 à ̈ ruotato rispetto all’asse della valvola 601 in seguito ad una rotazione dell’otturatore 107.

Il passaggio del fluido attraverso la valvola 601 à ̈ consentito, ed inoltre il deflettore 602 contribuisce ad evitare dissipazioni concentrate sul bordo 701 dell’otturatore 107 che incide sul flusso di fluido. In questo modo, controllando in maniera più efficace le perdite di carico che riducono la portata di fluido attraverso la valvola 601, à ̈ possibile migliorare ulteriormente la regolazione del flusso di fluido.

Ancora una volta, comunque, sotto l’azione del fluido passante il rotore 111 à ̈ in rotazione, consentendo il recupero di potenza grazie alla coppia fornita dall’albero 112 ed in seguito utilizzata, anche allo scopo di migliorare ulteriormente la regolazione del flusso del fluido.

La Figura 8 rappresenta schematicamente una vista laterale della valvola 601, rappresentata in configurazione chiusa, in cui l’asse del foro passante 108 à ̈ ruotato di 90° rispetto all’asse della valvola 601, impedendo sostanzialmente il passaggio del fluido attraverso la valvola.

Non essendo possibile il flusso di fluido attorno al rotore 111, esso rimane fermo e non viene generata potenza. Anche questa configurazione, la valvola 601 consente la chiusura della condotta 105, svolgendo efficacemente il compito in maniera paragonabile alle valvola a sfera di arte nota, senza che la presenza del deflettore 602 influisca negativamente sulle performance dalla valvola.

La Figura 9 rappresenta un’ulteriore forma di realizzazione di un rotore 901 utilizzabile in una valvola di regolazione secondo la presente invenzione. Il rotore 901, in questa variante, comprende quattro pale che, sotto l’azione del flusso del fluido transitante attraverso la valvola, sono atte a girare e produrre una coppia che trascini l’albero 112.

Il rotore 901 comprende una pluralità di fori 902, che aumentano il coefficiente di flusso grazie ad una superficie di passaggio maggiore, anche se a discapito dell’efficienza della turbina.

I fori 902 sono preferibilmente inseriti in prossimità dell’asse di rotazione del rotore 902, in modo che le parti più esterne delle pale, che hanno quindi più braccio, continuino a lavorare producendo una maggior potenza.

Una valvola di regolazione secondo la presente invenzione può comprendere un rotore realizzato secondo diverse soluzioni costruttive ed in forme diverse, dipendenti sostanzialmente dal tipo di impiego della valvola stessa.

Primariamente, la forma di realizzazione del rotore dipenderà dalla tipologia di fluido per la quale la valvola à ̈ ottimizzata, sia che sia tratti di gas,liquidi, vapore o di altro fluido multifase.

Tale diversificazione à ̈ legata anche alla specifica tipologia di liquido, variando per esempio con la viscosità o densità del liquido stesso. Per esempio, per lavorare con petrolio anziché con acqua, si richiederanno caratteristiche diverse della valvola, come un maggior coefficiente di flusso della valvola, per privilegiare una maggiore portata, oppure le pale del rotore dovranno essere atte ad auto-pulirsi.

È possibile concepire varianti del rotore, differenti essenzialmente nel numero di pale.

La Figura 10 illustra schematicamente una valvola 101b comprendente un rotore 111b comprendente tre pale, adatto preferibilmente all’impiego con liquidi molto viscosi.

La Figura 11 illustra schematicamente una valvola 101c comprendente un rotore 111c comprendente dieci pale, adatto preferibilmente all’impiego con gas.

In una forma di realizzazione preferita delle pale del rotore, si prevede che le pale siano svergolate in senso assiale rispetto alla valvola, così da migliorare l’efficienza del rotore stesso. Le pale, altresì, potrebbero essere piane, per esempio qualora l’economia di realizzazione del rotore giustifichi questa scelta.

Una valvola secondo la presente invenzione consente un recupero di energia, ovvero di potenza, dal fluido che scorre all’interno della valvola stessa; la potenza così ottenibile può essere impiegata per una pluralità di scopi diversi.

Prendendo come esempio il caso di Figura 1, ed ipotizzando la conversione dell’energia del rotore in energia elettrica, si possono stimare a titolo esemplificativo i dati riassunti nelle successive Tabelle I e II.

La Tabella I illustra una stima della potenza e dell’energia producibili da una valvola secondo la presente invenzione, quando utilizzata in un impianto in pressione in cui scorre un liquido, in particolare acqua. Nella tabella, à ̃ indica un diametro rappresentativo della valvola; l’angolo α à ̈ l’angolo di apertura della valvola, pari a 90° per la valvola completamente aperta (rotazione dell’otturatore sferico rispetto alla condizione di chiusura) e a 50° per valvola parzialmente aperta; Ï Ã ̈ la densità dell’acqua; CVà ̈ il coefficiente di flusso stimato per la valvola in detta configurazione; Q à ̈ la portata volumetrica stimata attraverso la valvola; Δp à ̈ il salto di pressione a cavallo della valvola; P à ̈ la potenza dissipata a cavallo della valvola; η à ̈ il rendimento stimato del sistema (assunto pessimisticamente essere pari a 0.5 e comprensivo delle perdite idrauliche, volumetriche e meccaniche, a fronte di un rendimento atteso delle turbine idrauliche di circa 0.85 – 0.95); Earappresenta l’energia producibile annualmente dalla valvola assumendo un duty cycle di 24 ore al giorno, tutto l’anno (queste condizioni sono ragionevolmente raggiungibili, grazie all’intrinseca affidabilità ed efficacia della valvola secondo la presente invenzione).

Dalla Tabella I, ne consegue che per diverse aperture e dimensioni di una valvola secondo la presente invenzione e per gli esempi considerati, la potenza annualmente recuperabile sia fino ad oltre 150.000 KWh, con evidenti vantaggi energetici.

La Tabella II illustra una seconda stima della potenza e dell’energia producibili da una valvola secondo la presente invenzione, quando utilizzate in un impianto in pressione in cui scorre un gas, in particolare aria. Nella tabella, à ̃ indica un diametro rappresentativo della valvola; l’angolo α à ̈ l’angolo di apertura della valvola, pari a 90° per la valvola completamente aperta (rotazione dell’otturatore sferico rispetto alla condizione di chiusura) e a 50° per valvola parzialmente aperta; Ï Ã ̈ la densità del gas; CVà ̈ il coefficiente di flusso stimato per la valvola in detta configurazione; Q à ̈ la portata volumetrica stimata attraverso la valvola; Δp à ̈ il salto di pressione a cavallo della valvola (il presente dato di 12 bar corrisponde al salto medio gestito tipicamente nelle reti di distribuzione del gas metano); P à ̈ la potenza dissipata a cavallo della valvola; η à ̈ il rendimento stimato del sistema (assunto pessimisticamente essere pari a 0.5 e comprensivo delle perdite fluidodinamiche, volumetriche e meccaniche); Earappresenta l’energia producibile annualmente dalla valvola assumendo un duty cycle di 24 ore al giorno, tutto l’anno (queste condizioni sono ragionevolmente raggiungibili, grazie all’intrinseca affidabilità ed efficacia della valvola secondo la presente invenzione).

Dalla Tabella II, ne consegue che per diverse aperture e dimensioni di una valvola secondo la presente invenzione e per gli esempi considerati, anche qualora il fluido di lavoro sia un aeriforme, la potenza annualmente recuperabile possa essere fino ad oltre 12.000 KWh, con consistenti vantaggi energetici.

È chiaro che molte varianti sono possibili all’uomo esperto del settore senza per questo fuoriuscire dall’ambito di protezione quale risulta dalle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, à ̈ possibile concepire le più svariate forme di realizzazione per un rotore di una valvola secondo la presente invenzione, a seconda che essa lavori prevalentemente a massima apertura o parzializzata, con fluidi comprimibili o incomprimibili; à ̈ possibile poi ottimizzare la forma e realizzazione dei vari elementi della valvola (diametro del foro nell’otturatore, etc.) in base alle condizioni di utilizzo prevalenti della valvola stessa.

È inoltre possibile prevedere che l’attuatore 109 sia posizionato sul medesimo lato della valvola 101 su cui si trova l’utenza 114; questa forma di realizzazione, pur presentando complicazioni costruttive (per esempio, l’attuatore potrebbe richiedere un foro passante per l’albero 112), potrebbe essere utilizzata qualora fosse suggerita da considerazioni sugli ingombri della valvola stessa.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Valvola di regolazione (101, 601) per il flusso di un fluido, comprendente un alloggiamento (106) ed un otturatore sferico (107) comprendente un foro passante (108), in cui detto otturatore sferico (107) à ̈ inserito in detto alloggiamento (106) ed atto a ruotare al suo (106) interno attorno ad un asse di rotazione (110), tra una prima posizione (FIG. 3, FIG. 6) in cui detto foro passante (108) à ̈ sostanzialmente coassiale a detta valvola di regolazione (101, 601) per consentire il passaggio di un fluido, ed una seconda posizione (FIG. 5, FIG. 8) in cui detto foro passante (108) à ̈ sostanzialmente trasversale a detta valvola di regolazione (101, 601) per impedire il passaggio di un fluido, caratterizzato dal fatto che detta valvola di regolazione (101, 601) comprende ulteriormente un rotore (111) all’interno di detto foro passante (108), in cui detto rotore (111) à ̈ atto a ruotare sotto l’azione di un fluido passante attraverso detta valvola di regolazione (101, 601), ruotando attorno ad un secondo asse di rotazione (112) sostanzialmente coincidente con detto asse di rotazione (110) di detto otturatore sferico (107).
2. 2. Valvola di regolazione secondo la rivendicazione 1, in cui detto rotore (111) comprende un albero (112) ed una pluralità di pale (201) sostanzialmente trasversali ad un flusso di detto fluido passante e fissate a detto albero (112), in cui detto albero à ̈ sostanzialmente coincidente con detto asse di rotazione (110).
3. 3. Valvola di regolazione secondo la rivendicazione 2, in cui dette pale (201) sono svergolate in una in direzione che à ̈ sostanzialmente parallela al flusso di detto fluido passante.
4. 4. Valvola di regolazione secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui dette pale (201) sono di dimensioni tali da occupare, per alcune posizioni di rotazione di detto rotore (111), sostanzialmente l’intera sezione libera di detto foro passante (108) di detto otturatore sferico (107).
5. 5. Valvola di regolazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4, in cui dette pale comprendono fori (902) sulla propria superficie.
6. 6. Valvola di regolazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 5, in cui almeno un’estremità di detto albero (112) protrude da detto otturatore sferico (107) ed à ̈ connessa ad un’utenza meccanica (114) o ad un generatore elettrico (114).
7. 7. Valvola di regolazione secondo la rivendicazione 6, ulteriormente comprendente un attuatore (109) atto a ruotare detto otturatore sferico (107), in cui detto attuatore (109) à ̈ posizionato su un lato di detta valvola (101) che à ̈ opposto a detta utenza meccanica (114) o detto generatore elettrico (114) lungo detto asse (110).
8. 8. Valvola di regolazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, ulteriormente comprendente un elemento deflettore (602) posizionato a monte di detto rotore (111) ed atto ad interagire fluidodinamicamente con un flusso di detto fluido passante.
9. 9. Valvola di regolazione secondo la rivendicazione 8, in cui detto elemento deflettore (602) Ã ̈ posizionato asimmetricamente in detta valvola (601) rispetto a detto asse di rotazione (110).
10. 10.Valvola di regolazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui detto asse di rotazione (110) Ã ̈ sostanzialmente trasversale a detto flusso di fluido attraverso detta valvola (101, 601).