ITMI20120379A1 - Elettrovalvola con asta di bilanciamento - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale dal

Titolo: “ELETTROVALVOLA CON ASTA DI BILANCIAMENTOâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad una elettrovalvola, in particolare ad una elettrovalvola normalmente chiusa o normalmente aperta a comando diretto dotata di asta di bilanciamento.

Le attuali elettrovalvole a comando diretto, normalmente chiuse o normalmente aperte, sono dispositivi elettromeccanici atti a consentire e/o inibire il passaggio di un fluido attraverso di esse. L’alimentazione di una bobina, con una tensione continua o alternata, genera una forza magnetica che lavora su un nucleo mobile il cui spostamento à ̈ associato al passaggio o meno del fluido. Il nucleo mobile à ̈ composto da materiale ferromagnetico ed à ̈ connesso ad un organo di tenuta che agisce su un orificio opportunamente calibrato, attraverso cui à ̈ previsto il passaggio del fluido.

L’apertura della valvola avviene quando la bobina riesce ad esercitare sul nucleo mobile una forza di attrazione superiore alla forza data dalla pressione del fluido sull’area dell’orificio sommata alla forza elastica di una molla, quest’ultima disposta in maniera dipendente dalla tipologia dell’elettrovalvola e cioà ̈ normalmente aperta o normalmente chiusa.

Risulta di conseguenza che la pressione massima di funzionamento dell’elettrovalvola à ̈ vincolata non solo al diametro dell’orificio, e tramite questo alla portata di fluido, ma anche alla forza magnetica generabile dalla bobina.

Per questo motivo à ̈ possibile avere alte portate e alte pressioni massime di funzionamento solo a patto di aumentare notevolmente sia la potenza della bobina che le dimensioni del circuito magnetico associato.

Scopo principale della presente invenzione à ̈ allora quello di prevedere una elettrovalvola a comando diretto in grado di lavorare in condizioni sia di elevate pressioni massime che di elevate portate.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di prevedere una elettrovalvola a comando diretto che possa essere configurata come normalmente chiusa o normalmente aperta.

Ancora uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di prevedere una elettrovalvola a comando diretto normalmente aperta che possa essere configurata per un funzionamento sia in compressione che in trazione.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di prevedere una elettrovalvola a comando diretto che possa essere utilizzata per il controllo di un qualsiasi tipo di fluido come liquidi, gas, vapore ed anche in un qualsiasi tipo di ambiente, come quello alimentare, comprendendo anche ambienti potenzialmente esplosivi.

Queste ed ulteriori caratteristiche della elettrovalvola a comando diretto in conformità della presente risulteranno evidenti alla lettura della seguente descrizione dettagliata di sue realizzazioni preferite considerata in riferimento alle annesse tavole di disegni in cui riferimenti numerici uguali vengono utilizzati per indicare elementi identici o simili ed in cui:

la fig. 1a à ̈ una vista in sezione trasversale di una prima forma di realizzazione preferita di una elettrovalvola a comando diretto normalmente chiusa mostrata nella condizione di bobina non eccitata;

la fig. 1b à ̈ una vista in sezione trasversale della elettrovalvola in fig. 1a mostrata nella condizione di bobina eccitata;

la fig. 2a à ̈ una vista in sezione trasversale di una seconda forma di realizzazione preferita di una elettrovalvola a comando diretto normalmente aperta con funzionamento in compressione mostrata nella condizione di bobina non eccitata;

la fig. 2b à ̈ una vista in sezione trasversale della elettrovalvola in fig. 2a mostrata nella condizione di bobina eccitata;

la fig. 3a à ̈ una vista in sezione trasversale di una terza forma di realizzazione preferita di una elettrovalvola a comando diretto normalmente aperta con funzionamento in trazione mostrata nella condizione di bobina non eccitata; e

la fig. 3b à ̈ una vista in sezione trasversale della elettrovalvola in fig. 3a mostrata nella condizione di bobina eccitata.

Con riferimento alle fig. 1a ed 1b, viene mostrata una elettrovalvola a comando diretto normalmente chiusa in sezione trasversale in conformità di una prima realizzazione preferita della presente invenzione nella condizione di chiusura (fig. 1a) e di apertura (fig. 1b). Sono visibili un corpo 10 principale nel quale sono ricavati un condotto 12 di ammissione del fluido ed un condotto 14 di scarico comunicanti attraverso un orificio 15 avente asse ortogonale agli assi dei condotti 12 e 14. Il corpo 10 principale comprende inoltre una prima camera 16 superiore ed una seconda camera 18 inferiore. Dette camere sono collegabili con un cannotto 40 ed un tappo 50, rispettivamente, attraverso accoppiamenti filettati in corrispondenza dei quali à ̈ previsto l’alloggiamento per guarnizioni 42 e 52, rispettivamente. In particolare la camera 18 inferiore à ̈ in comunicazione con il condotto 14 di scarico attraverso un foro 17; la camera 16 superiore invece alloggia un organo 20 di tenuta che resta in essa fissato tramite un accoppiamento per interferenza. Una guarnizione 26 esterna à ̈ interposta fra la parete esterna dell’organo 20 di tenuta e la parete interna del corpo 10. Si nota come la camera 16 resta divisa da detto organo 20 di tenuta in una prima zona 16a comprendente l’orificio 15 ed una seconda zona 16b rivolta verso il cannotto 40. Nel dettaglio l’organo 20 presenta un foro 21 centrale ed un disco 22 forato. Scorrevole nel cannotto 40 un nucleo 38 mobile à ̈ disposto in modo da risultare passante attraverso detto foro 21 e detto disco 22: una guarnizione 24 viene alloggiata al di sotto del disco 22 in modo da risultare costantemente a contatto con il nucleo 38 mobile. L’estremità superiore di questo presenta una sede per una molla 48, a sua volta, a contatto con un nucleo 46 fisso bloccato in testa al cannotto 40. Quest’ultimo risulta infine inserito in una bobina 44 in modo tale da risentire del campo magnetico da essa generato sulla base di segnali esterni. L’estremità inferiore del nucleo 38 mobile à ̈ accoppiabile, tramite filettatura o altri sistemi di fissaggio, con l’estremità superiore di una asta 32 di bilanciamento: un otturatore 30 forato viene interposto fra l’estremità inferiore del nucleo 38 mobile e l’estremità superiore dell’asta 32 di bilanciamento e resta fra essi serrato all’avvitamento di dette estremità. L’estremità inferiore dell’asta 32 di bilanciamento à ̈ dimensionata in modo tale da occludere, in maniera scorrevole, il foro 17 inferiore: un disco 34 forato ed una guarnizione 36 assicurano che il flusso non invada direttamente la camera 18 e favorisca così il bilanciamento di pressione dell’asta 32 con un nucleo 38 mobile e, allo stesso tempo, permettono lo scorrimento dell’estremità inferiore dell’asta 32 di bilanciamento. Canali di scarico 11 e 13 superiore ed inferiore sono infine ricavati nel corpo 10 principale per mettere in comunicazione la camera 16 e la camera 18, rispettivamente, con il condotto 14 di scarico.

Dalla descrizione appena fornita à ̈ possibile osservare come l’elettrovalvola a comando diretto in conformità della presente invenzione raggiunga pienamente gli scopi indicati in precedenza. Nello stato di bobina 44 non eccitata, l’azione della molla 48 forza il nucleo 38 mobile verso il basso e quindi l’otturatore 30 contro l’orificio 15: ciò impedisce il passaggio di fluido dal condotto 12 di ammissione o aspirazione al condotto 14 di scarico o mandata; in questa condizione sull’area superiore dell’otturatore 30 agisce anche la pressione del fluido. Dal lato del condotto 14 di scarico sono possibili differenti condizioni: quella meno gravosa in cui a orificio chiuso il fluido viene completamente scaricato con una conseguente pressione nulla e quella più gravosa in cui à ̈ connesso, senza interposizione di valvole o simili, un serbatoio in pressione. Consideriamo pertanto quest’ultima condizione con l’ovvia ipotesi che la pressione nel serbatoio resti comunque al di sotto della pressione di mandata nell’elettrovalvola. Nello stato di chiusura quindi la pressione allo scarico insiste sull’area inferiore dell’otturatore 30 ma anche sull’area dell’estremità inferiore dell’asta di bilanciamento, con un effetto risultante che può ragionevolmente essere approssimato come nullo. In definitiva per commutare lo stato dell’elettrovalvola dalla chiusura all’apertura à ̈ necessario che la bobina generi una forza magnetica sufficiente a vincere la resistenza elastica della molla e la pressione di alimentazione che, tuttavia, insiste su una area dell’otturatore 30 ridotta dall’ingombro del diametro del nucleo 38 mobile. È quindi evidente che pur aumentando la pressione massima e/o la portata – attraverso il diametro dell’orificio 15 e dell’otturatore 30 – la potenza assorbita dalla bobina sarà sempre limitata.

È ulteriormente da evidenziare il fatto che lo scorrimento del nucleo 38 mobile nel disco 22 determina una deformazione dello stesso – con concavità dipendente dal verso di scorrimento del nucleo 38 – e quindi, nonostante la presenza della guarnizione 24, dopo un certo numero di cicli di apertura e chiusura possono verificarsi dei trafilamenti di fluido nella zona 16b della camera 16. Analogamente possono verificarsi trafilamenti dal condotto 14 di scarico alla camera 18 inferiore, dato lo scorrimento dell’estremità inferiore dell’asta 32 di bilanciamento nel disco 34 forato. Tuttavia la presenza dei canali 11 e 13 di scarico superiore ed inferiore consente lo svuotamento sia della zona 16b che della camera 18 man mano che i cicli vengono ripetuti. Il moto del fluido nel canale 14 di scarico determina infatti naturalmente una zona di depressione che di fatto aspira il fluido trafilato e lo convoglia nel canale 14 di scarico.

Passando ora alle fig. 2a e 2b, viene mostrata una elettrovalvola a comando diretto normalmente aperta con azionamento a compressione in conformità di una seconda realizzazione preferita della presente invenzione. Rispetto alla configurazione normalmente chiusa si mette in evidenza solo l’inversione di disposizione del nucleo 38 mobile rispetto al nucleo 46 fisso e il posizionamento della molla 48 all’interno della zona 16b della camera 16 superiore. Vantaggiosamente il nucleo mobile viene realizzato in una prima parte 38a scorrevole nel cannotto 40 ed una seconda parte 38b scorrevole nel passaggio 21 dell’organo 20 di tenuta, fra le due parti essendo interposta una molla 49 per l’eliminazione di eventuali giochi fra di esse. In termini di funzionamento à ̈ possibile rilevare sostanziali analogie al caso già descritto nelle fig. 1a-1b: uno stesso valore di pressione agisce sia sull’area inferiore dell’otturatore che sull’area dell’estremità inferiore dell’asta 32 di bilanciamento; infine, anche in questa realizzazione, la pressione agente sull’area superiore dell’otturatore contribuisce in maniera ridotta al carico totale data la ridotta estensione dell’area stessa.

Passando poi alle fig. 3a e 3b, viene mostrata una elettrovalvola a comando diretto normalmente aperta con azionamento a trazione in conformità di una terza realizzazione preferita della presente invenzione. Analogamente alla seconda realizzazione preferita quest’ultima presenta una nucleo 38 mobile composto da due parti 38a e 38b connesse da una molla 49 di eliminazione di giochi ma, diversamente, un posizionamento dell’organo 20 di tenuta all’interno non della camera 16 superiore ma all’interno della camera 18 inferiore. In merito al funzionamento ovvero la commutazione dallo stato di apertura a quello di chiusura possono essere fatte considerazione pressoché identiche a quelle relative all’elettrovalvola con azionamento in compressione che quindi qui, per brevità, non verranno ripetute.

Gli esperti nel settore noteranno che molte modifiche e cambiamenti possono essere applicati all’elettrovalvola a comando diretto in conformità della presente invenzione come ad esempio la possibilità di sfruttare il medesimo principio inventivo a valvole controllate manualmente o valvole in cui oltre al gruppo solenoide à ̈ previsto un comando manuale, tutte queste modifiche e cambiamenti essendo compresi nelle rivendicazioni annesse.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1. Valvola a comando diretto comprendente: a. un corpo principale (10) in cui sono ricavati; un condotto (12) di aspirazione di fluido; un condotto (14) di scarico di detto fluido; un orificio (15) fra detti condotti di aspirazione e scarico; b. un otturatore (30) di detto orificio; c. un organo (38) di comando allungato avente una prima estremità connessa a detto otturatore; c a r a t t e r i z z a t a d a d. un organo (20) di tenuta fra detta prima estremità di detto organo di comando ed una sua seconda estremità; e e. un organo (32) di bilanciamento allungato avente una prima estremità connessa a detto otturatore ed una seconda estremità scorrevole in maniera sigillata in un passaggio (17) ricavato in detto corpo principale e ad asse parallelo all’asse di detto orificio.
2. 2. Valvola in conformità della rivendicazione 1, in cui detta seconda estremità scorrevole di detto organo di bilanciamento presenta una estensione ortogonale a detto asse approssimativamente pari all’estensione di detto orificio.
3. 3. Valvola in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, ulteriormente dotata di un passaggio (11) fra una camera (16b) in posizione opposta a detta prima estremità di detto organo di comando rispetto a detto organo di tenuta e detto condotto di scarico.
4. 4. Valvola in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, ulteriormente dotata di un passaggio (13) fra una camera (18) a valle di detta seconda estremità di detto organo di bilanciamento e detto condotto di scarico.
5. 5. Valvola in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto organo di comando à ̈ un nucleo mobile magneticamente accoppiato ad un nucleo fisso (46) e controllato da una bobina (44), detto nucleo fisso e detta bobina essendo connessi a detto corpo principale.
6. 6. Valvola in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto organo di tenuta presenta alloggiamenti per l’inserimento di guarnizioni (24, 26) di tenuta.
7. 7. Valvola in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la seconda estremità di detto organo di bilanciamento sporge in una camera (18) ricavata in detto corpo principale, detta camera essendo accessibile dall’esterno di detto corpo tramite rimozione di un tappo (50).
8. 8. Valvola in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto otturatore presenta un foro passante per il passaggio di detta prima estremità di detto organo di bilanciamento ulteriormente filettata per il fissaggio in un foro, a sua volta filettato, in detta prima estremità di detto organo di comando.
9. 9. Valvola in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto organo di tenuta à ̈ realizzato in teflon.
10. 10. Valvola in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto organo di comando à ̈ realizzato in componenti separate connesse tramite elementi (49) elastici, preferibilmente molle assiali.