ITMI930940A1 - Valvola ad ugelli radiali ad apertura controllata per lo scarico di fluidi in pressione da condotte - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Forma oggetto del presente trovato una valvola di dissipazione di energia, particolarmente per il deflusso di fluido da condotte di impianti idroelettrici, dotata di ugelli di fuoriuscita del fluido atti ad aumentare in modo continuo la velocit? di quest?ultimo durante l'attraversamento dell?ugello stesso.

Sono note nella tecnica numerose realizzazioni di valvole di dissipazione dell?energia impiegate per il rapido smaltimento della pressione all'interno di condutte di impianti idroelettrici. Dette valvole di tipo noto sono sostanzialmente di due tipi: quelle a scarico coassiale al corpo valvola con getto di fuoriuscita cilindrico o conico e quelle a scarico con getti in direzione radiale rispetto al corpo valvola.

Le valvole a scarico coassiale presentano l'inconveniente di fare uscire un getto compatto per il quale ? necessario prevedere ampi spazi ed opere civili pi? impegnative per il contenimento del flusso a valle dell'impianto.

Le valvole a getti radiali, descritte anche nei brevetti anteriori US 3.605.787 , US 4.520.846 e US 4.526.192, presentano Invece fori di fuoriuscita del fluido simmetricamente disposti sulla superficie di un corpo cilindrico, detti fori, mantenuti normalmente chiusi, tramite un otturatore controllato sono progressivamente per scaricare il fluido contenuto nelle condotte di monte.

Dette valvole, tuttavia, presentano fori di fuoriuscita del fluido non adatti all?impiego alle alte pressioni in quanto 1a loro forma e la loro lunghezza determinata dal lo spessore del corpo valvolare possono determi nare il distacco della vena fluida dalle pareti del foro stesso prima del completo attraversamento del foro determinando in tal modo fenomeni di cavitazione con conseguente riduzione della velocit? di fuoriuscita del fluido e rapido danneggiamento della superficie dell?ugello sia del corpo valvola e innesco di vibrazioni sulla valvola e sulle strutture circostanti, Tale danneggiamento che interessa tutto il corpo valvola obbliga pertanto alla sostituzione di tutto il corpo valvolare per il mantenimento delle caratteristiche prefissate per il medesimo.

Si pone pertanto il problema tecnico di realizzare valvole di dissipazione dell?energia, particolarmente per condotte di centrali idroelettriche operanti sotto battenti elevati, dotate di aperture di fuoriuscita del fluido atte a ad aumentare la velocit? del fluido durante l?attraversamento dell?apertura stessa al fine di evitare fenomeni di cavitazione al suo interno; dette valvole devono inoltre essere adatte all?impiego alle alte pressioni e garantire la tenuta ai trafilamenti del fluido quando mantenute chiuse.

Tali risultati sono ottenuti dal presente trovato, che prevede una valvola di dissipazione di energia particolarmente per condotte di centrali idroelettriche del tipo comprendente un corpo cavo dotato di mezzi di fuoriuscita rapida del fluido in direzione radiale costituiti da ugelli forzati in relative aperture della parete del corpo cavo della valvola e mezzi di tenuta del fluido.

Secondo una forma preferita di attuazione detti ugelli sono sostanzialmente costituiti da un corpo cilindrico cavo, dotato ad una sua estremit? di un bordo anulare, inseriti in corrispondenti sedi del corpo cavo e con superficie interna del foro di passaggio del fluido sviluppata sec?ndo un profilo sostanzialmente ellittico; preferibilmente detta superficie interna si sviluppa con profilo sostanzialmente ellittico in corrispondenza del bordo anulare e un profilo sostanzialmente rettilineo raccordato al precedente corrispondentemente al tratto terminale del corpo cilindrico.

Si prevede inoltre che dette aperture radiali del corpo della valvola presentano una zona ribassata atta a determinare una superficie di battuta in senso radiale del bordo anulare dell'ugello.

Secondo il presente trovato detti mezzi di tenuta dei trafilamenti degli ugelli sono sostanzialmente costituiti da un gruppo di tenuta anulare formato da un supporto interno in materiale ad elevata elasticit? e da una guarnizione esterna in materiale di ridotta elasticit? e a basso coefficiente di attrito atto a cooperare con il manicotto sotto la spinta di compressione esercitata dal supporto. Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione, con riferimento ai disegni allegati, in cui si mostra:

in figura 1 : una sezione schematica della valvola secondo il trovato nelle due

posizioni chiusa e aperta;

in figura 2 : il dettaglio ingrandito della zona di tenuta e di un ugello di fuoriuscita del fluido in condizioni di valvola aperta;

in figura 3 : una sezione del dettaglio di un ugello durante l'inserimento nella propria sede e

-in figura 4 : una sezione schematica ingrandita della zona di tenuta in condizione di valvola chiusa.

Come mostra la figura 1 una valvola 1 di dissipazione comprende sostanzialmente un corpo cavo la cilindrico chiuso ad una estremit? mediante un fondello lb e collegato alla estremit? opposta ad una piastra 2 di fissaggio alla condotta 3; il corpo cavo la e la condotta 3 sono posti in collegamento tramite l'apertura 2a della piastra 2:

Nella parete del corpo cavo la prossima al fondello di chiusura lb sono realizzate delle aperture le disposte radialmente ad intervalli angolari regolari e tra loro in posizione relativa diametrale per equilibrare le forze statiche e dinamiche all?interno del corpo cavo.

All'interno di dette aperture le sono inseriti defili ugelli 6 che verranno descritti in dettaglio nel seguito.

Su detta flangia 2 sono inoltre montati due cilindri 4 la cui asta 4a ? resa solidale a nervature 5a di un manicotto 5 coassialmente scorrevole a contatto della superficie esterna del corpo cavo la. Come illustrato nella parte destra della figura 1 in condizioni di valvola chiusa il manicotto 5 ? spinto verso il fondello lb del corpo cavo la in modo da otturare gli ugelli 6 e determinare la chiusura dello scarico; la tenuta dei trafilamenti di fluido che si determinano nella intercapedine tra corpo cavo la e manicotto 5 ? ottenuta tramite opportuni gruppi di tenuta costituiti da una guarnizione 7 anulare inserita in una corrispondente sede ld (fig. 2) della parete del corpo cavo la. Detta guarnizione anulare ? sostanzialmente costituita CfiS- 4) da un supporto 7a interno in gomma ad elevata elasticit? e da una guarnizione di tenuta 7b in materiale pi? rigido e a basso coefficiente di attrito resa solidale alla base 7a. In tal modo il supporto interno 7a assicura la necessaria spinta radiale verso l?esterno alla guarnizione esterna 7b di tenut a, comprimendola contro una controsede in bronzo montata sull?otturatore 5 al fine di ottenere la nec?ssariria tenuta del fluido. Il profilo della guarnizione 7b e la rigidit? del materiale di cui ? costituita sono atti ad evitare l?espulsione e/o il? tranciamento del gruppo di tenuta 7 dalla propria sede ld sotto l?azione combinata della pressione del fluido di trafilamento - contenuto nell?intercapedine tra la parete interna del manicotto 5 e la parete esterna del corpo cilindrico la - e della spinta del manicotto stesso sulla superficie esterna superiore della guarnizione 7b durante la fase di chiusura della valvola.

Come illustrato in fig. 4 la guarnizione anteriore 7b ? conformata, con una sede semicircolare 7c atta a creare un vano tale da favorire l?espansione della gomma del supporto posteriore 7a allo scopo di aumentarne l?elasticit?.

Come risulta dalla fig. 2 la guarnizione anulare 7 ? mantenuta nella propria sede ld tramite una ghiera anulare 8 resa solidale al corpo cavo la tramite viti 8a, la guarnizione pu? essere pertanto facilmente applicata e rimossa dalla propria sede ld per le normali operazioni di manutenzione.

Gli ugelli 6 di fuoriuscita del fluido sono sostanzialmente costituiti (figg.3 e 2) da un corpo cilindrico ?a con una estremit? sagomata secondo una corona anulare 6b; la superficie interna dell?ugello 6 6 invece conformata secondo uno sviluppo nella direzione assiale di avanzamento del fluido (freccia ?U? ) di forma sostanzialmente ellittica ?c in corrispondenza della corona anulare 6b e sostanzialmente conica 6d in corrispondenza del del tratto di estremit? del corpo cilindrico fia.

Il profilo interno dell?ugello 6 potrebbe tuttavia presentare anche sviluppo puramente ellittico per tutta la sua lunghezza assiale.

L?ugello 6 viene pertanto forzato in una corrispondente apertura le del corpo cavo la fino a che la corona anulare 6b non entra in battuta contro uno spallamento If determinato da un ribasso ld coassiale al foro le; per facilitare* l?operazione di inserimento dell?ugello quest?ultima viene effattuata portando l?ugello a temperature prossime a -90 C per ottenerne un ritiro termico sufficiente a consentire l?inserimento nell?apertura le detto inserimento essendo anche .faci1itato dalla superficie inclinata 6e del bordo di entrata nell'apertura la stessa.

Quando l'ugello ? tornato a temperatura ambiente la dilatazione termica dello stesso garantisce il forzam?nto dell'ugello 6 nella propria sede le. Come risulta evidente dalla precedente descrizione la particolare conformazione dell'ugello consente una tenuta meccanica alle spinte determinate dalle alte pressioni idei fluido in quanto l'azione di spinta del fluido in uscita (freccia U) viene meccanicamente sopportata dalla spalla lf che essendo disposta trasversalmente alla direzione di fuoriuscita del fluido ne contrasta in modo ottimale la spinta radiale.

La particolare forma della superficie interna dell'ugello permette invece al fluido di aumentare costantemente la propria velocit? durante l'attraversamento dello stesso consentendo in tal modo di evitare fenomeni di cavitazione e/o turbolenze che sono causa di danneggiamenti dell'ugello stesso e dell'intera valvola.

Ulteriore vantaggio della valvola secondo il trovato ? costituito dal fatto che la zona di tenuta del fluido ? assialmente spostata rispetto alla zona di fuoriuscita dello stesso il che consente di evitare che le guarnizioni possano essere colpite dai getti durante il funzionamento della valvola stessa.

Molteplici varianti costruttive potranno essere introdotte nell'attuazione della valvola secondo il trovato senza per questo uscire dall?ambito di protezione del presente brevetto definito nelle sue caratteristiche generali dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1) Valvola (1) di dissipazione di energia particolarmente per condotte di centrali idroelettriche del tipo comprendente un corpo cavo (la) caratterizzata dal fatto che comprende mezzi di fuoriuscita rapida del fluido in direzione radiale costituiti da ugelli (6) forzati in relative aperture (le) della parete del corpo cavo (la.) della valvola (1) e mezzi (7) di tenuta dei trafilamenti del fluido da detti ugelli in condizione di valvola chiusa.
2. 2) Valvola secondo rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detti ugelli sono sostanzialmente costituiti da un corpo cilindrico (6a) cavo dotato ad una sua estremit? di un bordo (6b) anulare inseriti in corrispondenti sedi (le) del corpo cavo (la).
3. 3) Valvola secondo rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detti "ugelli (6) presentano superficie interna del foro di passaggio del fluido sviluppata secondo un profilo (6c) sostanzialmente ellittico 4) Valvola secondo rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detti ugelli (6) presentano superficie interna del foro di passaggio del fluido sviluppata secondo un profilo (6c) sostanzialmente ellittico corrispondentemente al bordo esterno anulare (6a) e un profilo (6d) sostanzialmente rettilineo raccordato al precedente corrispondentemente al tratto terminale del corpo cilindrico cea) .
4. 4) Valvola secondo rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che dette aperture (le) radiali del corpo della valvola presentano una zona ribassata (ld) atta a determinare una superficie (lf) di battuta in senso radiale del bordo anulare (6b) dell'ugello C6).
5. 5) Valvola secondo rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detti mezzi di tenuta dei trafilamenti degli ugelli (6) sono sostanzialmente costituiti da un gruppo di tenuta (7) anulare formato da un supporto (7a) interno in materiale ad elevata elasticit? e da una guarnizione (7b) esterna in materiale di ridotta elasticit? e a basso coefficiente di attrito atto a cooperare con il manicotto (5) sotto la spinta di compressione esercitata dal supporto (7a).