ITMI982668A1 - Valvola di sicurezza per sovrapressione a doppia sezione efficace conisteresi di chiusura - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

L’invenzione si riferisce ad una valvola per impianti idro-termosanitari atta a sfogare una sovrapressione che si venga a manifestare in detti impianti, particolarmente quelli dotati di un riscaldatore d’acqua istantaneo, in caso di avaria alle normali apparecchiature di regolazione o sicurezza (es.: termostato, pressostato). Queste condizioni possono dare luogo a sovrapressioni repentine, di grande entità e a volte di lunga durata; sono quindi estremamente pericolose per l’intero impianto idraulico.

Sovrapressioni possono crearsi, durante il normale funzionamento del riscaldatore, anche a causa di repentine interruzioni del flusso (es. chiusura di un rubinetto) o a causa dell’inerzia termica del riscaldatore stesso. Queste sovrapressioni sono in generale di minore entità delle precedenti e sempre di breve o brevissima durata.

Esistono vari tipi di valvola in<' >grado di sfogare una sovrapressione.

Generalmente, una volta liberata la sovrapressione, la chiusura della valvola avviene ad una pressione di chiusura Pc che si discosta di poco da quella di apertura Pa. Questa differenza (detta isteresi) è generalmente da intendersi come un limite della valvola, difficilmente determinabile e scarsamente modificabile in fase di progetto.

Le usuali valvole di sicurezza inoltre sono caratterizzate dal fatto che il grado di apertura della valvola aumenta in modo progressivo con la pressione (apertura progressiva) raggiungendo il massimo ad una pressione sensibilmente maggiore di quella di inizio apertura per poi chiudersi progressivamente quando la pressione diminuisce.

Questo può essere non sufficiente nel caso di repentine sovrapressioni. In questo caso è richiesto che, una volta che la pressione nel circuito supera il valore di taratura della valvola, questa raggiunga rapidamente il massimo grado di apertura e rimanga completamente aperta fino a quando la pressione non cala al di sotto di una pressione Pc di chiusura.

Scopo dell’invenzione è realizzare una valvola di sicurezza contro le sovrapressioni che possa intervenire in maniera repentina ogni volta che la pressione del fluido nell’impianto abbia superato un valore di taratura in apertura,

Un ulteriore scopo dell’invenzione è realizzare una valvola del tipo detto che possa rimanere aperta, una- volta effettuata l’apertura, fino a quando la pressione del fluido non scenda sotto un secondo valore soglia o valore di chiusura, Pc, essendo PC <K >Pa-Tali scopi sono stati ottenuti con una valvola di sicurezza come detto nella rivendicazione 1. Ulteriori caratteristiche nuove e utili della valvola sono dette nelle rivendicazioni dipendenti.

La nuova valvola fondamentalmente comprende almeno un corpo e un otturatore principale; il corpo ha un attacco di ingresso e un eventuale attacco di uscita collegati fra loro da un canale o condotto per un fluido, di cui deve essere scaricata la sovrapressione, è formato con una camicia che forma una camera, detta camicia avendo un’apertura di scarico per comunicazione di detta camera con l’esterno e detta camera comunicando, attraverso un’asola o apertura del condotto, con il condotto per il fluido; detto otturatore principale essendo spinto a molla in posizione di chiusura dell’asola di apertura ed avendo una struttura a sezioni differenziate, di cui la sezione su cui agisce la pressione di apertura è diversa (minore) rispetto alla sezione su cui agisce la pressione di chiusura.

Secondo un’altra caratteristica preferita dell’invenzione, la valvola comprende inoltre un otturatore di espansione in detta camera detto otturatore di espansione essendo scorrevole entro la camicia della valvola coassialmente all’ otturatore principale ed essendo dotato di un orifizio di scarico che, nella posizione di scarico dell’otturatore di espansione, è allineato aH’orifizio di scarico della camicia. L’otturatore di espansione presenta un’apertura superiore realizzata in modo da porsi in corrispondenza dell’apertura del condotto, almeno nella posizione di valvola chiusa.

La nuova valvola consegue gli obiettivi sopra menzionati, in particolare entra in azione rapidamente al superamento di una pressione soglia di apertura Pa e consente uno scarico rapido della sovrapressione; aprendosi completamente l’otturatore principale; rimane completamente aperta fino a quando la pressione supera Pc; richiude ad una pressione soglia di chiusura Pc sensibilmente diversa da Pa; consente di programmare Pc e Pa con notevole precisione in fase di progetto poiché tali pressioni sono determinate da aree differenti sull’otturatore principale. Nella forma di realizzazione con otturatore di espansione consente anche la formazione di una camera o volume di espansione adeguato per smorzare eventuali (modesti) transitori aumenti della pressione senza che il fluido contenuto nella valvola venga a contatto con l’ambiente esterno.

A titolo illustrativo soltanto e non limitativo si darà in seguito descrizione di forme di realizzazione preferite dell’invenzione con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la Fig. 1 è una sezione longitudinale lungo una forma preferita di valvola di sicurezza secondo l’invenzione, illustrata in posizione chiusa;

la Fig. 2 è una sezione secondo il piano indicato con 2-2 in Fig. 1 ;

la Fig. 3 è una sezione simile alla Fig. 1 e illustra la valvola in posizione intermedia o “ammortizzatrice”, in cui forma una camera-polmone internamente ad essa senza che il fluido all’intemo venga in contatto con l’esterno, per consentire lo sfogo di sovrapressioni modeste di piccola durata, per esempio, dovute a manovre di altre valvole sull’impianto;

la Fig. 4 è una sezione longitudinale simile alla Fig. 1 e illustra la valvola in condizione aperta, in cui sta scaricando all’esterno l’eccesso di pressione;

la Fig. 5 illustra una forma di realizzazione della valvola semplificata rispetto alla precedente in quanto priva della funzione “ammortizzatrice”, cioè della possibilità di formare un vano di scarico per sovrapressioni transitorie;

la Fig. 6 è una sezione secondo 6-6 in Fig. 5, e

la Fig. 7 è una sezione simile a Fig. 6, ma illustra la valvola in condizione aperta, di scarico.

Con riferimento dapprima alla Fig. 1, una valvola 10 secondo l’invenzione comprende un corpo 12, dotato di un passaggio o condotto interno 13 per il fluido e presentante un attacco di ingresso 14 e un (eventuale) attacco di uscita 15 per collegamento a un circuito di fluido. Si noti che non necessariamente 13 è condotto per un flusso di fluido, potrebbe essere un vano a un solo ingresso. Dal corpo 12 si estende una camicia 16 sostanzialmente tubolare, con asse b trasversale all asse a del condotto 13, chiusa all’estremità da una piastra di chiusura 18 e formante internamente una camera 20. La camera 20 è in comunicazione con il condotto 13 attraverso un’apertura 22 del condotto; è in comunicazione con l’esterno attraverso un orifizio di scarico 23 nella parete laterale, e attraverso un foro 24 nella piastra di chiusura.

Nella camera 20 è accolto a tenuta un otturatore di espansione 30, scorrevole assialmente lungo l’asse b. L’otturatore di espansione presenta una forma internamente cava a formare una camera 32 déll’otturatore. La camera 32 è in comunicazione con un orifizio 34 in una parete laterale dell’otturatore di espansione ed è aperta alla camera 20 inferiormente in figura. Il mantello 31 dell’otturatore di espansione forma superiormente una testa 35 a corona circolare con apertura centrale 36. Preferibilmente attorno all’apertura 36 è formato un dente 35’ circolare. L’otturatore di espansione è spinto in posizione di chiusura verso il condotto 13 mediante una molla 38, che agisce fra la piastra di fondo 18 e uno spallamento esterno 37 sull’otturatore. La posizione di chiusura dell’otturatore di espansione 30 è definita dal l’impegno fra una superficie di spallamento 37’ dell’otturatore e una superficie di spallamento 25, affacciata, della camicia 16. Il riferimento 30’ indica guarnizioni di tenuta fra l’otturatore di espansione e la camicia del corpo che impediscono al fluido di liberarsi verso l’esterno attraverso il foro 24.

Il riferimento 40 indica un cilindro ausiliario accolto a tenuta nell’otturatore di espansione e mobile solidalmente ad esso.

Il cilindro 40 ha uno o più orifizi laterali 41, in corrispondenza con l’ori tizio 34 dell’otturatore di espansione, è a tenuta contro la parete interna dell’otturatore di espansione mediante la guarnizione 42, ed è posizionato entro l’otturatore di espansione mediante attestamento contro uno spallamento interno 39 di esso.

Entro la camera 32 dell’otturatore di espansione ed entro il cilindro 40 è accolto, scorrevole, un otturatore principale 50. Questo comprende una testa allargata 51, con eventuale guarnizione di testa 51 ’, e una prima porzione di stelo 52, che definisce sulla faccia della testa inferiore in figura una corona circolare 53. Una seconda porzione dì stelo 54, o porzione di otturazione, forma una sede anulare 55 in cui è accolta una guarnizione 56 per realizzare la tenuta contro la parete interna del cilindro 40. Un’ulteriore porzione di stelo è indicata con 57.

Una molla 60 fra la piastra di chiusura 18 e uno spallamento della porzione 54 spinge l’otturatore principale 50 contro il dente 35’ della testa dell’otturatore di espansione. Quando la testa 51 dell’otturatore principale è contro il dente 35’, la porzione 54 dell’otturatore principale chiude l’orifizio 41 del cilindro ausiliario e quindi l’orifizio 34 dell’otturatore di espansione.

Sull’otturatore principale 50 si definiscono; un’area A36, che è l’area lasciata esposta alla pressione del fluido dal bordo 35’ dell’apertura 36 dell’otturatore di espansione; un’area A51, che è l’area della superficie in pianta della testa 51 ; un’area A53 che è l’area della corona 53; un’area A52 che è la superficie in pianta della porzione di stelo 52; un’area A54, che è l’area in pianta della porzione di otturazione 54; un’area A35 che è l’area in pianta definita dalla circonferenza della testa 35 dell’otturatore di espansione.

Si descriverà in seguito il funzionamento della valvola.

La valvola è inserita in un circuito da controllare, in continuità di fluido con detto circuito, mediante gli attacchi 14 e (eventualmente) 15.

Si definiscono le seguenti pressioni:

P1 pressione minima per iniziare a formare il volume di espansione Ve (chiuso verso l’esterno);

P2 pressione minima alla quale il volume di espansione Ve raggiunge il massimo valore (chiuso verso l’esterno);

Pa pressione di apertura verso l’esterno, a cui la pressione del fluido inizia a scaricare alfestemo;

Pc pressione di chiusura a cui la valvola si richiude.

Mediante opportuna scelta delle molle 38 e 60 si ottiene P2<PC·

Si realizzano le seguenti possibili condizioni di lavoro.

i) Quando nel condotto 13 la pressione P è inferiore a P[. l’otturatore di espansione e l’otturatore principale si trovano nella condizione chiusa illustrata in Figg. 1 e 2, vale a dire la molla 38 preme l’otturatore di espansione contro lo spallamento 25 e la molla 60 preme l’otturatore principale contro il bordo 35’ della testa dell’otturatore di espansione. L’orifizio 34 è chiuso, dalla porzione 54 dell’otturatore principale; il foro 24 è aperto all’atmosfera.

ii) Quando la pressione P entro il condotto 13 supera il valore P| prefissato (che dipende dalle molle 38 e 60), ed è Pj<P<P2, la forza applicata dalla pressione P al sistema che comprende l’otturatore di espansione 30 e l’otturatore principale 50 è P moltiplicato per l’area del disco definito dalla circonferenza della testa di espansione (P-A35). L’otturatore di espansione 30 si sposta lungo l’asse b (si abbassa in Fig. 1) fino al massimo a portare l’orifizio 34 in corrispondenza dello scarico 23 della camicia e trascina in questo movimento l’otturatore principale 50. Si genera un volume di espansione Ve (Fig. 3) in comunicazione di fluido con il condotto 13. La testa dell’otturatore principale resta chiusa a tenuta contro il bordo 35’; non vi è alcuno scarico di fluido all’esterno. Il volume Ve consente di contenere sovrapressioni di breve durata e di piccola entità (ad esempio generate dalla chiusura di un rubinetto).

iii) Quando la pressione P nel condotto 13 aumenta ancora oltre il valore Pa , mentre resta invariata la posizione dell’otturatore di espansione 30 in appoggio col suo mantello contro la piastra di fondo 18, si sposta l’otturatore principale 50 lungo il cilindro ausiliario 40 dell’otturatore di espansione. La testa 51 apre l’apertura 36 e la porzione 54 dell’otturatore principale libera rorifìzio 41 nel mantello dell’ otturatore di espansione. Si ha quindi uno sfogo del fluido in sovrapressione nel condotto attraverso l’apertura 36, attorno alla testa 51, lungo lo stelo 52 e verso l’esterno attraverso rorifìzio 41, e gli orifìzi 34 e 23 pressoché allineati. Ciò scarica rapidamente l’eccesso di pressione. L’apertura della valvola di sicurezza verso l’esterno ha luogo dunque quando la pressione di apertura Pa nel condotto 13 e nel volume. di espansione Ve genera una forza pari a Pa moltiplicata per l’area A36 dell’apertura 36 e superiore alla forza della molla 60 ( Pa - A36) > FgQ-Una volta allontanatasi la testa 51 dell’otturatore principale dal bordo 35’, la pressione P del fluido è applicata su più superfici del l’otturatore principale 50 e precisamente: sulla intera superficie superiore della testa, (A51 > A36); sulla superficie della corona circolare inferiore della testa (A53 = A51-A52) sulla superficie di corona circolare della porzione 54 (A54-A52). La forza risultante dovuta alle pressioni sull’otturatore principale è quindi P A51 - P(A51-A52) P(A54-A52) = P · A54, dove si è considerata positiva una forza se diretta verso il basso in Figg. 1-4.

La condizione aperta permane fino a quando P > Pc.

iv) Quando la pressione si abbassa sotto un valore Pc, l’otturatore 50 si alza contro Torturatore 30 ed entrambi si muovono alla posizione di chiusura in Fig. 1 .

Dunque la pressione di apertura Pa, che agisce sull’area A3 6, deve vincere la forza F60 della molla 60.

La pressione Pc di chiusura, che agisce sull’area A54, deve dare una forza inferiore alla F60.

Le forze Pa e Pc dunque possono essere stabilite con precisione in fase di progetto mediante dimensionamento delle aree A36 e A54. In particolare sarà A36 < A54 per avere Pc < Pa.

Non appena l’otturatore principale 50 inizia ad aprire, la forza con cui il fluido spinge l’otturatore verso il basso passa da P-A36 a P A54 (maggiore). Di conseguenza come l’otturatore inizia ad aprire, questo si porta rapidamente in posizione di completa apertura, ove rimane fino a quando P scende sotto Pc. Si elimina in questo modo il fenomeno, tipico delle usuali valvole di sicurezza, della progressiva apertura (al crescere di P > Pa ) e progressiva chiusura (quando P “scende” verso Pc ).

Sebbene la forma di realizzazione sopra detta sia attualmente la forma preferita, tuttavia è prevista e in alcuni casi utilizzabile una valvola come indicata con 110 in Figg. 5, 6 e 7.

Nella valvola 1 10 i particolari corrispondenti a quelli della valvola 10 portano numeri di riferimento uguali aumentati di 100 e non saranno descritti ulteriormente.

La valvola 1 10 comprende dunque un corpo 1 12 che delimita un condotto 113 per il fluido. Il corpo forma attacchi di ingresso 1 14 ed eventualmente di uscita 115 per Fapplicazione a un circuito di fluido.

Il corpo forma una camicia 1 16 dotata di un orifizio di scarico 123 (Fig. 5). Un cilindro ausiliario 140 è montato fisso a tenuta entro la camicia 1 16 e delimita con essa una camera 132 in cui scorre a tenuta un otturatore principale 150 (che in questo caso è l’unico otturatore). Il cilindro ausiliario 140 presenta almeno un orifizio 141 e una scanalatura 141 circonferenziale comunicante con esso. Una piastra di fondo 118 è applicata all’estremità della camicia 116 e presenta un foro 124 di comunicazione all’atmosfera. L’otturatore 150 è accolto nella camera 132 scorrevole a tenuta rispetto alla camicia e al cilindro ausiliario ed è spinto in posizione di chiusura da una molla 160. L’otturatore 150 presenta sezioni differenziate come l’otturatore 50 descritto prima per la forma di realizzazione delle Figg. 1-5. In particolare presenta una superficie A136 di un’apertura verso il condotto 113; una superficie superiore A 151 della testa 151; una superficie A153 della corona circolare 153; una superficie Al 54 della corona circolare della parte 154 affacciata alla corona circolare 153. E’ A136 < A 154 per avere Pc < Pa.

Il funzionamento della valvola 1 10 comprende le sole fasi iii) e iv) descritte per la valvola 10.

La valvola 1 10 non consente la formazione dello spazio ammortizzatore o di espansione Ve, come consente la valvola 10.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Valvola di sicurezza contro le sovrapressioni caratterizzata dal fatto che comprende: un corpo (12; 112) delimitante un condotto o vano interno (13; 1 13) per comunicazione con un sistema di fluido del quale si deve controllare la pressione; una camicia (16; 116) estesa da detto corpo; detta camicia avendo un orifizio di scarico (23; 123), un’apertura del condotto (22; 136) di comunicazione con il condotto interno di detto corpo, detta apertura comunicando con una camera interna della camicia, detta camera essendo delimitata da una piastra di fondo (18; 1 18) forata; un otturatore principale (50; 150) scorrevole entro la camera della camicia e spinto a molla (60; 160), detto otturatore essendo mobile fra una posizione di chiusura in cui espone una parte della testa alla pressione del fluido nel condotto, e una posizione di apertura in cui espone alla pressione del fluido più superfici, detto otturatore presentando dette più superfici di aree differenziate, in modo che l’area dell’otturatore principale interessata dalla pressione del fluido in posizione di chiusura del l’otturatore principale sia differente dall’area dell’otturatore principale interessata dalla pressione del fluido in posizione di apertura dell’otturatore principale.
2. 2. Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che comprende inoltre un otturatore di espansione (30) accolto in modo scorrevole nella camera (20) definita da detta camicia e che a sua volta definisce una camera (32) in cui è accolto scorrevole detto otturatore principale (50), detto otturatore di espansione essendo premuto a molla (38) in posizione di chiusura e avendo un orifizio (34) che, in posizione di apertura, è in registro con l orifizio di scarico (23) della camicia.
3. 3. Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che in posizione di chiusura detto otturatore principale è spinto dalla molla (60; 160) contro un dente (35’; 135’) che delimita un’apertura (36; 136) di comunicazione con il condotto di fluido.
4. 4. Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto otturatore principale (50; 150) presenta una testa (51; 151) dell’otturatore, una porzione a stelo (52; 152); una porzione (54; 154) di otturazione dello scarico, e che dette superfici ad aree differenziate comprendono: una superficie (A36, A 136) di un’apertura verso il condotto, una superfìcie (A51, Al 51) di otturazione di detta testa; una superficie a corona circolare (A53, A 153) ad essa opposta; una superfìcie (A54, A 154) ad essa affacciata, a corona circolare, della porzione di otturazione (54, 154).
5. 5. Valvola secondo le rivendicazioni 2 e 4, caratterizzata dal fatto che comprende una superficie (A35) definita dalla circonferenza della testa (35) dell’otturatore di espansione.
6. 6. Valvola secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che l’area della superficie (A54) a corona circolare della porzione di otturazione è diversa dell’area della superficie (A36) dell’apertura (36).
7. 7. Valvola secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che l’area della superficie (A54) a corona circolare della porzione di otturazione è maggiore dell’area della superficie (A36) dell’apertura (36).