ITRM20100462A1 - Valvola di sicurezza a resistenza costante. - Google Patents

Description

"VALVOLA DI SICUREZZA A RESISTENZA COSTANTE"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una valvola di sicurezza a resistenza costante.

Una valvola di sicurezza è un dispositivo che viene installato su un recipiente o una tubazione al fine di regolare/limitare la pressione del fluido contenuto all’interno.

Una valvola di sicurezza è principalmente costituita da un corpo nel quale alloggia un otturatore mobile (nel seguito detto anche piattello) che insiste su una sede di tenuta (nel seguito detta anche boccaglio), sede che si affaccia all’interno del recipiente.

La funzione dell’otturatore è quella di contenere la spinta esercitata dalla pressione del fluido all’interno del recipiente, fino ad una soglia predeterminato di taratura (detta anche pressione di scatto).

Al di sotto di tale pressione di soglia la pressione interna è inferiore alla spinta dell’otturatore e quindi la valvola resta chiusa. Al raggiungimento di tale pressione di soglia, la pressione interna uguaglia la spinta dell’otturatore ed al di sopra di questa vince la spinta dell’otturatore spostandolo e causando quindi l’apertura della valvola e consentendo il passaggio del fluido verso l’esterno.

Nelle valvole di tecnica nota la spinta esercitata dall’otturatore è tarata, in funzione delle necessità, secondo tecniche diverse.

In generale, l’otturatore può scorrere lungo sue guide sotto l’azione forzante di pesi oppure di elementi elastici.

La soluzione con elementi elastici, in particolare molle di tipo elicoidale (si veda figura 1), comporta un importante svantaggio. Infatti la forza esercitata dalla molla dipende dalla costante elastica della stessa e quindi non è costante lungo l’intera corsa dell’otturatore, quindi nel range di pressione di utilizzo dello stesso. Ciò porta ad una forte limitazione nell’uso perché limitata risulta la corsa dell’otturatore, condizionando negativamente la portata dell’efflusso.

Perciò sono senz’altro da preferire soluzioni in cui la forza di spinta esercitata dall’otturatore è sostanzialmente costante, almeno entro un intervallo utile di utilizzo, indipendentemente dalla sua corsa meccanica e dalla pressione interna del recipiente. Le valvole di sicurezza sono note ed utilizzate da decenni e l’inconveniente sopra indicato costituisce da sempre un problema. Nella tecnica nota esiste una sola soluzione a questo problema, costituita da una valvola il cui otturatore mobile è forzato nella posizione di chiusura da uno o più pesi, di valore predeterminato in funzione della resistenza che si vuole produrre. Una tale soluzione nota è schematicamente mostrata in figura 2.

Tuttavia, questa soluzione presenta altri importanti inconvenienti.

Innanzitutto è necessario utilizzare pesi notevoli nel caso di pressioni di taratura elevate. In altre parole, maggiore è la pressione di taratura, maggiore è il peso che deve gravare sull’otturatore per impedire che la valvola si apra troppo presto. Ciò comporta evidentemente uno svantaggio in termini di dimensioni della valvola, suo ingombro, suo peso, ecc. Inoltre, eventuali modifiche nella taratura comportano operazioni di montaggio e smontaggio di parti sicuramente abbastanza noiose ed impegnative.

Inoltre, è evidente che un tale tipo di valvola funziona solamente se l’otturatore è scorrevole lungo guide poste verticalmente e quindi soggetto all’azione della forza di gravità.

Perciò non è possibile utilizzare valvole di questo tipo quando devono essere disposte secondo inclinazioni diverse.

Lo scopo della presente invenzione è quello di risolvere i problemi lasciati ancora aperti dalla tecnica nota. Tale risultato è stato raggiunto tramite una valvola di sicurezza come definita nella rivendicazione indipendente n. 1.

Ulteriori caratteristiche del sistema dell’invenzione in oggetto sono definite nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti.

La presente invenzione, superando i problemi della tecnica nota, comporta numerosi ed evidenti vantaggi

In particolare la presente invenzione risolve un problema decennale, da sempre esistente nella tecnica nota e mai risolto, in maniera estremamente semplice e funzionale.

Il risultato è una valvola meccanicamente semplice, leggera, con un otturatore che esercita una forza sostanzialmente costante nell’intero intervallo di utilizzo.

Inoltre, la valvola secondo la presente invenzione è tarabile in maniera estremamente semplice, senza necessità di operazioni noiose e complesse.

Ancora ulteriori vantaggi, così come le caratteristiche e le modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione preferita, presentata a scopo esemplificativo e non limitativo, facendo riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista in sezione di una valvola a molla elicoidale di tecnica nota;

la figura 2 è una vista in sezione di una valvola a pesi di tecnica nota;

le figure 3A, 3B, 3C e 3D sono viste di una molla ad arco utilizzata nella presente invenzione;

la figura 4 è un grafico comparativo della curva carico-deformazione di una molla ad arco rispetto ad una molla elicoidale a compressione; e

la figura 5 è una vista in sezione di una valvola secondo la presente invenzione.

La presente invenzione sarà nel seguito descritta nel dettaglio facendo riferimento alle figure suindicate.

Come già detto, le figure 1 e 2 illustrano schematicamente due tipi di valvole di tecnica nota.

In particolare la valvola di figura 1 è una tradizionale valvola 1 a molla elicoidale. La valvola 1 è montata su un condotto di uscita 2 di un recipiente 3, e l'interno del suo corpo è in collegamento idraulico con l’interno del recipiente.

La pressione del fluido all’interno del recipiente 3 insiste su un piattello 4 di un otturatore mobile 5 che poggia a tenuta su una sede di tenuta,

L’otturatore 5 è scorrevolmente montato lungo guide 6 ed è forzato verso una posizione di chiusura della valvola da una molla elicoidale 7 montata assialmente rispetto alla direzione di scorrimento dell’otturatore, in maniera tale da risultare compressa durante l’alzata dell’otturatore stesso, sotto l’azione della pressione interna al recipiente, come indicato dalla freccia F1 in figura 1.

La successiva figura 2 è una vista in sezione di una valvola 11 di tecnica nota, del tipo a peso.

Anche in questo tipo di valvole, un otturatore 15 è scorrevolmente montato su guide 16 ed un piattello 14 insiste su una sede di tenuta.

La resistenza dell’otturatore è tarata attraverso il posizionamento di pesi 18 sull’otturatore stesso, in maniera tale da forzarlo affinchè il piattello 14 chiuda la valvola ed impedisca l’efflusso del fluido. La spinta, costante, dell’otturatore dipende quindi dall’entità dei pesi 18.

La presente invenzione nasce da un’attenta e scrupolosa analisi del problema tecnico lasciato insoluto dalla tecnica nota e sopra esposto.

Tale analisi ha portato all’osservazione che, sebbene in generale mezzi elastici presentino una costante elastica K e quindi un legame proporzionale tra forza esercitata e spostamento (o deformazione) F=Kx, un differente azionamento dei mezzi elastici può produrre una forza sostanzialmente costante, almeno un predeterminato intervallo di spostamento (o deformazione).

Pertanto, rinnovazione consiste proprio nel utilizzare, per la costruzione di valvole di sicurezza, mezzi elastici che esercitino sull’otturatore mobile una forza sostanzialmente costante in un predeterminato intervallo di spostamento dell’otturatore stesso, in contrasto della pressione del fluido contenuto all’interno del recipiente.

In generale, ciò può essere ottenuto utilizzando, come mezzi elastici, almeno un elemento elastico che presenti nel complesso una sostanziale curvatura,

Tale elemento elastico, montato in maniera tale che ad uno spostamento dell’otturatore corrisponda una variazione della curvatura, risponde al requisito di esercitare una forza sostanzialmente costante, indipendentemente dallo spostamento, almeno in un certo intervallo.

Nella pratica, elementi elastici di questo tipo devono essere ricercati in campi estremamente lontani da quello dell'invenzione.

In particolare, può essere utilizzato un elemento elastico che comprenda una molla elicoidale 101, come l’elemento 100 visualizzato nelle figure da 3A a 3D, che ne rappresentano una forma di realizzazione preferita.

La porzione di molla elicoidale 101 è, preferibilmente, una molla del tipo a trazione, a spire accostate.

La molla comprende due bracci estremali 102, di fissaggio alla valvola, in particolare al corpo principale ed all’otturatore.

Ciascun braccio di fissaggio 102 presente, in corrispondenza dell’estremità libera, mezzi di connessione 103, preferibilmente girevoli. Ad esempio, ciascun braccio può essere sagomato per terminare con un occhiello 103 che si può inserire liberamente su un perno in maniera tale da poter ruotare.

Come illustrato in figura 3A, la porzione di molla elicoidale 101 può essere, a riposo, ad andamento lineare, e presentare i bracci di fissaggio inclinati rispetto all’asse A della molla stessa, determinando così la sostanziale e richiesta curvatura dell’elemento elastico. In alternativa, la porzione di molla 101 può essere predeformata, come in figura 3B, in maniera tale da assumere una conformazione ad arco anche in condizioni di riposo e senza sollecitazioni.

In ogni caso, nel complesso, l’elemento elastico è posizionato in maniera tale che la linea della forza da esso esercitata, indicata in figura 3C con le frecce F2 e F3, sia parallela e distinta dalla direzione dell’asse A oppure A’ di detta molla elicoidale 101. Infine, la figura 3D mostra schematicamente la deformazione che subisce l’elemento elastico in conseguenza di uno spostamento, deformazione da cui consegue una variazione della curvatura dell’elemento stesso.

In altre parole, la molla non è utilizzata né in compressione, né in trazione, bensì in flessione.

La successiva figura 4 è un grafico che rappresenta la curva carico-deformazione, sia per una tradizionale molla elicoidale a compressione, sia per un elemento elastico del tipo ora descritto, che può anche essere definito “ad arco”.

Da tale grafico si può facilmente riscontrare che in un ampio intervallo di deformazione/spostamento, la forza esercitata dalla molla è sostanzialmente costante.

Fa naturalmente eccezione il primo tratto, corrispondente ai primi mm di spostamento, cioè alla flessione iniziale.

Tuttavia, la molla può essere vantaggiosamente pre-caricata, in maniera tale da poter lavorare in un tratto della curva selezionato e di interesse in cui l’andamento è sostanzialmente costante.

La successiva figura 5 è una vista in sezione di una valvola di sicurezza 21 secondo la presente invenzione.

In particolare, la valvola 21 comprende una sede di tenuta che si affaccia all’interno del recipiente di cui si vuole limitare la pressione interna, sulla quale insiste un otturatore mobile a piattello 24, 25. L’otturatore mobile è scorrevolmente montato su guide 26 e capace di uno spostamento lineare.

Tra l’otturatore ed il corpo principale della valvola, sono montati due elementi elastici 100 come le caratteristiche finora descritte, in particolare due “molle ad arco”.

E’ da intendersi che il numero degli elementi elastici può essere diverso, in particolare possono essere previste quattro molle disposte regolarmente attorno all’otturatore.

II precarico delle molle corrisponde praticamente alla pressione di taratura della valvola. Perciò, al verificarsi di una pressione interna al recipiente maggiore del precarico, le molle cominceranno a flettersi ed il fluido potrà defluire all’esterno.

Come già ampiamente detto, l’uso di questo tipo di elementi elastici consente di ottenere un comportamento uniforme dell’otturatore in termini di resistenza, per tutta la sua corsa.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento ad una sua forma di realizzazione preferita. È da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Valvola di sicurezza (21) per la regolazione e/o limitazione della pressione di un fluido contenuto all'interno di un recipiente, comprendente un corpo principale, un otturatore mobile (24, 25) che insiste su una sede di tenuta che si affaccia all’interno del recipiente e mezzi elastici (100) che esercitano una forza in contrasto a detta pressione tra detto corpo principale e l’otturatore, caratterizzata dal fatto che detti mezzi elastici (100) esercitano sull’otturatore mobile una forza sostanzialmente costante in un predeterminato intervallo di spostamento di detto otturatore.
2. 2. Valvola di sicurezza (21) secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi elastici (100) comprendono almeno un elemento elastico presentante nel complesso una sostanziale curvatura e montato in maniera tale che ad uno spostamento dell’otturatore corrisponda una variazione di detta curvatura.
3. 3. Valvola di sicurezza (21) secondo la rivendicazione 2, in cui detto almeno un elemento elastico comprende una molla elicoidale (101).
4. 4. Valvola di sicurezza (21) secondo la rivendicazione 3, in cui detta molla elicoidale (101) è del tipo a trazione, a spire accostate.
5. 5. Valvola di sicurezza (21) secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui detta molla (101) comprende due bracci estremali di fissaggio 8102) a detta valvola, presentanti mezzi di connessione (103) a detta valvola in corrispondenza delle loro estremità libere.
6. 6. Valvola di sicurezza (21) secondo la rivendicazione 5, in cui detti mezzi di connessione (103) sono mezzi di connessione girevole.
7. 7. Valvola di sicurezza (21) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto otturatore mobile è scorrevolmente montato su guide (26) e capace di uno spostamento lineare.
8. 8. Valvola di sicurezza (21) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 7, in cui detto elemento elastico (100) è posizionato in maniera tale che la linea della forza da esso esercitata sia parallela e distinta dalla direzione di un asse (A, A’) di detta molla elicoidale (101).
9. 9. Valvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 8, in cui detta molla elicoidale (101) è predeformata in maniera tale da assumere una conformazione ad arco.