ITTO20010591A1 - Valvola di sicurezza modulante azionata da pilota senza portata per gas e/o liquidi. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale avente per titolo: 'VALVOLA DI SICUREZZA MODULANTE AZIONATA DA PILOTA SENZA PORTA-TA PER GAS E/O LIQUIDI"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una valvola di sicurezza azionata da pilota, e più particolarmente, concerne una valvola di sicurezza modulante azionata da pilota del tipo "senza portata", ossia attraversato da fluido solamente durante i transitori di apertura e chiusura della valvola, in grado di funzionare perfettamente indipendentemente dallo stato fisico del fluido scaricato, ossia in grado di scaricare, indifferentemente, liquidi, gas e miscele bifase liquido-gas.

Le valvole di sicurezza operate da pilota del tipo noto, si possono distinguere in due gruppi. Al primo appartengono le valvole idonee al solo servizio con gas, il cui funzionamento, legato alla comprimibilità' del fluido, è caratterizzato dalla completa apertura della valvola non appena la pressione supera il valore di taratura. La valvola rimane poi completamente aperta fino a che la pressione non scende sotto il valore di richiusura (azione on-off). Il pilota può spesso consentire la regolazione della pressione di richiusura, indipendente da quella di taratura; può essere del tipo 'senza portata"; solitamente può scaricare solo in un ambiente a pressione atmosferica.

Le valvole appartenenti al secondo gruppo, ossia quelle in grado di operare sia con liquidi che con gas, hanno solitamente azione modulante, ossia alzata della valvola proporzionale alla sovrappressione, e pilota che non consente la regolazione indipendente delle pressioni di apertura e richiusura. Il pilota scarica entro il corpo della valvola. Il pilota può essere sia del tipo con portata, ossia che scarica fluido durante tutto il ciclo d'intervento della valvola, che del tipo 'senza portata". Quest'ultimo tipo è impiegato principalmente quando il gas scaricato, raffreddandosi nell'espansione tra le pressioni presenti all'ingresso ed all'uscita della valvola, potrebbe dar luogo al deposito di composti solidi con conseguente rischio di occlusioni del pilota e richiusura della valvola.

Si consideri, ad esempio, la formazione di idrati di metano conseguente all'espansione di gas naturale umido.

Anche quando la temperatura del fluido sia incompatibile con i materiali elstomerici impiegati per le tenute del pilota si ricorre all'impiego di piloti senza portata.

L'azione modulante, indispensabile quando la valvola deve scaricare del liquido, è spesso preferita anche per servizio con gas, perché semplifica il dimensionamento dei collettori di scarico, riducendo l'ampiezza delle onde d'urto di pressione generate dall'apertura della valvola.

L'azione modulante della valvola è assicurata dal pilota che riduce il valore della pressione agente sopra l'otturatore della valvola proporzionalmente alla sovrappressione.

L'azione modulante è stata finora invariabilmente associata all'esistenza di un legame univoco tra alzata e sovrappressione, ossia, a meno dell'isteresi dovuta alla forza di attrito, l'alzata dipende solo dal valore della sovrappressione e non dall'andamento, crescente o decrescente, della pressione. Ne consegue che la pressione di richiusura della valvola è circa uguale a quella di taratura (scarto di richiusura che tende a zero) e che, non raggiungendosi generalmente mai un perfetto equilibrio istantaneo tra la portata da scaricare e quella effettivamente scaricata dalla valvola, la pressione all'ingresso oscilla, la valvola pendola ed il pilota, anche quando del tipo senza portata con pressione in ingresso stabile, è attraversato dal fluido.

Risulta perciò poco giustificato l'impiego di valvole di sicurezza modulanti comandate da pilota 'senza portata", quando l'assenza reale di portata sia la condizione indispensabile per un certo funzionamento della stessa e quindi per la sicurezza degli apparecchi protetti.

La valvola, oggetto della presente invenzione, pur classificandosi come valvola di sicurezza modulante comandata da pilota del tipo 'senza portata" scaricante entro il corpo valvola, per liquido e/o gas, si propone di consentire il raggiungimento di una stabile condizione di funzionamento, effettivamente senza portata attraverso il pilota, per mezzo della diversificazione del legame tra alzata e sovrappressione a seconda che la pressione sia in aumento o in diminuzione.

Quando il gradiente della pressione in ingresso cambia di segno, il pilota mantiene isolata la camera di pressione, quella sopra l'attuatore della valvola, sia dal processo che dall'uscita, fino a che la variazione di pressione non superi un determinato valore.

Si interpone così tra le azioni modulanti in apertura e chiusura, un intervallo di pressione e di tempo caratterizzato da una elevata stabilità di funzionamento.

Entro questo intervallo la portata scaricata e quella da scaricare tendono all'equilibrio.

Nel caso di efflusso di gas, la variazione della pressione in ingresso produce anche un cambiamento dello stesso segno dell'alzata della valvola; infatti,il gas intrappolato entro la camera di pressione agisce come una molla che tende a riposizionare l'otturatore in modo che sia rispettato l'equilibrio delle forze sullo stesso agenti.

La portata scaricata cambia perciò per l'effetto congiunto della variazione della pressione e dell'area di scarico (dell'alzata).

In vista di tali scopi l'invenzione provvede una valvola di sicurezza azionata da pilota idonea al servizio con liquidi, con gas, con miscele liquido-gas, la cui caratteristica essenziale forma oggetto della rivendicazione 1, che si intende qui integralmente riportata.

Ulteriori caratteristiche vantaggiose risultano nelle rivendicazioni subordinate, che pure si intendono qui integralmente riportate.

La valvola secondo l'invenzione è priva di dispositivi per la regolazione della pressione di richiusura così come di ogni altro dispositivo regolabile in grado di interferire negativamente sul funzionamento, se erroneamente posizionato o danneggiato.

Quando sia necessario convogliare entro il corpo della valvola il fluido scaricato dal pilota, quest'ultimo può essere accessoriato con soffietto e pistone per il bilanciamento degli effetti della contropressione sulla pressione di taratura.

Il pistone assicura il bilanciamento anche in caso di rottura del soffietto.

La valvola di sicurezza modulante azionata da pilota (senza portata) idonea all'impiego con gas e/o liquidi, formante oggetto della presente invenzione, verrà ora più dettagliatamente descritta, per una migliore intelligenza, con riferimento agli annessi disegni che la rappresentano, a titolo di esempio non limitativo, secondo una preferita forma di esecuzione. In detti disegni:

- la figura 1 rappresenta in sezione ed in forma sostanzialmente schematica e semplificata, la valvola di sicurezza azionata da pilota, conforme all'invenzione;

- la figura 2 rappresenta in sezione ed in forma semplificata, in scala maggiore, le parti componenti la valvola, limitatamente a quelle inquadrate nella figura 1 con linea a tratti X. Come si può rilevare dalla semplice osservazione della figura I, detta valvola comprende:

- una valvola principale composta di un corpo 1, un boccaglio 2, un otturatore 3, una guida 4, un coperchio piano 5:

- un pilota composto da un corpo 6, un condotto 7, un boccaglio 8, un otturatore 9, un collare mobile 10, una molla di richiamo II, una guarnizione della sede principale 12 ed una della sede secondaria 13, una bussola forata radialmente 14, uno stelo 15, una guida 16, un soffietto 17, un pistone 18, una molla 19, un coperchio 20, una vite di taratura 21, un cappello 22, una spina cilindrica forata 23 per l'accoppiamento tra la valvola principale e il pilota.

- Ciò che caratterizza la valvola formante oggetto della presente invenzione deriva:

a) dalla particolare geometria e dall'opportuno dimensionamento di boccaglio 8, otturatore 9 e collare 10 che assicurano che: - in qualsiasi condizione di funzionamento il boccaglio 8, scorrevole entro il corpo 6, è spinto dalle pressioni su di esso agenti in direzione dell'otturatore 10 e che il collare mobile 10 è spinto verso il condotto 7;

- innalzandosi *la pressione di processo, il boccaglio 8 e l'otturatore 9, si spostano assieme aumentando la compressione della molla 19 fino a portare l'estremità del collare 10 a contatto con la guarnizione della sede secondaria 13 intercettando la comunicazione tra processo e camera 24;

- innalzandosi ulteriormente la pressione anche il collare 10 si muove con otturatore 9 e boccaglio 8 fino a che quest'ultimo non raggiunge il suo fermo meccanico contro il condotto 7;

- innalzandosi ancora la pressione otturatore 9 e collare 10 si muovono, allontanando la guarnizione della sede principale 12 dal boccaglio 8 e consentendo lo scarico di parte del fluido contenuto nella camera 24;

- alla conseguente riduzione della pressione nella camera 24 corrisponde una diminuzione della spinta sulla molla 19 e il ristabilirsi del contatto e della tenuta tra la guarnizione della sede principale ed il boccaglio;

- riducendosi ulteriormente la pressione in ingresso il boccaglio si allontana dalla sua posizione di fermo meccanico e si sposta assieme a otturatore e collare, scaricando la molla ma conservando intercettata la camera 24, fino a che il collare non torna a fermo meccanico contro il condotto 7;

- riducendosi ancora la pressione di processo, boccaglio ed otturatore si spostano ancora allontanando la guarnizione dalla sede secondaria 13 del collare 10, riaprendo la comunicazione tra ingresso e camera 24;

- l'aumento della pressione nella camera 24, produce un aumento della spinta sulla molla 19 con compressione della stessa, spostamento di boccaglio ed otturatore, ripristino del contatto e della tenuta tra collare e guarnizione della sede secondaria 13;

- affinchè dopo la fase di scarico del pilota abbia luogo la riapertura della comunicazione tra processo e camera 24, ossia si abbia funzionamento modulante con pressione in diminuzione, quest'ultima deve essersi ridotta di un valore percentualmente significativo rispetto al valore di apertura (tale valore può essere variato modificando la geometria delle parti e/o il carico della molla di richiamo 11).

b) dalla aggiunta del soffietto 17 avente area efficace pari a quella su cui si esercita la spinta del fluido sull'otturatore; c) dalla aggiunta del pistone 18, di area pari a quella efficace del soffietto.

Alle peculiari caratteristiche di disegno descritte nei punti da a) a c) corrispondono le seguenti prerogative funzionali non riscontrabili in alcuna valvola nota dello stesso tipo.

All'apertura del pilota, che avviene in maniera proporzionale all'aumento della pressione sopra il valore di taratura, fa riscontro, con proporzionalità inversa, una diminuzione della pressione della camera 24.

Una successiva diminuzione della pressione all'ingresso non provoca né ingresso né uscita di fluido dalla camera 24, fino a che la pressione non scenda ad un valore prossimo a quello di richiusura della valvola.

Una ulteriore diminuzione della pressione all'ingresso, prima di causare la richiusura della valvola, produce un aumento della pressione nella camera 24 proporzionale alla diminuzione di pressione, con conseguente chiusura della valvola in modo graduale e proporzionale alla diminuzione di pressione.

Il valore della pressione di taratura ed il funzionamento della valvola non sono influenzati dalla presenza di eventuali contropressione allo scarico del pilota per la presenza del soffietto 17.

L'accidentale rottura del soffietto risulta ininfluente sul valore della pressione di taratura per effetto del pistone 18. Naturalmente numerose varianti potranno, in pratica, essere apportate rispetto a quanto descritto ed illustrato a solo titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione e quindi dal dominio della presente privativa industriale.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Valvola di sicurezza modulante azionata da pilota senza portata idonea al servizio con liquidi, con gas, con miscele liquido-gas, comprendente una valvola e un pilota, connessi tramite apposita spina cilindrica forata atta a consentire la comunicazione tra il pilota e la camera (24) della valvola, caratterizzata dal fatto che: comprende un otturatore (9) ed un boccaglio (8), scorrevole entro il corpo pilota (6) aventi posizioni dipendenti dai valori delle pressioni all'ingresso e nella camera (24); dal fatto che il loro spostamento, a partire dalla condizione di esercizio (camera 24 collegata al processo), determina in sequenza l'isolamento della camera (24) dal processo, tramite un collare scorrevole (10), e quindi il suo collegamento all'uscita; dal fatto che in qualunque condizione di funzionamento il boccaglio (8) è spinto dalla sola pressione del fluido verso l'otturatore (9) mentre il collare scorrevole (10) è spinto verso il condotto (7), dall'azione della sola molla di richiamo (11) quando la pressione in ingresso è pari a quella nella camera (24) ed anche dalla differenza tra le due pressioni, quando la prima è maggiore della seconda, e dal fatto che, attraverso la differenza tra i diametri delle tenute cilindriche di boccaglio (8) e collare (10), rispetto a quelli delle sedi loro affacciate (rispettivamente 12 e 13) viene prodotto uno sbilancio di forza atto a garantire una posizione stabile delle parti mobili del pilota e quindi della valvola ogni volta che il gradiente della pressione di processo cambia segno.
2. 2. Valvola di sicurezza secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il pilota è equipaggiato con soffietto (17) e pistone (18) per annullare gli effetti di eventuali contropressioni allo scarico.
3. 3. Valvola di sicurezza modulante azionata da pilota del tipo senza portata provvista di mezzi idonei a consentirne il funzionamento indifferentemente con liquidi e/o gas, il tutto come sopra descritto e come rappresentato negli annessi disegni per i fini specificati.