ITTO20130044A1 - Dispositivo di regolazione per variare automaticamente la taratura di una valvola pilota di un riduttore di pressione per una rete di distribuzione di gas combustibile - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“DISPOSITIVO DI REGOLAZIONE PER VARIARE AUTOMATICAMENTE LA TARATURA DI UNA VALVOLA PILOTA DI UN RIDUTTORE DI PRESSIONE PER UNA RETE DI DISTRIBUZIONE DI GAS COMBUSTIBILEâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un dispositivo di regolazione per variare automaticamente la taratura di una valvola pilota di un riduttore di pressione per una rete di distribuzione di gas combustibile.

Il dispositivo della presente invenzione può essere applicato a reti di distribuzione in alta, media e bassa pressione. Ad esempio, nelle reti in bassa pressione sono previste una o più linee di alimentazione, ciascuna delle quali riceve gas combustibile ad una pressione che viene ridotta ad un valore tipicamente attorno a 0,024 bar tramite un riduttore di pressione. Nel caso di più linee di alimentazione, dopo la riduzione di pressione il gas combustibile viene confluito in una unica linea di mandata e convogliato poi dalla rete di distribuzione alle utenze.

Il suddetto riduttore di pressione à ̈ di tipo normalmente chiuso ed apre/chiude la linea di alimentazione in funzione di una pressione di comando o motorizzazione, che viene regolata da una valvola pilota di tipo normalmente aperto in risposta alla pressione di mandata del gas combustibile. In particolare, la valvola pilota ha una molla, il cui precarico può essere tarato manualmente in modo da impostare il valore di set-point della pressione di mandata nella rete di distribuzione.

In genere, à ̈ molto sentito il problema delle dispersioni lungo la rete di distribuzione prima che il gas arrivi alle utenze. Statisticamente negli ultimi cinque anni, la perdita di gas à ̈ stimabile attorno al 1,4% rispetto al totale di gas distribuito. In particolare, la frequenza dei punti di dispersione à ̈ stimabile in uno per ogni 10 km di rete.

Ovviamente, maggiore à ̈ la pressione del gas nella rete di distribuzione, maggiore sarà la quantità di gas in uscita per ogni punto di dispersione. D’altra parte, la pressione del gas deve essere sufficiente ad alimentare gas combustibile alle utenze, anche a quelle più lontane ed anche in condizioni di picchi di richiesta. Generalmente, i picchi di richiesta si verificano in determinate fasce orarie, ad esempio dalle 6 alle 9 del mattino; dalle 11 alle 14 del pomeriggio; dalle 18 alle 21 la sera. In tutte le altre fasce orarie, la richiesta à ̈ minore, per cui sarebbe opportuno mantenere la pressione di mandata del gas ad un livello inferiore, al fine di contenere le perdite di gas come accennato sopra.

Tuttavia, la valvola pilota, in genere, à ̈ progettata in modo tale da mantenere la pressione di mandata in rete sempre ad un valore prefissato (tipicamente 24 mbar in bassa pressione, ad esempio, come già indicato sopra).

Per variare il comportamento della valvola pilota, à ̈ noto di regolare il precarico della molla nella valvola pilota tramite dispositivi temporizzatori che permettono di tenere la pressione di mandata in rete ad un valore leggermente più basso durante le fasce orarie di minore richiesta.

Tuttavia, questi sistemi sono alquanto rigidi e, quindi, non riescono a soddisfare una eventuale richiesta straordinaria di gas nelle fasce orarie che sono state impostate come quelle prestabilite di minor consumo.

Inoltre, i dispositivi temporizzatori sono, in genere, del tipo a carica meccanica a molla e quindi richiedono di essere ricaricati manualmente in modo periodico, ad esempio una volta alla settimana.

Una soluzione alternativa à ̈ prevista nel brevetto US2308187A, il quale insegna a prevedere un sistema di regolazione comprendente un tubo a Venturi per il rilevamento della portata disposto nella linea di alimentazione a valle del riduttore di pressione, ma tale sistema à ̈ relativamente complesso da installare.

Sono noti anche sistemi di regolazione di tipo elettronico, che sono alimentati ad esempio da una batteria e variano la taratura della valvola pilota secondo una logica prestabilita. Tuttavia, questo tipo di soluzioni impiega apparecchiature relativamente delicate e costose.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un dispositivo di regolazione per variare automaticamente la taratura di una valvola pilota di un riduttore di pressione per una rete di distribuzione di gas combustibile, il quale consenta di risolvere in maniera semplice ed economica i problemi sopra esposti.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un dispositivo di regolazione per variare automaticamente la taratura di una valvola pilota di un riduttore di pressione per una rete di distribuzione di gas combustibile, come definito dalla rivendicazione 1.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 illustra, in sezione trasversale ed in modo schematico, una preferita forma di attuazione del dispositivo di regolazione per variare automaticamente la taratura di una valvola pilota di un riduttore di pressione per una rete di distribuzione di gas combustibile secondo la presente invenzione;

- la figura 2 illustra il dispositivo della figura 1 in scala ingrandita; e

- la figura 3 à ̈ analoga alla figura 2 ed illustra una variante del dispositivo della presente invenzione. In figura 1, il numero di riferimento 1 indica una linea di alimentazione per fornire gas combustibile ad una rete di distribuzione non illustrata, la quale convoglia tale gas verso una o più utenze.

La linea 1 comprende una tubazione 2, che riceve il gas combustibile ad una pressione pA, ed una tubazione di mandata 3 che fornisce tale gas alla rete di distribuzione ad una pressione di mandata pB, avente un valore più basso della pressione pA.

La linea 1 comprende, inoltre, un gruppo valvola 10, il quale riduce la pressione e, nel contempo, lascia fluire la portata di gas combustibile richiesta dalle utenze. Il gruppo valvola 10 comprende un riduttore 20 di pressione di tipo proporzionale, normalmente chiuso (ossia di tipo cosiddetto “fail to close†), configurato in modo da aprire/chiudere un passaggio dalla tubazione 2 alla tubazione 3 al fine di mantenere il valore desiderato per la pressione di mandata pB.

In particolare, il riduttore 20 comprende due camere 21,22 separate da una membrana 23. La camera 21 comunica in modo permanente con la tubazione 3 attraverso un condotto 24 per ricevere un segnale pneumatico definito dalla pressione di mandata pB, mentre la camera 22 Ã ̈ atta a ricevere un segnale pneumatico definito da una pressione di comando o motorizzazione pM.

Il riduttore 20 comprende, inoltre, un otturatore 25 collegato rigidamente ad una porzione intermedia della membrana 23 e mobile in risposta alla pressione di mandata pB ed alla pressione di motorizzazione pM per aprire/chiudere il passaggio dalla tubazione 2 alla tubazione 3. Una molla 26 esercita una azione elastica di chiusura, in senso concorde con l’azione di chiusura esercitata dalla pressione di mandata pB e discorde con l’azione di apertura esercitata dalla pressione di motorizzazione pM.

Il gruppo valvola 10 comprende, inoltre, una valvola pilota 27, la quale à ̈ di tipo proporzionale e normalmente aperto (ossia del tipo cosiddetto “fail to open†) e comprende un corpo valvola 28 avente una uscita 29, che comunica in modo permanente con la camera 22 attraverso una linea di motorizzazione 30 per fornire la pressione di motorizzazione pM.

Il corpo valvola 28 ha, inoltre, un ingresso 31 comunicante con l’uscita 32 di un dispositivo 33, il quale fornisce un gas di comando in pressione. In particolare, il dispositivo 33 à ̈ un riduttore di pressione, non descritto in dettaglio, avente un ingresso 34 che preferibilmente comunica con la tubazione 3, preferibilmente attraverso una linea di derivazione ed un passaggio interno al riduttore 20, per ricevere gas combustibile come gas di comando. In altre parole, le pressione di motorizzazione pM à ̈ ottenuta tramite gas combustibile con pressione ridotta dal dispositivo 33 e proveniente dalla tubazione 2.

La valvola pilota 27 comprende una camera 35, che comunica con la tubazione 3 attraverso un raccordo 36, preferibilmente collegato al condotto 24, in modo da ricevere un segnale pneumatico definito dalla pressione di mandata pB del gas combustibile. Tale segnale pneumatico esercita una azione di chiusura su un passaggio interno dall’ingresso 31 all’uscita 29. La valvola pilota 27 comprende, inoltre, una molla 37, la quale esercita una azione di apertura opposta alla pressione di mandata pB.

Con riferimento alla figura 2, la valvola pilota 27 comprende un piattello 38, il quale preferibilmente à ̈ coassiale con la molla 37 lungo un asse A ed à ̈ assialmente mobile rispetto al corpo valvola 28 in modo da variare la compressione o precarico della molla 37. Il piattello 38 à ̈ definito da un disco rigido o da una membrana o da un qualsiasi elemento mobile avente funzione analoga, realizzato in metallo o in altro materiale.

Quando la pressione di mandata pB tende a superare un valore di taratura pG, impostato variando il precarico della molla 37, la valvola pilota 27 tende a chiudersi e, quindi, ad abbassare o annullare la pressione di motorizzazione pM nella linea di motorizzazione 30. Al contrario, quando la pressione di mandata pB tende a scendere oltre il valore di taratura pG, la valvola pilota 27 tende ad aprirsi completamente (in questa condizione di completa apertura, la pressione di motorizzazione pM nella linea di motorizzazione 30 à ̈ massima ed à ̈ stabilita dal dispositivo 33). In altre parole, la valvola pilota 27 regola la sezione del passaggio interno tra l’ingresso 31 e l’uscita 29 e determina la pressione di motorizzazione pM nella linea di motorizzazione 30 e, quindi, nella camera 22 per fare in modo che la pressione di mandata pB rimanga uguale al valore di taratura pG. Pertanto, dal “confronto†tra la pressione di mandata pB e la forza della molla 37, opportunamente tarata, nasce la pressione di motorizzazione pM.

Secondo la presente invenzione, il precarico della molla 37 e, quindi, il valore di taratura pG vengono variati in modo automatico spostando il piattello 38 in funzione della pressione di motorizzazione pM tramite un dispositivo di regolazione 40 ad azionamento meccanico ed a comando pneumatico.

Il dispositivo di regolazione 40 comprende un corpo 41, il quale à ̈ disposto in posizione fissa rispetto al corpo valvola 28 e definisce, al proprio interno, una camera 42 a volume variabile avente una bocca di ingresso 43 che comunica con la linea di motorizzazione 30 attraverso un raccordo 44 affinché la camera 42 riceva gas alla pressione di motorizzazione pM.

Il corpo 41 ospita un elemento mobile 45, ad esempio una membrana o un pistone, il quale à ̈ in grado di traslare lungo un asse B, delimita un lato assiale della camera 42 ed à ̈ sottoposto alle forze opposte esercitate dalla pressione di motorizzazione pM nella camera 42 e dalla molla 37. Preferibilmente, il dispositivo di regolazione 40 comprende una molla 49 addizionale, che esercita, nei confronti dell’elemento mobile 45, una azione concorde a quella della molla 37 e ha la funzione principale di definire, con il suo precarico, qual à ̈ la soglia minima di pressione oltre la quale l’elemento mobile 45 iniziare a traslare.

In particolare, la molla 49 à ̈ alloggiata in una cavità 51 del corpo 41 ed à ̈ appoggiata assialmente contro l’elemento mobile 45, da un lato, e contro una parete 52 del corpo 41, dall’altro lato. La cavità 51 à ̈ isolata dalla camera 42 e ha una bocca di ingresso 53 che, nella forma di realizzazione illustrata in figura 2, comunica con l’atmosfera.

L’elemento mobile 45 à ̈ collegato al piattello 38 tramite una trasmissione meccanica 55 in modo da esercitare una forza di spinta sul piattello 38. Nella forma realizzativa di figura 2, gli assi A e B coincidono, e la trasmissione meccanica 55 à ̈ definita da una asta estendentesi assialmente attraverso la parete 52 ed avente una estremità assiale che à ̈ disposta nella cavità 51 ed à ̈ fissata all’elemento mobile 45. L’estremità assiale opposta dell’asta à ̈ accoppiata al piattello 38 in modo da poterlo spingere e, quindi, comprimere la molla 37 all’aumentare della pressione di motorizzazione pM nella camera 42. Al diminuire, invece, della pressione di motorizzazione pM, il precarico della molla 37 tende a diminuire, per cui la molla 37 tende ad allungarsi, ossia il piattello 38 trasla assialmente verso il dispositivo di regolazione 40 fino a raggiungere un precarico (ossia un valore di taratura) minimo, che può essere impostato a piacere in ciascun impianto.

Il dispositivo di regolazione 40 permette che il livello della pressione di mandata pB nella rete di distribuzione si auto-regoli in un determinato intervallo (ad esempio, tra un livello massimi di 26 mBar ed un livello minimo di 18 mBar) in modo proporzionale alla richiesta di gas combustibile da parte delle utenze. Infatti, con l’aumentare della richiesta di gas combustibile, la pressione di mandata pB tenderebbe naturalmente a diminuire, ma la valvola pilota 27 tende automaticamente ad aumentare la pressione di motorizzazione pM in modo da aprire il riduttore 20 e quindi ripristinare o mantenere la pressione di mandata pB al valore di taratura pG, come spiegato sopra. Nel contempo, grazie al dispositivo di regolazione 40, l’aumento della pressione di motorizzazione pM provoca un incremento del valore di taratura pG, che corrisponde ad un aumento del livello della pressione di mandata pB. Con il diminuire della richiesta di gas da parte delle utenze, invece, la situazione à ̈ opposta: la pressione di mandata pB tenderebbe naturalmente ad aumentare, ma la valvola pilota 27 tende a chiudersi per ridurre la pressione di motorizzazione pM, in modo da chiudere il riduttore 20 e quindi ripristinare o mantenere la pressione di mandata pB al valore di taratura pG; nel contempo, la riduzione della pressione di motorizzazione pM provoca una diminuzione del precarico della molla 37 e, quindi, del valore di taratura pG, che si ripercuote in un abbassamento del livello della pressione di mandata pB.

In altre parole, il dispositivo di regolazione 40 sfrutta la maggiore o minore pressione di motorizzazione pM generata dalla valvola pilota 27 per variare automaticamente il valore di taratura pG della valvola pilota 27 stessa e, di conseguenza, il livello della pressione in rete.

Nella variante illustrata in figura 3, ove possibile, le varie parti del dispositivo di regolazione 40 sono state identificate dai medesimi numeri di riferimento utilizzati in figura 2. La variante di figura 3 differisce da quanto mostrato in figura 2 essenzialmente per il fatto che la trasmissione meccanica 55 à ̈ definita da un leverismo, che consente di avere una amplificazione della spinta nella trasmissione della forza dall’elemento mobile 45 al piattello 38. Tale amplificazione consente di limitare il diametro dell’elemento mobile 45 e quindi le dimensioni del corpo 41.

In particolare, il leverismo comprende una leva 56 e due aste 57,58, le quali sono parallele, si estendono rispettivamente lungo gli assi A e B e hanno rispettive estremità accoppiate al piattello 38 e all’elemento mobile 45. All’estremità opposta, le aste 57,58 sono accoppiate alla leva 56 in modo da definire due bracci di lunghezza diversa rispetto ad un punto di fulcro 60. Preferibilmente, il punto di fulcro 60 ha una posizione regolabile lungo la leva 56, in modo da variare la lunghezza dei due bracci e quindi calibrare in modo fine l’amplificazione della forza. Inoltre, come ulteriore possibile differenza rispetto alla figura 2, la molla 49 à ̈ esterna al corpo 41 ed agisce direttamente sulla trasmissione meccanica 55.

Sempre come ulteriore possibile differenza rispetto alla figura 2, la bocca di ingresso 53 comunica con la tubazione 3 attraverso un raccordo 61, preferibilmente collegato al condotto 24, affinché la cavità 51 riceva un segnale pneumatico definito dalla pressione di mandata pB: tale pressione esercita sull’elemento mobile 45 una forza concorde con quella delle molle 37,49 e ha la funzione di smorzare il movimento dell’elemento mobile 45 e quindi di stabilizzare la regolazione in condizioni dinamiche. La pressurizzazione della cavità 51 potrebbe anche permettere di eliminare l’uso della molla 49. Analogo utilizzo del segnale pneumatico definito dalla pressione di mandata pB nella cavità 51 può essere applicato anche alla soluzione delle figure 1 e 2, sebbene non sia illustrato.

In uso, senza richiesta di gas combustibile da parte delle utenze, il dispositivo di regolazione 40 non esercita alcuna azione. Nel caso di richiesta di gas, invece, quanto maggiore à ̈ la richiesta, tanto maggiore à ̈ la pressione di motorizzazione pM. Quest’ultima, vincendo le forze delle molle 37 e 49, provoca lo spostamento del piattello 38 tramite la trasmissione meccanica 55, in modo da comprimere la molla 37 e da determinare una nuova taratura, con il conseguente aumento della pressione di mandata pB.

Quando la portata di gas richiesta scende, nella valvola pilota 27 la pressione di mandata pB tende a diventare maggiore della taratura della molla 37, per cui la pressione di motorizzazione pB si riduce automaticamente ed il riduttore 20 si chiude. Con la riduzione della pressione di motorizzazione pB, si riduce automaticamente anche la taratura della molla 37 e, quindi, la pressione di mandata pB.

Da quanto precede appare evidente che il dispositivo di regolazione 40 consente di adattare in modo automatico il livello della pressione di mandata pB in funzione della richiesta delle utenze. Il dispositivo di regolazione 40, a differenza delle soluzioni note, agisce in risposta ad un semplice comando pneumatico, ossia la pressione di motorizzazione pM, à ̈ di tipo completamente meccanico, ossia à ̈ privo di azionamenti elettrici e di elettronica, à ̈ di facile installazione, ha costi ridotti ed à ̈ applicabile su tutte le tipologie di impianti di distribuzione del gas, a prescindere dalla presenza di elettricità.

In particolare per quanto riguarda l’installazione, à ̈ sufficiente semplicemente realizzare una derivazione della linea di motorizzazione 30, fissare il corpo 41 ed accoppiare la trasmissione meccanica 55 al piattello 38.

Inoltre, il dispositivo di regolazione 40 non ha necessità di particolari operazioni di manutenzione periodica, se non quelle richieste dal materiale utilizzato per l’elemento mobile 45, ed il suo funzionamento non à ̈ temporizzato, ma automatico in risposta alla richiesta di gas combustibile da parte delle utenze.

I componenti del dispositivo di regolazione 40 sono relativamente economici, e sono soggetti ad una usura relativamente bassa, essendo di tipo solamente pneumatico e meccanico.

Il dispositivo di regolazione 40, inoltre, consente di risolvere un ulteriore problema che si presenta nella distribuzione di gas combustibile in bassa pressione. Infatti, a causa dello sviluppo della rete di distribuzione e del continuo aumento del numero di utenze, à ̈ possibile che gruppi valvola già installati non siano più in grado di erogare la portata di gas che viene richiesta in determinati momenti di picco (ad esempio, in determinate ore del giorno nel periodo invernale). Aggiungere il dispositivo di regolazione 40 consentirebbe di avere un incremento nella pressione di mandata variabile (passando ad esempio da 24 a 26 mbar) e quindi di aumentare l’efficienza della rete di distribuzione e soddisfare tali picchi.

Da quanto precede appare, infine, evidente che al dispositivo di regolazione 40 descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti che non esulano dal campo di protezione della presente invenzione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

In particolare, le configurazioni interne della valvola pilota 27 e del riduttore 20 potrebbero essere diverse da quelle illustrate e descritte sopra; e/o la trasmissione meccanica 55 potrebbe essere diversa da quelle indicate a titolo di esempio; e/o il corpo 41 ed il raccordo 44 potrebbero essere integrati nel corpo valvola 28, ossia definiti rispettivamente da una porzione e da un canale interno del corpo valvola 28.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Dispositivo di regolazione (40) per variare automaticamente la taratura di una valvola pilota (27) di un riduttore di pressione per una rete di distribuzione di gas combustibile; il dispositivo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere: - una camera di comando (42) atta a ricevere un primo segnale pneumatico definito dalla pressione di motorizzazione (pM) che viene trasmessa, in uso, tramite una linea di motorizzazione (30) da una valvola pilota (27) ad un riduttore di pressione (20); - un azionamento completamente meccanico configurato in modo da incrementare automaticamente il precarico di una molla di taratura (37) della detta valvola pilota (27) all’aumentare di detto primo segnale pneumatico e da diminuire automaticamente detto precarico al diminuire di detto primo segnale pneumatico. 2.- Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere: - un corpo (41) atto ad essere disposto in posizione fissa rispetto a detta valvola pilota (27) e definente detta camera di comando (42); e - un primo raccordo (44) per mettere in comunicazione detta camera di comando (42) con detta linea di motorizzazione (30); 3.- Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto azionamento completamente meccanico comprende: - un elemento di azionamento (45) su cui agisce la pressione in detta camera di comando (42); detto elemento di azionamento (45) essendo mobile in funzione di detta pressione; - una trasmissione meccanica (55) accoppiata, ad una prima estremità, a detto elemento di azionamento (45); ad una seconda estremità, detta trasmissione meccanica essendo atta ad essere accoppiata ad un piattello (38), che costituisce parte della detta valvola pilota (27) ed à ̈ mobile per variare il precarico di detta molla di taratura (37). 4.- Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto azionamento completamente meccanico comprende una ulteriore molla (49) esercitante, nei confronti del detto elemento di azionamento (45), una forza discorde a quella della pressione nella detta camera di comando (42). 5.- Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto elemento di azionamento (45) separa a tenuta di fluido detta camera di comando (42) da una cavità (51) che alloggia detta ulteriore molla (49). 6.- Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 5, caratterizzato dal fatto che detto elemento di azionamento (45) separa a tenuta di fluido detta camera di comando (42) da una cavità (51); e dal fatto di comprendere un ulteriore raccordo (61) per mettere in comunicazione detta cavità (51) con una tubazione di mandata (3) alimentata da detto riduttore di pressione (20). 7.- Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto che detta trasmissione meccanica (55) à ̈ definita da un’asta coassiale a detto elemento di azionamento (45). 8.- Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto che detta trasmissione meccanica (55) comprende un leverismo. 9.- Gruppo valvola (10) per una rete di distribuzione di gas combustibile, il gruppo comprendendo: - una valvola pilota (27) di tipo normalmente aperto, comprendente: a) una uscita (29) atta a fornire un primo segnale pneumatico definito da una pressione di motorizzazione (pM) trasmessa da una linea di motorizzazione (30) ad un riduttore di pressione (20); b) una molla di taratura (37) avente un precarico regolabile ed esercitante una azione di apertura; c) una camera (35) atta a ricevere un secondo segnale pneumatico definito dalla pressione di mandata (pB) di un gas combustibile che viene alimentato, in uso, da un riduttore di pressione (20); detto secondo segnale pneumatico esercitando una azione di chiusura opposta all’azione di apertura della detta molla di taratura (37) in modo da regolare detta pressione di motorizzazione (pM); - un dispositivo di regolazione (40) realizzato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti. 10.- Gruppo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto di comprendere un riduttore di pressione (20) di tipo normalmente chiuso ed azionato in apertura da detta pressione di motorizzazione (pM) in modo da variare la pressione di mandata (pB).