MX2008010304A - Valvula de purga para horno presurizado - Google Patents

Abstract

Se propone una válvula de purga de horno de eje para controlar una emanación de gas desde el interior de un horno presurizado hacia la atmósfera ambiental a través de un conducto de escape;la válvula de purga comprende un asiento de válvula asociado con el conducto de escape, un elemento de cierre movible que tiene una superficie de cierre central y una superficie de sellado periférico que cooperan con el asiento de válvula, la superficie de cierre comprende una superficie convexa al menos en proximidad con la superficie de sellado;la válvula tiene adicionalmente un mecanismo de accionamiento, el cual estáconectado al elemento de cierre para mover el elemento de cierre entre una posición cerrada en el asiento de válvula y una posición abierta distante del asiento de válvula;de acuerdo con la invención, el elemento de cierre comprende una porción de deflexión de gancho en la periferia de la superficie de sellado periférico, la porción de deflexión de gancho comprende una superficie de deflexión inclinada contra la superficie convexa en unángulo en la escala de 30ºa 70ºpara impartir a una emanación de gas que pasa entre el asiento de válvula y el elemento de cierre un componente de velocidad el cual es opuesto al movimiento de abertura inicial del elemento de cierre.

Description

VALVULA DE PURGA PARA HORNO PRESURIZADO CAMPO TECNICO La presente invención se refiere de manera general a una válvula de purga que se utilizará en un horno de eje, en particular en un alto horno, para controlar una emanación de gas desde el interior del horno de eje presurizado hacia la atmósfera ambiental.

TECNICA ANTERIOR Un alto horno normalmente opera a una presión de operación en la escala de 1-3 bar por encima de la atmosférica, dependiendo del diseño del horno. Las válvulas de purga, también referidas como válvulas de descarga de presión o válvulas para prevención de explosión, se instalan comúnmente en la garganta del alto horno, para controlar una emanación de gas desde el interior del horno presurizado hacia la atmósfera ambiental a través de un conducto de escape. Las válvulas permiten la reducción de presión en caso de que la presión dentro del horno exceda un cierto valor admisible superior a la presión de operación. También se pueden utilizar como dispositivos de escape de apagado los cuales se emplean para ventilar un alto horno cuando está operando a una velocidad lenta.

Dicha válvula de purga, como se describe por ejemplo en el documento US 4 158 367, comprende comúnmente un asiento de válvula asociada con un conducto de escape, un elemento de cierre movible que tiene una superficie de sellado periférico que coopera con el asiento de válvula, y un mecanismo de accionamiento el cual está conectado al elemento de cierre para mover el elemento de cierre entre una posición cerrada en el asiento de válvula y una posición abierta distante del asiento de válvula. Durante la operación normal, la presión de la garganta del horno se monitorea continuamente y, en caso de que la presión exceda el valor admisible, se abre la válvula de purga de una manera automatizada y controlada por medio de su mecanismo de accionamiento. Con el fin de garantizar una seguridad operacional y evitar presiones críticas y el riesgo de explosión, por ejemplo, en el caso de un mal funcionamiento del mecanismo de accionamiento, la válvula de purga típicamente está diseñada como una válvula de descarga. Para este propósito, el mecanismo de accionamiento está adicionalmente equipado con un artefacto de seguridad que tiene medios de desviación elásticos para desviar el elemento de cierre contra el asiento de válvula. El artefacto de seguridad permite una abertura de seguridad del elemento de cierre sin operación del mecanismo de accionamiento cuando la presión en el interior del horno excede la presión admisible. En caso de falla del procedimiento de abertura controlada antes mencionado, la válvula de purga se abre solamente mediante la acción de la fuerza de levantamiento que ejerce la presión sobre el elemento de cierre contra la elasticidad de los medios de desviación.

En la válvula de purga de acuerdo con el documento US 4 158 367, el elemento de cierre tiene una superficie de cierre central generalmente cóncava. Finalmente se prefiere, no obstante, utilizar un elemento de cierre con una superficie de cierre central generalmente convexa, por ejemplo, en forma de tapa cónica o esférica, como se describe en el documento US 3 601 357. Una superficie de cierre generalmente convexa es aerodinámicamente ventajosa con respecto a una superficie cóncava en lo que se refiere al cierre de la válvula. De hecho, cuando se compara con una superficie de cierre cóncava como se ilustra en el documento US 4 158 367, la superficie de cierre convexa será sometida a resistencia reducida durante el cierre de la válvula. Como se entenderá, una vez que se ha abierto la válvula de purga, se requiere un cierre rápido y sin problemas de la válvula de purga con el fin de evitar una excesiva pérdida de presión y consecuencias de deterioro resultantes en el procedimiento de producción del horno. Por cuestiones de seguridad, durante la abertura de seguridad de la válvula de purga, se debe alcanzar en un momento determinado una reducción de presión determinada. La reducción de presión alcanzable depende obviamente del rendimiento del gas. Para un diámetro determinado de la válvula, el rendimiento del gas depende, entre otros factores, de la altura de la abertura, es decir, la distancia entre el elemento de cierre y el asiento de válvula durante la abertura de seguridad. La altura de la abertura es determinada por el equilibrio de fuerza entre la fuerza de levantamiento ocasionada por el gas que emana del horno y la fuerza de cierre producida por los medios de desviación elásticos. Debido a su configuración aerodinámica, los elementos de cierre conocidos con una superficie de cierre de forma convexa, aunque se prefieren en lo que respecta a un cierre facilitado, solamente permiten que se ejerza una fuerza de levantamiento limitada en el elemento de cierre y por lo tanto solamente una reducción de presión limitada para un diámetro de válvula determinado.

Objetivo de la invención Por consiguiente, es un objetivo de la presente invención proveer una válvula de purga de horno de eje que está configurada para que se alcance una fuerza de levantamiento incrementada en su elemento de cierre durante la abertura de seguridad.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Para lograr este objetivo, la presente invención propone una válvula de purga de horno de eje para controlar una emanación de gas desde el interior de un horno presurizado hacia la atmósfera ambiental a través de un conducto de escape, que comprende un asiento de válvula asociado con el conducto de escape, un elemento de cierre movible que tiene una superficie de cierre central y una superficie de sellado periférico que coopera con el asiento de válvula. Cabe señalar que la superficie de cierre central, la cual puede ser generalmente o incluso totalmente convexa, comprende una superficie convexa por lo menos en proximidad con la superficie de sellado. Un mecanismo de accionamiento está conectado al elemento de cierre para mover el elemento de cierre entre una posición cerrada en el asiento de válvula y una posición abierta distante del asiento de cierre. De acuerdo con la invención, el elemento de cierre comprende una porción de deflexión de gancho en la periferia de la superficie de sellado periférico, la porción de deflexión de gancho comprende una superficie de deflexión inclinada contra la parte convexa exterior de la superficie de cierre en un ángulo en la escala de 30° a 70°. A través de esto, la porción de deflexión imparte a una emanación de gas inicial que pasa entre el asiento de válvula y el elemento de cierre (es decir, en pequeñas aberturas) un componente de velocidad sustancial en la dirección opuesta al movimiento de abertura inicial del elemento de cierre sin comprometer el rendimiento del gas, especialmente en las pequeñas aberturas. En virtud de la porción de deflexión de gancho, una fuerza de levantamiento incrementada es transmitida al elemento de cierre a través del gas que fluye fuera del conducto de escape y a lo largo del elemento de cierre, para un diámetro de válvula determinado. Por lo tanto, se puede alcanzar un rendimiento de gas incrementado durante la abertura de seguridad sin la necesidad de incrementar el diámetro de válvula (por lo regular entre 400 y 1000 mm). En otras palabras, una válvula de purga equipada con una porción de deflexión de gancho que rodea el elemento de cierre logra una reducción de presión incrementada en comparación con una válvula de purga de la técnica anterior que tiene el mismo diámetro. Si se requiere, la válvula de purga de acuerdo con la invención se puede reducir en diámetro, es decir, se puede construir más compacta, y aún así garantizar una reducción de presión incrementada o al menos idéntica en comparación con los dispositivos de la técnica anterior. Se apreciará adicionalmente que la porción de deflexión de gancho no tiene consecuencias notables en la facultad de cerrar con facilidad un elemento de cierre con una superficie de cierre central al menos parcialmente o generalmente convexa. Como se apreciará, una superficie de deflexión que está inclinada contra la parte convexa exterior de la superficie de cierre en un ángulo en la escala de 30° a 70°, de preferencia 40° a 60°, logra un resultado óptimo con respecto a la fuerza de levantamiento y al rendimiento de gas. Por consiguiente, en una modalidad preferida para lograr fuerzas de levantamiento incrementadas, la porción de deflexión de gancho comprende una superficie de deflexión inclinada contra la superficie de cierre central generalmente convexa o al menos contra la superficie convexa cercana a la superficie de sellado en un ángulo en la escala de 40° a 60°. Con el fin de evitar transiciones de superficies marcadas que ocasionen turbulencias en el flujo de gas, la porción de deflexión de gancho de preferencia comprende una superficie de transición dispuesta entre la superficie de deflexión y la parte convexa de la superficie de cierre, la superficie de transición es sustancialmente horizontal en la posición cerrada.

En una modalidad preferida, para lograr las fuerzas de levantamiento incrementadas y el rendimiento de gas incrementado para una altura de abertura determinada, la parte convexa de la superficie de cierre es sustancialmente cónica con un ángulo incluido en la escala de 120° a 160°. En la última modalidad, se prefiere adicionalmente que la superficie de sellado periférico esté hecha de un depósito de cementación que forma una proyección menor (por ejemplo, de hasta 2 mm) desde la superficie de cierre sustancialmente cónica y que el asiento de válvula comprenda una superficie de asiento frustocónico que coopera con la superficie de sellado periférico. La superficie de sellado está inclinada contra el eje central del conducto de escape a la mitad del ángulo incluido de la superficie de cierre sustancialmente cónico. A través de esto, se puede lograr un sello confiable de metal a metal. Alternativamente, la superficie de sellado periférico puede estar nivelada con la superficie de cierre sustancialmente cónica cuando el asiento de válvula comprende una superficie de asiento frustocónico que coopera con la superficie de sellado periférico. Aunque se requieren mejores tolerancias de maquinado, esta modalidad puede proveer un sello cónico de metal a metal sin la necesidad de soldadura integrada y de esmerilado posterior. Además en esta modalidad, la superficie de sellado está inclinada contra el eje central del conducto de escape a la mitad del ángulo incluido de la superficie de cierre sustancialmente cónica. Aunque no es necesario, la porción de deflexión de gancho rodea de manera ventajosa el elemento de cierre en toda la circunferencia de la superficie de sellado periférico con el fin de maximizar la fuerza de levantamiento. De preferencia, el asiento de válvula comprende una superficie de asiento que coopera con la superficie de sellado periférico del elemento de cierre y el asiento de válvula comprende un sello suave incrustado en el interior, de preferencia más adentro, en la superficie de asiento. Con una superficie de asiento dispuesta en el interior, y un sello suave en la ubicación más interna permitida, se reduce al mínimo la superficie de aplicación de presión en el sello en la válvula de purga. Con el fin de obtener un diseño de válvula de descarga, el mecanismo de accionamiento de preferencia comprende un artefacto de seguridad que tiene medios de desviación elásticos para empujar el elemento de cierre contra el asiento de válvula en la posición cerrada a manera de permitir la abertura de seguridad del elemento de cierre, sin la operación del mecanismo de accionamiento, cuando la presión en el interior del horno presurizado excede un valor admisible. En una modalidad ventajosa y compacta, el mecanismo de accionamiento comprende un brazo de soporte que gira en pivote alrededor de un primer eje para girar en pivote el elemento de cierre entre una posición cerrada en el asiento de válvula y una posición abierta distante del asiento de válvula; una palanca que gira en pivote alrededor de un segundo eje y que tiene un brazo largo conectado en pivote al brazo de soporte y un brazo corto conectado en pivote a un accionador para girar en pivote el brazo de soporte.

En la presente, el brazo largo está configurado de manera extensible y tiene medios de desviación de resorte para desviar el brazo largo contra la extensión y empujar así de manera elástica el elemento de cierre contra el asiento de válvula en la posición cerrada. Se entenderá que la válvula de purga de acuerdo con la invención es particularmente adecuada para equipar un horno de eje y en particular un alto horno.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Los detalles y ventajas adicionales de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de una modalidad no limitativa con referencia a los dibujos anexos, en donde: La figura 1 es una elevación lateral esquemática de una válvula de purga que muestra un mecanismo de accionamiento para mover la válvula entre una posición cerrada (líneas continuas) y una posición abierta (líneas discontinuas); la figura 2 es una vista esquemática parcial que ilustra un artefacto de seguridad el cual es parte del mecanismo de accionamiento mostrado en la figura 1 ; la figura 3 es una vista compuesta, parcialmente en elevación lateral y parcialmente en sección transversal, que muestra un asiento de válvula y un elemento de cierre para una válvula de purga de acuerdo con la invención; la figura 4 es una vista transversal aislada del asiento de válvula de acuerdo con la figura 3; la figura 5 es una vista transversal aislada que muestra una superficie de deflexión de gancho del elemento de cierre de acuerdo con la figura 3; la figura 6 es una vista transversal parcial que muestra la válvula de purga de acuerdo con la invención e ilustra líneas de corriente de flujo de gas durante la abertura de seguridad; la figura 7 es una gráfica de fuerza de levantamiento en función de la altura de la abertura de seguridad para comparar las fuerzas de levantamiento ejercidas sobre el elemento de cierre de acuerdo con la invención y las fuerzas de levantamiento ejercidas en un elemento de cierre de la técnica anterior; y la figura 8 es una gráfica de velocidad de flujo en función de altura de abertura de seguridad para comparar las velocidades de flujo alcanzadas con el elemento de cierre de acuerdo con la invención y las velocidades de flujo alcanzadas con un elemento de cierre de la técnica anterior a una altura de abertura determinada. En estos dibujos, las partes similares están identificadas con números de referencia similares.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La figura 1 muestra una válvula de purga, generalmente identificada con el número de referencia 10, como se provee de manera convencional en la garganta de un horno de eje presurizado tal como un alto horno (no mostrado). La válvula de purga 10 comprende un elemento de cierre 12 y un asiento de válvula estacionario 14 montado de manera coaxial en un conducto de escape 16 que tiene un diámetro interno típico de 400 mm a 1000 mm y que se comunica con la garganta del horno. La válvula de purga 10 comprende adicionalmente un mecanismo de accionamiento, generalmente identificado con el número de referencia 18, para mover el elemento de cierre 12 entre una posición cerrada (indicada con líneas continuas en la figura 1) y una posición abierta (indicada con líneas discontinuas en la figura 1). El mecanismo de accionamiento 18 comprende un brazo de soporte 20 en el cual está montado el elemento de cierre 12 en un primer extremo por medio de una rótula de tipo esférica. El segundo extremo del brazo de soporte 20 está conectado en pivote a un marco estacionario 24 por medio de un eje 23, para girar en pivote el elemento de cierre 12 entre la posición abierta y la posición cerrada. El mecanismo de accionamiento 18 comprende adicionalmente un accionador 26, por ejemplo, un cilindro hidráulico o neumático, el cual está conectado en pivote al marco 24 en 25 y tiene su émbolo 28 conectado en pivote a una palanca acodada 30, de manera más precisa al brazo de palanca corto 32 de la palanca acodada 30, en 31. La palanca acodada 30 está conectada en pivote al marco estacionario 24 por medio de un eje 33 en la región acodada entre su brazo de palanca corta 32 y su brazo de palanca largo 34. El brazo de palanca largo 34 de la palanca 30 está conectado al brazo de soporte 20 a través de varillas de conexión 36. Como se ve en la figura 1 , ambas conexiones de las barras de conexión 36 con el brazo de soporte 20 en 37 y con la palanca 30 en 39 pueden girar en pivote. Todas las conexiones en pivote 23, 25, 31 , 33, 37, 39 tienen ejes paralelos de rotación perpendicular al plano de la figura 1. La construcción anterior del mecanismo de accionamiento 18 se conoce en principio y se describe con más detalle en el documento US 4 158 367. Para detalles acerca de la operación del mecanismo de accionamiento 18, también se hace referencia al último documento (en particular a la descripción de las figuras 9 y 10 en el documento US 4 158 367). Como se apreciará entre otras cosas, durante la operación normal, el mecanismo de accionamiento permite abrir la válvula de purga 10 al girar en pivote el elemento de cierre 12 en una posición completamente fuera de la trayectoria del gas que fluye fuera del conducto de escape 16, es decir, una posición distante del asiento de válvula estacionario 14. La figura 2 ilustra de forma muy esquemática la válvula de purga y parte del mecanismo de accionamiento 18 en la posición cerrada. Además, la figura 2 ilustra la configuración de un artefacto de seguridad 40 que es parte del mecanismo de accionamiento 18. El artefacto de seguridad 40 tiene medios de desviación elásticos para empujar de manera elástica el elemento de cierre 12 contra el asiento de válvula 14. Estos medios se forman en virtud de una configuración telescópica desviada con resorte del brazo de palanca largo 34 de la palanca acodada 30. Para este propósito, el brazo largo 34 está configurado de manera extensible y comprende una varilla de pistón 42 y una guía cilindrica 46 con respecto a la cual la varilla de pistón 42 está montada de manera deslizable. Un resorte de compresión 46 está dispuesto en el interior de la guía 44 a manera de desviar por resorte la varilla de pistón 42 hacia adentro con respecto a la guía 44, es decir, para contraer el brazo de palanca largo 34. Debido a la configuración de enlace del mecanismo de accionamiento 18 en la posición cerrada, el resorte de compresión 46 desvía con resorte el elemento de cierre 12 contra el asiento de válvula 14, como es evidente en la figura 2. El resorte de compresión 46 se puede formar a través de cualquier medio conocido per se, por ejemplo, a través de una pluralidad de llamadas "arandelas Belleville" dispuestas en el interior de la guía 44. Haciendo referencia a la figura 1 y a la figura 2, se apreciará, que el artefacto de seguridad 40, permite la abertura de seguridad del elemento de cierre 12 sin la operación del accionador 26 en caso de que la presión en el conducto de escape 16, es decir en la garganta del horno, exceda el valor admisible (presión de ajuste). Cuando dicha presión de ajuste ejerce una fuerza sobre el elemento de cierre 12 que excede la fuerza de desviación con resorte ocasionada por el artefacto de seguridad 40 en el elemento de cierre 12, el elemento de cierre 12 se levantará del asiento de válvula 14 y producirá una abertura de seguridad. Esto se logra debido a que el brazo de soporte 20 puede girar en pivote y ocasionar, contra la acción del resorte de compresión 46, una extensión telescópica del brazo de palanca largo 34 a través de las varillas de conexión 36. Por lo tanto, no se requiere la operación del accionador 26 para la abertura de seguridad. Por consiguiente, el resorte de compresión 46 se tensa previamente a una desviación que corresponde a la presión de ajuste, es decir, la presión admisible máxima en el elemento de cierre 12 (tomando en cuenta la relación de palanca adecuada debido al mecanismo 18). Los expertos en la técnica también apreciarán que el mecanismo de accionamiento 18 está diseñado para ser de autobloqueo en la posición cerrada de la válvula de purga 10. De hecho, desde la posición cerrada que se muestra en la figura 2, la válvula de purga 10 solamente puede ser abierta por la extensión del brazo de palanca largo 34, es decir, contra la acción del resorte de compresión 46. Por lo tanto, el accionador 26 no necesita estar operando para mantener el acoplamiento de sellado del elemento de cierre 12 en el asiento de válvula 14. La válvula de purga 10 permanece cerrada siempre que no se exceda la presión admisible máxima. Se entenderá que el artefacto de seguridad 40 no necesariamente debe tener la configuración antes descrita. Otras configuraciones, por ejemplo aquellas descritas en los documentos US 4 158 367 y US 3 601 357, son posibles siempre que se garantice la abertura de seguridad.

La figura 3 muestra un novedoso elemento de cierre 12' para equipar la válvula de purga 10 de la figura 1. La figura 3 también muestra un asiento de válvula modificado 14' diseñado para cooperar con el novedoso elemento de cierre 12'. El elemento de cierre 12' tiene una porción central 50 con una superficie de cierre central inferior 52 que está orientada hacia el interior del conducto de escape 16 cuando la válvula 10 se cierra. Como se apreciará a partir de la figura 3, la superficie de cierre central 52 tiene una forma generalmente convexa. Aunque no necesita ser totalmente convexa, puede ser por ejemplo plana o cóncava en su porción central, la superficie de cierre central 52 debe ser convexa al menos en la porción externa en proximidad a su periferia en donde se provee una superficie de sellado (descrita más adelante). De hecho, la superficie de cierre central 52 está diseñada para facilitar y acelerar el cierre de la válvula 10 (por ejemplo, a través del mecanismo de accionamiento 18 o de manera manual) al permitir el rápido movimiento del elemento de cierre 12' hacia el asiento de válvula 14' con un esfuerzo comparativamente pequeño requerido para superar la resistencia ocasionada por el gas que emana del horno. En otras palabras, la superficie de cierre central 52 en la porción central 50 está diseñada a manera de una boquilla aerodinámica que experimenta resistencia mínima al movimiento rápido a través del gas durante el movimiento de cierre de la válvula 10. Por lo tanto, se entenderá que la superficie inferior de la porción central 50 no necesita ser totalmente convexa. También se entenderá que "generalmente convexa" pretende abarcar cualquier forma que asegure la ventaja aerodinámica anterior y por lo tanto, incluye diversas formas posibles tales como formas cónicas, de tapa esférica o de arco apuntalado de la superficie de cierre central 52. En la modalidad mostrada en la figura 3, la superficie de cierre central 52 es sustancialmente cónica con una punta redonda en el centro. Se entenderá que el elemento de cierre en forma de disco 12' tiene la forma de un sólido de revolución, es decir el elemento de cierre 12' y la superficie de cierre central 52 presentan una simetría rotacional alrededor del eje central A. El ángulo incluido a del cono circular recto, de acuerdo con el cual está configurada la superficie de cierre central generalmente convexa 52, se selecciona comparativamente grande, es decir, en la escala de 120° - 160°, y de preferencia en la escala de 130° - 150°. Como se ve en la figura 3, el elemento de cierre 12' comprende adicionalmente una superficie de sellado periférico 54 que se localiza en el lado inferior de una porción externa circunferencial 56 del elemento de cierre 12' y coopera con una superficie de asiento 58 del asiento de válvula 14'. La superficie de sellado periférico 54 se puede formar a través de un inserto separado o de manera integral con el elemento de cierre 12' y está hecha de material adecuado tal como una aleación de metal duro. En este caso, la superficie de sellado periférico 54 está nivelada con la superficie de cierre central 52, es decir, nivelada en la misma superficie geométrica. En una modalidad adicional, un depósito de cementación forma la superficie de sellado 54. En este último caso, el depósito de cementación forma una protuberancia menor a partir de la superficie principal cónica del elemento de cierre 12', la cual puede resaltar varias decenas de un milímetro hasta unos cuantos milímetros. Un depósito de cementación de grosor suficiente (por ejemplo, 5 mm) se puede crear mediante soldadura de formación sobre un hueco adecuado provisto para este efecto en el elemento de cierre 12'. El depósito de cementación se configura mediante esmerilado a manera de conferirle una sección transversal circular, es decir, un perfil de arco circular, de gran radio (por ejemplo, 500-2000 mm). En caso de falla o ausencia de un sello suave adicional (descrito más adelante, ver figura 4), dicho perfil de arco circular provee una unión confiable metal a metal cuando la superficie de sellado 54 se apoya en la superficie de asiento 58. La superficie de asiento anular 54 está inclinada contra la vertical (que coincide con el eje A cuando se cierra la válvula de purga 10) a la mitad del ángulo incluido a del cono que define la superficie de cierre central 52. Como se ve adicionalmente en la figura 3, el asiento de válvula 14' comprende una brida de asiento anular 60 para montar el asiento de válvula 14', por ejemplo, sobre el conducto de escape 16. La figura 4 muestra el asiento de válvula 14' y en particular la superficie de asiento 58 con más detalle. Como se apreciará, la superficie de asiento anular 58 está configurada de manera conjugada con respecto a la superficie de sellado periférico 54 y por lo tanto de acuerdo con la superficie de un tronco de cono que tiene el mismo ángulo incluido a que define la superficie de cierre central 52. En consecuencia, la superficie de asiento 58 está inclinada con respecto a la vertical (o eje A cuando se cierra la válvula de purga 10) en un ángulo ß el cual equivale a a/2 en la escala de 60-80°, de preferencia 65°-75°. Como se ve adicionalmente en la figura 4, el asiento de válvula 14' comprende un sello suave adicional 62, por ejemplo, un sello de junta tórica anular hecho de material de unión resistente al calor, dispuesto en una ranura de cola de milano 64. Se apreciará que el sello suave 62 está incrustado más adentro en la superficie de asiento 58, es decir, en la ubicación radial más interna posible. Además, la superficie de asiento 58 está dispuesta en el interior de la brida de asiento 60 como aparece en la figura 4. A través de esto, se reduce al mínimo la superficie de aplicación de presión (en el interior del conducto de escape 16) en la superficie de asiento 58 y especialmente en el sello suave 62. La figura 4 también muestra un borde interno redondo 66 del asiento de válvula 14'. Como se ve adicionalmente en la figura 3 y con más detalle en la figura 5, el novedoso elemento de cierre 12' comprende una porción de deflexión de gancho 70 que está acodada hacia atrás o encorvada hacia abajo contra la dirección de flujo inicial de gas que sale del conducto de escape 16 (ver figura 1). La porción de deflexión de gancho 70 está dispuesta en la periferia de la superficie de sellado 54, es decir, radialmente fuera de la superficie de sellado 54 en la porción externa 56 del elemento de cierre 12'. En otras palabras, la parte de la porción externa 56 resalta radialmente más allá de la superficie de sellado periférico 54 y forma la porción de deflexión de gancho 70. Como se apreciará, la porción de deflexión de gancho 70 está configurada a manera de impartir a una emanación de gas que pasa entre el asiento de válvula 14' y el elemento de cierre 12' (es decir, durante abertura de seguridad) un componente de velocidad que es opuesto al movimiento de abertura inicial del elemento de cierre 12'. El último aspecto será más evidente a partir de la siguiente descripción de la figura 6. Como se ve en la figura 5, la porción de deflexión de gancho 70 comprende dos superficies mayores, una superficie de transición inclinada interna 72 y una superficie de deflexión inclinada externa 74. La superficie de transición 72 que está inclinada contra la superficie de cierre central 52 (y la superficie de sellado 54) para ser sustancialmente perpendicular al eje A, es decir, horizontal en posición cerrada, contribuye a una transición de superficie comparativamente uniforme entre la superficie de cierre 52 (y la superficie de sellado 54) y la superficie de deflexión 74. La superficie de deflexión 74 de la porción de deflexión de gancho 70 está inclinada contra la superficie de cierre 52 en un ángulo y en la escala de 30° a 70°, pero de preferencia 40° a 60°. Se entenderá que aunque se prefiere, la porción de deflexión de gancho 70 no tiene necesariamente que rodear el elemento de cierre 12' en toda la circunferencia. Como se ve adicionalmente en la figura 5, la porción externa 56 comprende además un borde externo redondo 76 periféricamente adyacente a la porción de deflexión de gancho 70. Además, las transiciones entre las superficies 54, 72, 74 son redondas, es decir, carecen de bordes afilados. La figura 6 ilustra la función de la porción de deflexión de gancho 70 en el novedoso elemento de cierre 12'. La figura 6 muestra una simulación de línea de corriente de una emanación de gas que pasa entre el novedoso elemento de cierre 12' y el asiento de válvula 14' durante la abertura de seguridad. Durante la abertura de seguridad, la altura de abertura (altura de levantamiento) del elemento de cierre 12' sobre el asiento de válvula 14', indicado con 77, normalmente está en la escala de varios centímetros. Como se ilustra con las líneas de corriente 78 en la figura 6, la emanación de gas, indicada con las flechas 79, permite una trayectoria curva que inicialmente está dirigida hacia arriba, en paralelo con el conducto de escape 16, y posteriormente hacia los lados y parcialmente hacia abajo. Como se apreciará, esto se logra en virtud de la porción de deflexión de gancho 70 que imparte un componente de velocidad a la emanación de gas 79 que es opuesta al movimiento de abertura inicial del elemento de cierre 12' y por lo tanto opuesto a la dirección de flujo de gas inicial en el conducto de escape 16. Con esto, una fuerza de levantamiento total incrementada, indicada con la flecha 80, es ejercida por parte de la emanación de gas sobre el elemento de cierre 12', en comparación con un elemento de cierre conocido a partir de las válvulas de purga de la técnica anterior que tienen el mismo diámetro. Por lo tanto, se logra una altura de abertura incrementada 77 (para una fuerza de desviación con resorte determinada ejercida por el resorte de compresión 46). La altura de abertura incrementada 77 da como resultado un rendimiento de gas incrementado y en consecuencia, una reducción de presión incrementada con respecto al tiempo durante la abertura de seguridad. Además, para una reducción de presión requerida determinada con el tiempo, el elemento de cierre 12', y en consecuencia, el asiento de válvula 14', pueden tener un diámetro reducido en comparación con una válvula de purga de la técnica anterior. Con respecto a la figura 6, se puede señalar que las líneas de corriente 78 han sido obtenidas a través de cálculos numéricos de elementos finitos para el elemento de cierre presentado 12' y asiento de válvula 14' a una presión determinada. La porción externa 56 del elemento de cierre 12', incluyendo la porción de deflexión de gancho 70 (con su porción de superficie 72 y superficie de deflexión 74 y el borde externo redondo 76) así como el asiento de válvula 14', por ejemplo, con un ángulo ß y borde redondo 66, están configuradas a manera de reducir las turbulencias en la emanación de gas 79. Como también se apreciará, los ángulos respectivos a, ß, ? se seleccionan adicionalmente para maximizar el rendimiento que se puede alcanzar a una altura de abertura determinada 77 (ver figura 8). Una ventaja adicional del novedoso elemento de cierre 12' con la porción de deflexión de gancho 70 será evidente a partir de la figura 7. La figura 7 es una gráfica de fuerza de levantamiento F (ver 80 en la figura 6) en función de la altura de abertura de seguridad h (ver 77 en la figura 6) para comparar las fuerzas de levantamiento F ejercidas sobre un novedoso elemento de cierre (ver 12' en las figuras 3-6) con aquellas ejercidas sobre un elemento de cierre de la técnica anterior (ver 12 en las figuras 1-2) de diámetro de sellado idéntico pero desprovistas de la porción de deflexión de gancho 70. La curva trazada para el novedoso elemento de cierre 12' está marcada con triángulos, mientras que la curva trazada para el elemento de cierre conocido 12 está marcada con círculos. A partir de la figura 7 es evidente que con el novedoso elemento de cierre 12', la fuerza de levantamiento F obtenida (ver 80 en la figura 6) es una función creciente de la altura de abertura h (ver 77 en la figura 6) en un intervalo mucho más prolongado de altura de abertura h que con el elemento de cierre conocido 12. Debido a que la fuerza de desviación de resorte ocasionada por el artefacto de seguridad 40 es sustancialmente proporcional a la altura de abertura h, la altura de abertura h alcanzada (77 en la figura 6) durante la abertura de seguridad será significativamente mayor con el novedoso elemento de cierre 12' (para un resorte de compresión determinado 46). La figura 8 es una gráfica de velocidad de flujo Q (rendimiento de gas) en función de la altura de abertura de seguridad h para comparar las velocidades de flujo Q alcanzadas con un novedoso elemento de cierre (ver 12' en las figuras 3-6) con aquellas alcanzadas con un elemento de cierre conocido (ver 12 en las figuras 1-2) de diámetro de sellado idéntico pero desprovistas de superficie de deflexión. La curva trazada para el novedoso elemento de cierre 12' está marcada con triángulos, mientras que la curva trazada para el elemento de cierre conocido 12 está marcada con cuadros. Además del incremento en la velocidad de flujo Q obtenida al incrementar la altura de abertura h durante la abertura de seguridad, es evidente a partir de la figura 8 que se alcanza un incremento adicional en velocidad de flujo para cualquier altura de abertura h igual determinada en virtud del ángulo a incluido incrementado (y ángulo de asiento ß) y en virtud de la excelente eficiencia isentrópica del novedoso elemento de cierre 12' y válvula de purga 14'. Como se entenderá, se puede alcanzar un incremento adicional al aumentar el diámetro de la válvula. Se puede observar que ambas gráficas de la figura 7 y figura 8 se han obtenido numéricamente por medio de simulaciones de elementos finitos. Se entenderá, que un diseño óptimo de la porción de deflexión de gancho 70 depende del diseño de la propia superficie de cierre central 52. Por consiguiente, se puede requerir un diseño diferente de la superficie de deflexión de gancho al momento de utilizar un diseño diferente de superficie de cierre central convexa (por ejemplo, en forma de tapa esférica). Finalmente cabe señalar, que las válvulas de purga existentes pueden ser reacondicionadas de manera relativamente simple con el novedoso elemento de cierre 12' y el asiento de válvula correspondiente 14' sin requerir modificaciones o el reemplazo de las otras partes existentes de la válvula de purga 10.

Claims (11)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Una válvula de purga (10) para controlar una emanación de gas desde el interior de un horno presurizado hacia la atmósfera ambiental a través de un conducto de escape (16), que comprende: un asiento de válvula (14) asociado con dicho conducto de escape (16); un~elemento de cierre movible (12') que tiene una superficie de cierre central y una superficie de sellado periférico (54) que coopera con dicho asiento de válvula (14'), dicha superficie de cierre comprende una superficie convexa (52) por lo menos en proximidad con dicha superficie de sellado (54); y un mecanismo de accionamiento (18) que está conectado a dicho elemento de cierre (12') para mover dicho elemento de cierre (12') entre una posición cerrada en dicho asiento de válvula (14') y una posición abierta distante de dicho asiento de válvula (14'); caracterizada porque dicho elemento de cierre (12') comprende una porción de deflexión de gancho (70) en la periferia de dicha superficie de sellado periférico (54), dicha porción de deflexión de gancho (70) comprende una superficie de deflexión (74) inclinada contra una tangente hacia dicha superficie convexa (52) en la periferia de dicha superficie convexa (52) en un ángulo (?) en la escala de 30° a 70° para impartir a una emanación de gas que pasa entre dicho asiento de válvula (14') y dicho elemento de cierre (12') un componente de velocidad que es opuesto al movimiento de abertura inicial de dicho elemento de cierre ( 2').

2. - La válvula de purga de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dicha porción de deflexión de gancho (70) comprende una superficie de deflexión (74) inclinada contra dicha superficie convexa (52) en un ángulo (?) en la escala de 40° a 60°.

3. - La válvula de purga de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada además porque dicha porción de deflexión de gancho (70) comprende una superficie de transición (72) dispuesta entre dicha superficie de deflexión (74) y dicha superficie convexa (52), dicha superficie de transición (72) es horizontal en posición cerrada.

4. - La válvula de purga de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque dicha superficie convexa (52) es cónica con un ángulo incluido (a) en la escala de 120° a 160°.

5.- La válvula de purga de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque dicha superficie de sellado periférico (54) está hecha de un depósito de cementación que forma una proyección desde dicha superficie cónica (52), y dicho asiento de válvula (14') comprende una superficie de asiento frustocónico (58) que coopera con dicha superficie de sellado periférico (54) y que está inclinado contra el eje central (A) de dicho conducto de escape a la mitad del ángulo incluido (a) de dicha superficie cónica (52).

6. - La válvula de purga de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque dicha superficie de sellado periférico (54) está nivelada con dicha superficie cónica (52), y dicho asiento de válvula (14') comprende una superficie de asiento frustocónico (58) que coopera con dicha superficie de sellado periférico (54) y que está inclinada contra el eje central de dicho conducto de escape a la mitad del ángulo incluido (a) de dicha superficie cónica (52).

7. - La válvula de purga de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada además porque dicha porción de deflexión de gancho (70) rodea dicho elemento de cierre (12') en toda la circunferencia de dicha superficie de sellado periférico (54).

8. - La válvula de purga de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada además porque dicho asiento de válvula (14') comprende una superficie de asiento (58) que coopera con dicha superficie de sellado periférico (54) de dicho elemento de cierre (12') y dicho asiento de válvula (14') comprende un sello suave (62) incrustado en el interior en dicha superficie de asiento (58).

9. - La válvula de purga de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada además porque dicho elemento de cierre (12') está dimensionado para sellar un conducto que tiene un diámetro interno de 400-1000 mm.

10. - La válvula de purga de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada además porque dicho mecanismo de accionamiento (18) comprende un artefacto de seguridad (40) que tiene medios de desviación elásticos para empujar dicho elemento de cierre (12') contra dicho asiento de válvula (14') en dicha posición cerrada y para permitir la abertura de seguridad de dicho elemento de cierre (12') cuando la presión en el interior de dicho horno presurizado excede un valor admisible.

11.- La válvula de purga de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada además porque dicho mecanismo de accionamiento (18) comprende un brazo de soporte (20) que gira en pivote alrededor de un primer eje (23) para girar en pivote dicho elemento de cierre (12') entre una posición cerrada en dicho asiento de válvula (14') y una posición abierta distante de dicho asiento de válvula; una palanca (30) que gira en pivote alrededor de un segundo eje (33) y que tiene un brazo largo (34) conectado en pivote a dicho brazo de soporte (20) y un brazo corto (32) conectado en pivote a un accionador (26) para hacer girar en pivote dicho brazo de soporte (20); dicho brazo largo (34) está configurado de manera extensible y tiene medios de desviación de resorte (42, 44, 46) para desviar dicho brazo largo (34) contra extensión y empujar así de manera elástica dicho elemento de cierre (12') contra dicho asiento de válvula (14') en dicha posición cerrada. 12 - Un horno de eje, en particular un alto horno, que comprende una o más válvulas de purga de cualquiera de las reivindicaciones anteriores.