MXPA97004928A - Conjunto de valvula de esfera de bajo ruido - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un conjunto de válvula para controlar el flujo de fluido a través de una sección de conducto que tiene una entrada y una salida, el conjunto de válvula comprendiendo una válvula de esfera que tiene una perforación transversal ahíformada, la válvula siendo capaz de girar en la sección de conducto entre una posición abierta en la cual al menos una proción de la perforación registrada con la entrada y la salida de la sección de conducto para permitir en flujo de fluido a través de la sección de conducto, y una posición cerrada en la cual se impide el flujo de fluido a través de la sección de conducto;y un inserto dispuesto en la perforación para reducir el ruido ocasionado por el flujo de fluido a través de la válvula de esfera, el inserto comprendiendo una primera porción que tiene un diámetro extremo sustancialmente correspondiente al diámetro interno de la perforación y espuesto a la entrada, una segunda porción que tiene un diámetro externo sustancialmente correspondiente al diámetro interno de la perforación y expuesto a la salida, y una tercera porción que se extiende entre las seccines y teniendo una dimensión externa que es menor que la del diámetro de la perforación, y una pluralidad de pasajes transversales que se extienden a través de las porciones de inserto para permitir el flujo desde la entrada, a través del inserto, y a la saida, mientras se reduce el ruido generado por el flujo de fluido.

Description

CONJUNTO DE VÁLVULA DE ESFERA DE BAJO RUIDO Antecedentes de la Invención La presente invención se refiere a un conjunto de válvula de esfera de bajo ruido y, mas particularmente, a tal conjunto para controlar la transmisión y la distribución de un fluido comprimible . En la transmisión y la distribución de fluidos comprimibles, tales como gas natural, hay requerimientos para válvulas que controlan una variable, tal como presión o velocidad de flujo, y operan a altas caídas de presión, es decir, altas diferencias en presión entre la presión corriente arriba y corriente abajo. Como tales, estas válvulas están equipadas con accionadores y colocadores que responden a una señal de control generada por un controlador o computador. Cuando un fluido comprimible es estrangulado a través de una válvula de control a una alta caída de presión, se genera ruido en el fluido en forma aerodinámica, y posteriormente se propaga a través del fluido, excitando las paredes del tubo (principalmente corriente abajo) , y con ello haciendo que se propague el ruido a la atmósfera circundante. El resultado puede ser ruido que excede los límites permisibles para la conservación de la audición del trabajador. Una segunda preocupación implicada con el estrangulamiento de un fluido comprimible a través de una válvula de control es que a menudo ocasiona vibración mecánica excesiva, dando como resultado problemas consecuentes de la operación apropiada del equipo asociado de medición y control. Además, la vibración también puede ocasionar falla por fatiga de soldaduras o tubería. En este contexto, frecuentemente se han usado válvulas de esfera como válvulas de cierre y válvulas de control en la transmisión y la distribución de gas natural. Sin embargo, la disponibilidad de recorte de válvula para válvulas de esfera que ofrezca buena reducción de ruido ha sido muy limitada. Asimismo, las válvulas de esfera que tienen capacidad de reducción de ruido son a menudo limitadas en su rango de aplicación. Sin embargo, hay muchas aplicaciones que requieren de un amplio rango de aplicación. Por ejemplo, una aplicación tal como servicio de derivación de compresor opera normalmente a una alta caída de presión a través de todo el desplazamiento de la válvula; algunas aplicaciones de regulación de presión operan en un amplio rango de velocidades de flujo y tienen una alta caída de presión a bajas velocidades de flujo y bajas aberturas de válvula, y una baja caída de presión a máximo flujo y gran abertura de válvula. Por tanto, lo que se necesita es una válvula de esfera con capacidad de reducción de ruido, que pueda operar en un amplio rango de caídas de presión y velocidades de flujo. Compendio de la Invención La presente invención, en consecuencia, proporciona un conjunto de válvula de esfera en el cual el ruido generado por el flujo del fluido es reducido considerablemente. Asimismo, el conjunto de válvula de esfera de la presente invención es operable en un rango relativamente amplio de caídas de presión y velocidades de flujo. Para este fin, el conjunto de válvula comprende una válvula de esfera que tiene una perforación transversal formada en ella, la válvula siendo capaz de girar en una sección de conducto entre una posición abierta en la cual al menos una porción de la perforación registra con la entrada y la salida de la sección de conducto para permitir el flujo de fluido a través de la sección de conducto, y una posición cerrada en la cual se impide el flujo de fluido a través de la sección de conducto. Se dispone un inserto en la perforación para reducir el ruido ocasionado por el flujo de fluido a través de la válvula. El inserto es formado por una primera porción que tiene un diámetro externo sustancialmente correspondiente al diámetro interno de la perforación y expuesto a la entrada, una segunda porción teniendo un diámetro externo que corresponde sustancialmente al diámetro interno de la perforación y expuesto a la salida, y una tercera porción que se extiende entre las porciones y teniendo una dimensión externa menor que la del diámetro de la perforación. Una pluralidad de pasajes transversales se extienden a través de las porciones de inserto para permitir flujo de fluido desde la entrada, a través del inserto, y a la salida, mientras reducen el ruido generado por el flujo de fluido. Una ventaja principal que es lograda con el conjunto de válvula de esfera de la presente invención es que el ruido generado por el flujo de fluido es reducido en forma considerable, pero todavía el conjunto de válvula es operable en un rango relativamente amplio de caídas de presión y velocidades de flujo. Breve Descripción de los Dibujos Las figuras 1A-1C son vistas en sección transversal que bosquejan el conjunto de válvula de esfera de la presente invención en tres modos de operación. La figura 2 es una vista tomada a partir del plano 2-2 de la figura 1. La figura 3 es una vista tomada a partir del plano 3-3 de la figura 2. La figura 4 es una vista similar a la figura 2, pero bosquejando una forma de realización alterna del conjunto de válvula de esfera de la presente invención. La figura 5 es una vista tomada a partir del plano 5-5 de la figura 4. Las figuras 6 y 7 son vistas en sección transversal que bosquejan dos modos de operación del conjunto de válvula de esfera de las figuras 4 y 5. Las figuras 8 y 9 son vistas similares a las figuras 2 y 3, respectivamente, pero bosquejando otra forma de realización alternativa del conjunto de válvula de esfera de la presente invención. La figura 10 es una vista en sección transversal que bosqueja un modo operativo del conjunto de válvula de esfera de las figuras 8 y 9. Descripción de la Forma de Realización Preferida Haciendo referencia a la figura 1 de los dibujos, el conjunto de válvula de esfera de la presente invención incluye una válvula de esfera 10 dispuesta en un cuerpo de válvula 12 formado por una sección cilindrica de entrada 14 teniendo una perforación de entrada 14a y una pestaña circular 14b que se proyecta desde ahí para conexión a un tubo (no mostrado) para suministrar un fluido comprimible, tal como gas natural, a la sección de entrada. Una sección cilindrica de salida 16 es también provista, la cual tiene una perforación de salida 16a y una pestaña circular 16b que se proyecta desde ahí para conexión a un tubo (no mostrado) para recibir el fluido de la sección de salida. Un anillo externo de soporte 20 se extiende entre las secciones 14 y 16, con la superficie interna del anillo en proximidad estrecha con la superficie externa de la válvula de esfera 10. Un par de conjuntos de sello espaciados axialmente 22 y 24 es montado en muescas o ranuras circulares, provistas en las porciones de extremo interno de la sección de entrada 14 y la sección de salida 16, respectivamente. El anillo de soporte 20 está conectado entre las secciones 14 y 16 en cualquier forma conocida, tal como por pernos o similares (no mostrados) . El anillo de soporte 20 y los conjuntos de sello 22 y 24 no serán descritos adicionalmente en detalle pues son convencionales. Se entenderá que una flecha, o vastago, está conectada a la válvula 10 para hacerla girar en una forma que se describirá. El vastago se extiende en una dirección perpendicular al plano de los dibujos y no se muestra por conveniencia de la presentación, pues también es convencional. La rotación del vastago ocasiona la rotación correspondiente de la válvula de esfera 10 con relación a los sellos 22 y 24, estos últimos funcionando para proporcionar un sello de fluido, todo en forma convencional . La válvula 10 está en la forma de una bola de forma esférica, teniendo una perforación central transversal 10a que conecta un extremo de entrada 10b y un extremo de salida 10c. De esta manera, dos áreas superficiales sólidas lOd y lOe son definidas, lo que, en la posición cerrada de la válvula 10 mostrada en la figura ÍA, bloquea el flujo de fluido de la sección de entrada 14 a la sección de salida 16. De acuerdo con un aspecto principal de la presente invención, un inserto 30 es provisto en la perforación 10a de la válvula 10 y está diseñado para reducir el ruido generado como resultado del flujo de fluido a través de la válvula. El inserto 30 es mostrado en las figuras 1A-1C, 3 y 4, y se forma por una primera porción de disco 32 que tiene una superficie externa curva que forma una continuación de las superficies curvas de las secciones sólidas lOd y lOe de la válvula 10, y la segunda porción de disco 34 también teniendo una superficie externa curva que forma una continuación de las superficies curvas de las secciones sólidas mencionadas. El inserto 30 incluye también una porción plana 36 que se extiende perpendicular a y conectando las porciones de disco 30a y 30b y de preferencia es formado integralmente con estas últimas porciones. La altura de la porción plana 36 es considerablemente menor que el diámetro interno de la perforación 10a de modo de permitir flujo de fluido entre las porciones de disco 32 y 34, como se explicará. Se forma una serie de pasajes transversales, paralelos, espaciados 32a a través de la porción de disco 32 para permitir el flujo de fluido hacia la perforación de válvula 10a. De manera similar, se forma una serie de pasajes transversales, espaciados, paralelos 34a a través de la porción de disco 34 y se alinean con los pasajes 32a para permitir el flujo de fluido desde la perforación de válvula 10a. Una serie de pasajes transversales, espaciados, paralelos 36a son formados a través de la porción plana 36 y se extienden perpendiculares a los pasajes 32a y 34a para permitir el flujo de fluido a través de la perforación de válvula 10a, como se explicará. El fluido que entra en la válvula 10 desde la sección de entrada 14 del cuerpo de válvula 12 pasa de esta manera a través de los pasajes 32a y hacia la perforación de válvula 10a, y bajo ciertas circunstancias que se explicarán, pasa a través de los pasajes 36a en la porción plana 36, antes de salir de la perforación a través de los pasajes 34a en la porción de disco 34. Los diámetros de los pasajes 32a, 34a y 36a son relativamente pequeños y funcionan para reducir considerablemente el nivel de ruido que de otra manera sería generado por el flujo de fluido a través de la perforación de válvula 10a, como se explicará. La válvula 10 es bosquejada en su posición cerrada en la figura ÍA, en la cual la sección sólida lOd bloquea el flujo de fluido de la perforación de entrada 14a a través de la válvula 10. En caso de que se desee flujo de fluido, el vastago de válvula (no mostrado) es girado en el sentido de las manecillas del reloj como se observa en las figuras 1A-1C. Esto hace que la válvula 10 gire en el sentido de las manecillas del reloj mostrado por la flecha en la figura IB, y de esta manera expone una porción de los pasajes de flujo 32a de la porción de disco 32 al fluido en la perforación 14a. El fluido de esta manera fluye a través de la perforación 14a, a través de los pasajes expuestos 32a y hacia la perforación de válvula 10a. En la posición de la figura IB, una porción de los pasajes 34a de la porción de disco 34 está expuesta a la perforación de salida 16a, los cuales pasajes están ubicados en el lado opuesto de la porción plana 36 desde los pasajes opuestos 32a. De esta manera, pasa fluido de los pasajes 32a a través de los pasajes 36a en la perforación 10a de la válvula 10 antes de salir de la válvula a través de los pasajes 34a. El fluido pasa entonces a través de la perforación de salida 16a a un tubo de salida, o similar, conectado a la sección de salida 16. Si se requiere por las condiciones de operación, la rotación de la válvula 10 continúa en el sentido de las manecillas del reloj hasta que la válvula alcanza la posición totalmente abierta mostrada en la figura ÍC. En esta posición, todos los pasajes 32a en la porción de disco 32 están expuestos al fluido en la perforación de entrada 14a y todos los pasajes 34a en la porción de disco 34 están expuestos a la perforación de salida 16a. De esta manera, una mayor parte del fluido fluye de la perforación de entrada 14a, a través de los pasajes 32a, a través de la perforación 10a en el interior de la válvula 10, y sale de la válvula a través de todos los pasajes 34a, muy poco flujo ocurriendo a través de los pasajes 36a en la porción plana 36. Durante este movimiento de la posición totalmente cerrada de la figura ÍA a la posición totalmente abierta de la figura ÍC, todo el flujo a través de la válvula 10 es dirigido a través de los pasajes 32a y 34a, y bajo las condiciones antes descritas, a través de los pasajes 36a. Esto reduce considerablemente el nivel de ruido del fluido al pasar de la perforación de entrada 14a, a través de la válvula 10 y a la perforación de salida 16a. En aplicaciones en las que hay una caída constante de presión a través de la válvula 10, la reducción de ruido se incrementa con los incrementos en la abertura de la válvula. La forma de realización de las figuras 4-7 es similar a la de las figuras 1-3 y contiene esencialmente la misma estructura que la de las figuras 1-3, a la que se dan los mismos números de referencia. De acuerdo con la forma de realización de las figuras 4-7, se elimina una porción de los pasajes transversales 32a y 42a de las porciones de disco 32 y 34, respectivamente, y se proporcionan dos pasajes transversales relativamente grandes, o aberturas 32b y 34b, respectivamente. Mas específicamente, y haciendo referencia a las figuras 4 y 5, la porción inferior de la porción de disco 32 tiene una abertura relativamente grande 32a en la forma de realización previa. La porción restante de la porción de disco 32 es provista con pasajes 32a, como en la forma de realización previa. La porción superior de la porción de disco 34 tiene una abertura relativamente grande 34b formada a su través, la cual reemplaza una porción de los pasajes 34a en la forma de realización previa. La porción restante de la porción de disco 34 es provista con los pasajes 34a como en la forma de realización previa. Todos los pasajes 36a de la porción plana 36 son eliminados en favor de una sola abertura transversal, grande 36b. La posición cerrada de la forma de realización de las figuras 4-7 no es mostrada, pues es igual a la mostrada en la figura ÍA de la forma de realización de las figuras 1-3, en la cual la sección sólida lOd de la válvula 10 bloquea el flujo de fluido de la perforación de entrada 14a a través de la válvula 10. En el caso que se desee flujo de fluido, el vastago de válvula (no mostrado) es girado en el sentido de las manecillas del reloj mostrado por la flecha en la figura 6 y de esta manera expone una porción de los pasajes de flujo 32a de la porción de disco 32 al fluido en la perforación 14a, como en la forma de realización previa. El fluido de esta manera fluye desde la perforación 14a, a través de los pasajes expuestos 32a, y hacia la perforación de válvula 10a. El fluido fluye entonces a través de la abertura grande 36b de la porción plana 36 en el interior de la válvula 10 antes de salir de la válvula a través de los pasajes 34a para flujo a un tubo de salida, o similar, conectado a la sección de salida 16. Al ocurrir rotación adicional de la válvula 10 en el sentido de las manecillas del reloj , la válvula alcanza la posición totalmente abierta mostrada en la figura 7. En esta posición, todos los pasajes 32a, así como la abertura grande 32b, están expuestos al fluido en la perforación de entrada 14a, y todos los pasajes 34a en la porción de disco 34, así como la abertura 34b grande, están expuestos a la perforación de salida 16a. En esta posición, como las aberturas grandes 32b, 34b y 36b proporcionan la menor resistencia al flujo de fluido, la porción mayor del fluido fluye desde la perforación de entrada 14a, a través de la abertura 32b, a través de la abertura 36b, y sale a través de la abertura 34b. De esta manera, de acuerdo con la forma de realización de las figuras 4-7, se proporciona reducción sustancial de ruido en la abertura parcial de la válvula, como se muestra en la figura 6, aunque en la posición totalmente abierta mostrada en la figura 7 se alcanza una alta capacidad de flujo (con reducida reducción de ruido) en virtud del flujo a través de las aberturas relativamente grandes 32b, 36b y 34b. Esta forma de realización es especialmente adecuada para aplicaciones en las cuales ocurre una caída de presión relativamente elevada a una abertura relativamente baja de la válvula 10, y la caída de presión se reduce al incrementarse la abertura de la válvula. La forma de realización de las figuras 8-10 es similar a la forma de realización de las figuras 1-3 y 4-7, y también contiene esencialmente la misma estructura, la cual es dada por los mismos números de referencia. De acuerdo con la forma de realización de las figuras 8-10, se proporcionan dos aberturas transversales relativamente grandes 32b y 34b (figura 10) en las porciones inferiores de las porciones de disco 32 y 34, respectivamente, en lugar de los pasajes de flujo 32a y 34a, respectivamente, en las porciones inferiores mencionadas. Las porciones superiores restantes de las porciones de disco 32 y 34, así como toda la porción plana 36, son provistas con pasajes 32a, 34a y 36a, respectivamente, como en la forma de realización de las figuras 1-3. La posición cerrada de la forma de realización de las figuras 8-10 es la misma que la mostrada en la figura ÍA de la forma de realización de las figuras 1-3, y por tanto no se muestra. En esta posición, la sección sólida lOd de la válvula 10 bloquea el flujo de fluido de la perforación de entrada 14a a través de la válvula 10. Cuando se desea flujo de fluido, el vastago de la válvula (no mostrado) es girado en el sentido de las manecillas del reloj mostrado por la flecha en la figura 10 y de esta manera expone una porción de los pasajes de flujo 32a de la porción de disco 32 al fluido en la perforación 14a, y la abertura 34b a la perforación 16a. El fluido de esta manera fluye a través de la perforación 14a, a través de los pasajes expuestos 32a y hacia la perforación de válvula 10a. El fluido fluye entonces a través de los pasajes 36a en la porción plana 36 en el interior de la válvula 10 antes de salir de la válvula a través de la abertura grande 34b para flujo a un tubo de salida, o similar, conectado a la sección de salida 16. Cuando la válvula es girada a su posición totalmente abierta (no mostrada, pero igual a la figura ÍC) , los pasajes 32a y la abertura grande 32b están expuestos totalmente a la perforación 14a, y los pasajes 34a y la abertura grande 34b están totalmente expuestos a la perforación 16a. En esta posición, la mayoría del fluido fluye a través de la abertura 32b, a través de la perforación de válvula 10a, y sale a través de la abertura 34b, así sobrepasando los pasajes 36a en la porción plana 36. De esta manera, de acuerdo con la forma de realización de las figuras 8-10, al alcanzarse abertura parcial se logra reducción de presión en dos etapas, mientras que a una abertura total, la porción mayor del flujo pasa directamente a través de las aberturas 32b y 34b sin ningún cambio de dirección, de esta manera proporcionando capacidad de flujo relativamente elevada. La presente invención de esta manera goza de varias ventajas. Por ejemplo, el ruido generado por el flujo del fluido es reducido considerablemente debido a la provisión de los pasajes de flujo 32a, 34a y 36a en el inserto 30 de la válvula 10. Otra ventaja del conjunto de válvula de esfera y el método de la presente invención es que la válvula es operable en un rango relativamente amplio de caídas de presión y velocidades de flujo. Se entenderá que se consideran en la descripción anterior modificaciones, cambios y sustituciones, y en algunos casos algunas características de la invención serán empleadas sin un uso correspondiente de otras características. En consecuencia, es apropiado que las reivindicaciones anexas sean interpretadas en forma amplia y en una forma consistente con los alcances de la invención.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un conjunto de válvula para controlar el flujo de fluido a través de una sección de conducto que tiene una entrada y una salida, el conjunto de válvula comprendiendo una válvula de esfera que tiene una perforación transversal ahí formada, la válvula siendo capaz de girar en la sección de conducto entre una posición abierta en la cual al menos una porción de la perforación registra con la entrada y la salida de la sección de conducto para permitir el flujo de fluido a través de la sección de conducto, y una posición cerrada en la cual se impide el flujo de fluido a través de la sección de conducto; y un inserto dispuesto en la perforación para reducir el ruido ocasionado por el flujo de fluido a través de la válvula de esfera, el inserto comprendiendo una primera porción que tiene un diámetro externo sustancialmente correspondiente al diámetro interno de la perforación y expuesto a la entrada, una segunda porción que tiene un diámetro externo sustancialmente correspondiente al diámetro interno de la perforación y expuesto a la salida, y una tercera porción que se extiende entre las secciones y teniendo una dimensión externa que es menor que la del diámetro de la perforación, y una pluralidad de pasajes transversales que se extienden a través de las porciones de inserto para permitir el flujo de fluido desde la entrada, a través del inserto, y a la salida, mientras se reduce el ruido generado por el flujo de fluido.

2. El conjunto de la reivindicación 1, donde la tercera porción de inserto conecta las porciones de inserto primera y segunda.

3. El conjunto de la reivindicación 1, donde los pasajes a través de las porciones de inserto primera, segunda y tercera son relativamente pequeños en diámetro.

4. El conjunto de la reivindicación 3, donde el fluido fluye desde los pasajes en la primera porción de inserto, a través del espacio entre la tercera porción de inserto y la perforación de válvula, y a través de los pasajes en la segunda porción de inserto.

5. El conjunto de la reivindicación 1, donde una pluralidad de los pasajes a través de al menos una de las porciones de inserto tienen diámetros relativamente pequeños y al menos un pasaje a través de al menos una de las porciones de inserto tiene un diámetro relativamente grande.

6. El conjunto de la reivindicación 5, donde la tercera porción de inserto tiene un pasaje de diámetro relativamente grande.

7. El conjunto de la reivindicación 5, donde las porciones de inserto primera y segunda tienen, cada una, una pluralidad de pasajes de diámetro relativamente pequeño y un pasaje de diámetro relativamente grande.

8. El conjunto de la reivindicación 7, donde, al ocurrir rotación de la válvula de esfera desde su posición cerrada a su posición abierta, los pasajes de diámetro relativamente pequeño en la primera porción de inserto están expuestos a la entrada antes del pasaje de diámetro relativamente grande en la última porción de inserto mencionada.

9. El conjunto de la reivindicación 7, donde la tercera porción de inserto tiene un pasaje de diámetro relativamente grande.

10. El conjunto de la reivindicación 9, donde, al ocurrir rotación de la válvula de esfera desde su posición cerrada a una posición parcialmente abierta, los pasajes de diámetro relativamente pequeño en las porciones de inserto primera y segunda están expuestos inicialmente a la entrada y la salida, respectivamente, antes de sus pasajes de diámetro grande correspondientes de modo que el fluido fluya a través de los pasajes de diámetro relativamente pequeño en la primera porción de inserto, a través del pasaje de diámetro grande en la tercera porción de inserto y a través de los pasajes de diámetro relativamente pequeño en la segunda porción de inserto.

11. El conjunto de la reivindicación 10, donde, al ocurrir rotación de la válvula de esfera a su posición totalmente abierta, los pasajes de diámetro relativamente pequeño y de diámetro relativamente grande en las porciones de inserto primera y segunda están expuestos a la entrada y la salida, respectivamente, de modo que una porción sustancial del fluido fluya a través de los pasajes de diámetro relativamente grande en - lía las porciones de inserto primera, segunda y tercera.

12. El conjunto de la reivindicación 7, donde la tercera porción de inserto tiene una pluralidad de pasajes de diámetro relativamente pequeño.

13. El conjunto de la reivindicación 12, donde, al ocurrir rotación de la válvula de esfera de su posición cerrada a una posición parcialmente abierta, los pasajes de diámetro relativamente pequeño en las primeras porciones de inserto están inicialmente expuestos a la entrada antes de sus pasajes de diámetro grande correspondientes; y el pasaje de diámetro relativamente grande en la segunda porción de inserto está expuesto inicialmente a la salida antes de sus pasajes de diámetro relativamente pequeño correspondientes, de modo que el fluido fluya a través de los pasajes de diámetro relativamente pequeño en la primera porción de inserto, a través de los pasajes de diámetro pequeño en la tercera porción de inserto, y a través del pasaje de diámetro relativamente grande en la segunda porción de inserto.

14. El conjunto de la reivindicación 13, donde, al ocurrir rotación de la válvula de esfera a su posición totalmente abierta, los pasajes de diámetro relativamente pequeño y los pasajes de diámetro relativamente grande en las porciones de inserto primera y segunda están expuestas a la entrada y la salida, respectivamente, de modo que una porción sustancial del fluido fluya a través de los pasajes de diámetro relativamente grande en las porciones de inserto primera y segunda mientras sobrepasan los pasajes de diámetro relativamente pequeño en la tercera porción de inserto.