MXPA97004936A - Conjunto de valvula de esfera de bajo ruido coninserto de hoja de aire - 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 teniendo 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 para permitir selectivamente el flujo de fluido a través de la perforación para controlar el flujo de fluido a través de la sección de conducto;yun inserto dispuesto en la perforación para reducir el ruido ocasionado por el flujo de fluido a través de la perforación, el inserto comprendiendo un miembro similar a placa que tiene una pluralidad de pasajes de diámetro relativamente pequeño para recibir el fluido, el miembro similar a placa definiendo, con una porción de una superficie de la válvula que define la perforación, un pasaje transversal de diámetro relativamente grande;la válvula siendo capaz de colocarse en una primera posición abierta en la sección de conducto de modo que el fluido fluya a través de los pasajes de diámetro relativamente pequeño para reducir la velocidad de flujo y el ruido generado por el flujo de fluido, la válvula siendo capaz de colocarse en una segunda posición en la sección de conducto de modo que el fluido fluya a través del pasaje de diámetro relativamente grande para incrementar la velocidad de flujo, una porción del miembro similar a placa formando una superficie de hoja de aire para impedir la separación del fluido al pasar a través del pasaje de diámetro relativamente grande.

Description

CONJUNTO DE VÁLVULA DE ESFERA DE BAJO RUIDO CON INSERTO DE HOJA DE AIRE 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 estrangula-miento 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 a aplicaciones en las cuales hay una alta caída de presión a través de todo el rango de desplazamiento de la válvula. En estos casos, la válvula puede ser diseñada para reducción continua de ruido en todo el rango del desplazamiento. Sin embargo, hay aplicaciones que implican una caída de presión relativamente alta a velocidades de flujo relativamente bajas y pequeñas aberturas de válvula, y una caída de presión relativamente baja a máximo flujo y aberturas de válvula relativamente grandes. En este último caso de caída de presión baja, se requiere una capacidad de flujo que sea mayor que la que sería posible utilizando una válvula diseñada para reducción continua de ruido con base en una caída de presión elevada a través de todo el rango de desplazamiento de la válvula. Asimismo, muchas de las válvulas de esfera que tienen capacidad de reducción de ruido ocasionan separación del flujo de gas al pasar a través de la válvula, lo que da como resultado en pérdidas en la caída de presión que comprometen el desempeño de la válvula. Por tanto, lo que- se necesita es una válvula de esfera con capacidad de reducción de ruido que pueda reducir el ruido a velocidades de flujo relativamente bajas y pequeñas aberturas de válvula a caídas de presión relativamente elevadas, pero al mismo tiempo responder a situaciones de caída de presión relativamente baja y lograr máximo flujo. También, lo que se necesita es una válvula de esfera del tipo anterior que elimine la separación de flujo del gas al pasar a través de la válvula. 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 a pequeñas aberturas de válvula, bajas velocidades de flujo y altas caídas de presión. El conjunto de la presente invención también logra máximo flujo cuando la caída de presión es relativamente baja y elimina la separación de flujo del gas. Para ello, una válvula de esfera es capaz de girar en una sección de conducto para permitir flujo de fluido a través de la perforación para controlar el flujo de fluido a través de la sección de conducto. Se dispone un inserto en la perforación de válvula y tiene una pluralidad de pasajes de diámetro pequeño y un pasaje de diámetro grande que se extienden a su través. La válvula es girada desde su posición cerrada a una primera posición, parcialmente abierta, donde los pasajes de diámetro pequeño están en la trayectoria de flujo del fluido para reducir la velocidad de flujo y el ruido ocasionado por el flujo de fluido. La válvula puede ser girada a una posición totalmente abierta en la cual el pasaje de diámetro grande está en la trayectoria de flujo del fluido para lograr velocidades de flujo relativamente elevadas. El inserto forma una superficie de hoja de aire para impedir la separación del fluido al pasar a través del pasaje de diámetro grande. 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 a aberturas de válvula relativamente pequeñas y bajas velocidades de flujo, pero se logra máximo flujo cuando la caída de presión es relativamente baja, mientras que se elimina la separación de flujo del gas. Breve Descripción de loa 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 isométrica del conjunto de válvula de esfera de las figuras 1A-1C. La figura 3 es una vista en sección transversal tomada a lo largo del plano 3-3 de la figura 2. Descripción de la Forma dß 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 una relación espaciada 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. La válvula 10 está en la forma de una bola de forma esférica, teniendo una perforación central transversal 10a. De esta manera, dos áreas superficiales sólidas 10b y 10c 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. Un par de vastagos (uno de los cuales es mostrado en líneas fantasma y referido con el número de referencia 28a en la figura ÍA) está conectado a la superficie externa de la válvula de esfera 10 en sus porciones diametralmente opuestas para permitir que la válvula de esfera sea girada en una forma que se describirá. Mas particularmente, los vastagos, incluyendo el vastago 28a, están conectados a equipo auxiliar convencional (no mostrado) en forma de permitir la rotación de la válvula de esfera 10 alrededor de un eje que coincide con los ejes de los vastagos, los sellos 22 y 24 funcionando para proporcionar un sello de fluido, todo en forma convencional. 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 a velocidades de flujo relativamente bajas y aberturas de válvula pequeñas. Para este fin, y con referencia a las figuras ÍA, 2 y 3, el inserto 30 está en la forma de un miembro en forma de placa configurado de modo de formar una porción relativamente corta, ligeramente curva 32a, una segunda porción relativamente larga, ligeramente curva 32b extendiéndose a un ángulo con la porción 32a, y un codo de anchura agrandada 32c que conecta las porciones 32a y 32b. La porción de inserto 32a es configurada y está colocada en el extremo anterior o entrada de la perforación 10a de la válvula 10 y se extiende sustancialmente perpendicular al eje de la perforación 10a de modo de definir una continuación de la superficie curva de la sección sólida 10b de la válvula 10. La segunda porción 32b se extiende desde el codo 32c y se curva de vuelta al extremo posterior o salida de la perforación 10a para definir, con la porción 32a y la superficie interna correspondiente de la sección sólida 10b, una cavidad alojada 34. Un pasaje transversal de diámetro relativamente grande 36 es definido a través de la perforación de válvula 10a extendiéndose entre la porción de inserto 32b y la superficie interna correspondiente de la sección sólida 10c. El inserto 30 tiene un diseño liso, curvo, de hoja de aire, que permite recuperación de presión cuando fluye el fluido a través del pasaje 36 en una forma que se explicará. Se forma una serie de pasajes transversales, paralelos, espaciados, de diámetro relativamente pequeño 38 a través de las porciones de inserto 32a, 32b y 32c y funcionan para reducir considerablemente el nivel de ruido que de otra manera sería generado por el flujo del fluido a través de la perforación de válvula 10a de acuerdo con teorías bien establecidos, como se explicó anteriormente. La válvula 10 es bosquejada en su posición cerrada en la figura ÍA, en la cual la sección sólida 10b 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, la válvula 10 es girada a través de los vastagos de válvula, incluyendo el vastago 28a, en el sentido de las manecillas del reloj, mostrado por la flecha en la figura IB, lo que expone una porción de los pasajes de flujo 38 al fluido en la perforación 14a. Una porción del fluido fluye a través de los pasajes 38 en la porción de inserto 32a y hacia la cavidad 34 y luego sale de la cavidad a través de los pasajes 38 en la porción de inserto 32b. Este fluido entra entonces, y pasa a través del pasaje relativamente grande 36 a la perforación de salida 16a. Otra porción del fluido pasa directamente de la perforación de entrada 14a, a través de una porción de los pasajes 38 ubicados cerca de la porción de codo 32c del inserto 30 y directamente hacia el pasaje 36 antes de pasar a la perforación de salida 16a. Todo el fluido pasa entonces de la perforación de salida 16a a un tubo de salida, o similar, conectado a la sección de salida 16. En esta posición, se logra reducción considerable de ruido como resultado del hecho de que todo el fluido pase a través de uno o mas de los pasajes 38 antes de salir de la válvula 10. Si se desea mover la válvula 10 a su posición totalmente abierta, la válvula es girada en el sentido de las manecillas del reloj hasta que la válvula alcanza la posición mostrada en la figura 1C. En esta posición, todos los pasajes 38 en la porción de inserto 32a y el codo 32c, así como el pasaje relativamente grande 36, están expuestos al fluido en la perforación de entrada 14a. Como el pasaje relativamente grande 36 proporciona la menor resistencia al flujo de fluido, la porción mayor del fluido fluye desde la perforación de entrada 14a, directamente a través del pasaje 36 y a la perforación de salida 16a. De esta manera, en la posición totalmente abierta de la figura 1C, se logra capacidad de flujo relativamente elevada (con reducida reducción de ruido) pues la gran mayoría del fluido fluye a través del pasaje relativamente grande 36. Debido al diseño liso de hoja de aire del inserto 30, el fluido se une a la superficie externa del inserto al pasar a través de la válvula 10, así permitiendo una considerable recuperación de presión. Como resultado de todo lo anterior, la válvula de esfera 10a de la presente invención puede tomar la posición de la figura IB para reducir considerablemente el ruido a velocidades de flujo relativamente bajas y altas caídas de presión, pero también puede tomar la posición de la figura 1C en respuesta a situaciones de caída de presión relativamente baja y lograr máximo flujo. Asimismo, se obtienen eficiencias relativamente elevadas mediante la válvula de la presente invención pues se logra recuperación de presión en virtud del flujo unido antes descrito debido al diseño de hoja de aire del inserto 30. Se entenderá que pueden hacerse variaciones en la descripción anterior sin apartarse de los alcances de la invención. Por ejemplo, la presente invención no está limitada a la forma específica del inserto 30 mostrado y descrito anteriormente. Por ejemplo, el inserto puede tomar una forma generalmente cónica dentro de los alcances de la invención. Otros cambios, modificaciones y sustituciones son posibles en la descripción anterior y en algunos casos se emplearán algunas características de la invención sin el 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 (9)

REIVINDICACIONES

1. Un conjunto de válvula para controlar el flujo de fluido a través de una sección de conducto teniendo 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 para permitir selectivamente el flujo de fluido a través de la perforación para controlar 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 perforación, el inserto comprendiendo un miembro similar a placa que tiene una pluralidad de pasajes de diámetro relativamente pequeño para recibir el fluido, el miembro definiendo, con una porción de la superficie de la válvula que define la perforación, un pasaje transversal de diámetro relativamente grande; la válvula siendo capaz de colocarse en una primera posición abierta en la sección de conducto con los pasajes de diámetro relativamente pequeño en la trayectoria de flujo del fluido para reducir la velocidad de flujo y el ruido generado por el flujo de fluido, la válvula siendo capaz de colocarse en una segunda posición en la sección de conducto con el pasaje de diámetro relativamente grande en la trayectoria de flujo del fluido para incrementar la velocidad de flujo, una porción del miembro que define la perforación formando una superficie de hoja de aire para impedir la separación del fluido al pasar a través del pasaje de diámetro relativamente grande.

2. El conjunto de la reivindicación 1, donde los pasajes de diámetro pequeño también están en la trayectoria del flujo de fluido en la segunda posición de la válvula, la mayoría del fluido pasando a través del pasaje de diámetro grande.

3. El conjunto de la reivindicación 1, donde el miembro define con la superficie correspondiente de la válvula una cavidad, de modo que, en la primera posición de la válvula, una porción del fluido fluye desde algunos de los pasajes en el miembro, hacia la cavidad, y a través de otros pasajes en el miembro.

4. El conjunto de la reivindicación 1, donde, al ocurrir rotación de la válvula de esfera desde su posición cerrada, la válvula alcanza la primera posición antes de la segunda posición.

5. El conjunto de la reivindicación 4, donde la segunda posición es la posición totalmente abierta de la válvula.

6. Un método de controlar el flujo de fluido a través de un conducto que tiene una válvula de esfera ahí dispuesta, que comprende los pasos de proporcionar una válvula de esfera con un inserto teniendo una pluralidad de pasajes de diámetro relativamente pequeño y un pasaje de diámetro relativamente grande, hacer girar la válvula de esfera de una posición cerrada a una primera posición donde los pasajes de diámetro pequeño están en la trayectoria de flujo del fluido, hacer girar la válvula de esfera a una segunda posición en la cual el pasaje de diámetro grande está en la trayectoria de flujo del fluido, y formar una superficie de hoja de aire para impedir la separación del fluido al pasar éste a través del pasaje de diámetro grande.

7. El método de la reivindicación 6, donde los pasajes de diámetro pequeño también están en la trayectoria de flujo de fluido en la segunda posición de la válvula, la mayor parte del fluido pasando a través del pasaje de diámetro grande.

8. El método de la reivindicación 6, donde, al ocurrir rotación de la válvula de esfera desde su posición cerrada, la válvula alcanza la primera posición antes de la segunda posición.

9. El conjunto de la reivindicación 6, donde la segunda posición es la posición totalmente abierta de la válvula.