PT1353254E

PT1353254E - Aparelho para regular um fluxo num sistema de aquecimento ou de arrefecimento

Info

Publication number: PT1353254E
Application number: PT03005223T
Authority: PT
Inventors: John M Trantham; George T Watson Iii
Original assignee: Flow Design Inc
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2010-10-13
Also published as: ES2348505T3; EP1353254A2; EP1353254A3; ATE470893T1; EP1353254B1; US20030192597A1; DE60332891D1; DK1353254T3; SI1353254T1; US6688319B2; DE60332891C5

Description

DESCRIÇÃO

APARELHO PARA REGULAR UM FLUXO NUM SISTEMA DE AQUECIMENTO OU DE

ARREFECIMENTO

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se geralmente ao campo do fluxo de fluido e mais especificamente, a um aparelho para a regulação de um fluxo num sistema de aquecimento ou de arrefecimento.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

As válvulas de fluido são largamente usadas na indústria para muitas aplicações. Um exemplo é o uso das válvulas de fluido nos sistemas de trocas térmicas em edifícios para fins de aquecimento ou de arrefecimento. Em muitas aplicações, é muitas vezes desejável manter uma velocidade de fluxo constante através de uma válvula de fluido apesar das flutuações que se podem dar na pressão do fluido a montante ou a jusante. Também nalguns exemplos é desejável poder ajustar a velocidade de fluxo através de uma válvula.

Algumas válvulas anteriores obtêm um fluxo constante tentando manter uma pressão diferencial constante através de um orifício de controlo para que a pressão diferencial possa agir num pistão em oposição por um elemento elástico de força quase constante. 0 movimento do dito pistão controla o tamanho de uma restrição de estrangulamento, que está colocada a jusante do orifício de controlo. Uma consequência disso é que uma borda do pistão adjacente à restrição de estrangulamento age mediante a pressão a jusante, que é mais baixa do que qualquer pressão que afecta a regulação prevista. Esta pressão mais baixa tende a causar a restrição de estrangulamento para fechar mais de que o requerido para uma regulação apropriada, produzindo um fluxo mais baixo do que o fluxo previsto. As forças dinâmicas que surgem do fluxo de 1/17 fluido tendem também a baixa a pressão que age na restrição de estrangulamento devido ao principio de Bernoulli. 0 erro torna-se maior à medida que o diferencial de pressão total através do dispositivo aumenta. Este fenómeno é referido como "flexão" e têm sido realizadas várias tentativas para limitar o seu efeito. No entanto, estas tentativas anteriores, só funcionaram correctamente a uma velocidade de fluxo particular, como no caso do modelo especial de aberturas descrito no Pedido de Patente norte-americana US No. 4,080,993 intitulada Válvula de controlo de fluxo em linha (InLine Flow-Control Valve) , de Charles F. Lind.

Também o Pedido de Patente norte-americana US 4,440,192 mostra um desenho onde a água flui à volta do exterior do pistão e este desenho tem problemas importantes de flexão quando do estabelecimento de fluxo elevado - ver figura 4 - e o resultado será que a válvula vibrará e até golpeará num fluxo maior. 0 Pedido de Patente norte-americana 5,904,177 mostra outro principio para a regulação de fluxo. Este Pedido de Patente descreve um pistão em forma de "T", mas numa válvula que funciona com um principio diferente. Em vez de manter uma pressão constante através do orifício de controlo, o pistão move-se em resposta a uma pressão variável para mudar o tamanho do orifício.

RESUMO DA INVENÇÃO O objecto da invenção é o de prover um aparelho para a regulação de um fluxo num sistema de aquecimento ou de arrefecimento, com o qual os problemas acima mencionadas sejam eliminados. O objecto da invenção é obtido com um aparelho para a regulação de um fluxo num sistema de aquecimento ou de arrefecimento, que é caracterizado com o que é apresentado nas reivindicações. 2/17

As formas de realizar a invenção proveem numerosas vantagens técnicas. As formas de realizar a invenção podem incluir todas, alguma ou nenhuma destas vantagens. Por exemplo, uma forma de realizar a invenção permite a regulação de fluxo melhorada numa ampla gama de fluxos para um dispositivo único mediante a colocação de um elemento de estrangulamento a montante de um orificio de controlo e o equilíbrio das forças dinâmicas que surgem do fluxo em relação às forças que surgem da pressão mais alta. Por estrangulamento contra uma pressão que é maior, em vez de menor, do que a pressão intermédia, o dispositivo tem tendência a ser perturbado numa posição mais aberta, em vez de numa posição mais fechada. Esta tendência pode ser seguidamente equilibrada com as reduções de pressão obtidas a partir da velocidade do fluido para obter uma velocidade de fluxo constante. Com a obtenção deste equilíbrio, a borda de estrangulamento não tem de ser fina, como era o caso de muitos dispositivos anteriores. Evitando esta borda fina, melhorar-se-á a durabilidade e a fabricação do dispositivo. A presente invenção também reduz o risco de cavitação. Isto é devido a que a maior queda de pressão através da parte de estrangulamento se dá antes da queda da pressão menor através do orifício de controlo.

Para um técnico especializado outras vantagens técnicas serão facilmente visíveis a partir das figuras, descrições e reivindicações seguintes.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO

Para uma compreensão mais completa da invenção, e para mais características e vantagens, é agora feita referência à seguinte descrição, considerando conjuntamente os desenhos anexos, em que: 3/17 A figura 1 é um diagrama de blocos de uma válvula de controlo para a regulação de fluxo que tem um orifício de estrangulamento posicionado a montante a partir de um orifício de controlo de acordo com uma forma de realizar a presente invenção; A figura 2A é uma vista de corte transversal de uma forma de realizar a válvula de controlo para a regulação de fluxo da figura 1 que ilustra um pistão numa primeira posição; A figura 2B é uma vista de corte transversal da válvula de controlo para a regulação de fluxo da figura 2A que ilustra o pistão numa segunda posição; A figura 3A é uma vista de corte transversal de outra forma de realizar a válvula de controlo para a regulação de fluxo da figura 1 que ilustra um pistão numa primeira posição; A figura 3B é uma vista de corte transversal da válvula de controlo para a regulação de fluxo da figura 3A que ilustra o pistão numa segunda posição; A figura 4 é um gráfico da velocidade de fluxo versus a diferença de pressão de acordo com uma forma de realizar da presente invenção; A figura 5A é uma vista de elevação de um elemento de estrangulamento de acordo com uma forma de realizar a presente invenção; e A figura 5B é uma vista de corte transversal do elemento de estrangulamento da figura 5A.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE FORMAS EXEMPLARES DE REALIZAR A INVENÇÃO

As formas exemplares de realizar a presente invenção e as suas vantagens serão melhor entendidas com referindo-nos agora às 4/17 figuras de 1 a 5B dos desenhos, nos quais os mesmos números de referência referem-se às mesmas partes. A figura 1 é um diagrama de blocos de uma válvula de controlo para a regulação de fluxo 100 de acordo com uma forma de realizar a presente invenção. A válvula de controlo 100 recebe o fluido de uma região a montante 102 e transporta-o até uma região a jusante 104. A válvula de controlo inclui um orifício de estrangulamento 108, um orifício de controlo 110, e uma região intermédia 103 disposta entre o orifício de estrangulamento 108 e o orifício de controlo 110. Apesar de que não está explicitamente ilustrada na figura 1, a válvula de controlo 100 inclui outros componentes, como os que são mais detalhadamente descritos abaixo. Qualquer fluido adequado flui na direcção da seta 106 da região a montante 102 para a região a jusante 104.

De acordo com os ensinamentos da presente invenção, o orifício de estrangulamento 108 está posicionado a montante a partir do orifício de controlo 110 oposto às válvulas de controlo anteriores que têm o orifício de controlo a montante a partir do orifício de estrangulamento. Tanto o orifício de estrangulamento 108 assim como o orifício de controlo 110 são mais detalhadamente descritos abaixo. No entanto, geralmente, o orifício de estrangulamento 108 está adaptado para mudar dinamicamente o seu tamanho em resposta a uma mudança de pressão de um fluido numa região a montante 102, e o orifício de controlo 110 é estabelecido a um tamanho predeterminado para regular uma velocidade de fluxo do fluido que flui através da válvula de controlo 100. Uma redução de pressão devido à velocidade de fluido através do orifício de estrangulamento 108 pode ser utilizada para nivelar a pressão mais alta na região a montante 102. O facto de ter um orifício de estrangulamento 108 posicionado a montante de um orifício de controlo 110 resolve os efeitos perniciosos da pressão do fluido na região a jusante 104 no controlo da velocidade de fluxo do fluido, como o abaixo 5/17 descrito. Este efeito é convencionalmente conhecido como "flexão". Algumas formas de realizar a presente invenção podem reduzir também o risco de cavitação porque uma grande queda de pressão através de um orifício de estrangulamento 108 se dá antes de uma pequena queda de pressão através de um orifício de controlo 110.

Uma forma de realizar uma válvula de controlo 100 é mais detalhadamente descrita abaixo em conjunto com as figuras 2A e 2B, enquanto que outra forma de realizar uma válvula de controlo 100 é mais detalhadamente descrita abaixo em conjunto com as figuras 3A e 3B. A figura 2A é uma vista de corte transversal de uma forma de realizar uma válvula de controlo 100, designada por 100a. Na forma de realização ilustrada, a válvula de controlo 100a inclui um alojamento 200, um elemento de estrangulamento 202, um pistão 204, um tampão 206, um elemento elástico 208, um anel retentor 210, e um elemento ajustável 212. A não ser que abaixo seja indicado o contrário, todos os componentes da válvula de controlo 100a estão formados a partir de qualquer material adequado para válvulas de controlo, como por exemplo latão, aço inoxidável, plástico, ou outro material adequado. O alojamento 200 que é mostrado na figura 2A geralmente deve ser rectangular em corte transversal longitudinal; no entanto, o alojamento 200 pode adoptar outras configurações. O alojamento 200 tem uma região a montante 214 que está acoplada a um tubo 216 e uma região a jusante 218 que está acoplada a um tubo 220. O tubo 216 e o tubo 220 podem ser qualquer tipo de tubo adequado adaptado para transportar um fluido. O fluido flui através do alojamento 200 desde a região a montante 214 para a região a jusante 218, como indica a seta 222. O elemento de estrangulamento 202 está acoplado ao alojamento 200 adjacente à região a montante 214 de qualquer maneira 6/17 adequada. Detalhes de uma forma de realizar o elemento de estrangulamento 202 são descritos abaixo conjuntamente com as figuras 5A e 5B. No entanto, geralmente, o elemento de estrangulamento 202 tem uma superfície de estrangulamento 224 definido por uma borda 226 do elemento de estrangulamento 202 e uma superfície inclinada 228 de uma cavidade 230 formada numa extremidade do elemento de estrangulamento 202. Um exemplo de orifício de estrangulamento 108, 108a, está definido por uma superfície de estrangulamento 224 e uma borda 231 de pistão 204. O pistão 204 é mostrado na figura 2A e tem uma porção de flange 232 e uma porção de barra 234 que inclui uma borda 231. A porção de flange 232 e a porção de barra 234 pode ser uma peça única ou pode apresentar porções de pistão 204 separadas acopladas umas nas outras de qualquer maneira adequada. O pistão 204 está disposto de forma deslizante no interior do tampão 206 e está ilustrado numa primeira posição, na qual o pistão 204 tem o seu movimento restringido para um orifício de controlo 110a devido a uma parte superior 236 de tampão 206. O pistão 204 é mantido nesta posição pelo elemento elástico 208, que é descrito abaixo. Geralmente, um diâmetro interno de pistão 204 é escolhido para prover uma velocidade média de aproximadamente 5 pés por segundo para o fluxo de fluido máximo; no entanto, outros diâmetros adequados podem ser utilizados. Numa forma particular de realização, o pistão 204 tem um diâmetro, d, que segue a relação: d = 1 4*0 sec

Onde Qmsx é a velocidade máxima de fluxo através da válvula de controlo 100. A porção da flange 232, numa forma de realização, tem um diâmetro aproximadamente igual a 1.7 vezes o diâmetro interno do pistão 204 no entanto, outros diâmetros adequados podem ser utilizados. 7/17 0 tampão 206 está disposto no interior do alojamento 200 e está mostrado para estar preso a ele com uma flange 238 engatada entre um lábio 240 de alojamento 200 e um anel retentor 210. O tampão 206 pode, no entanto, estar acoplado ao alojamento 200 de outras maneiras adequadas. O tampão 206 inclui um orifício de controlo 110a formado na parte superior 236 e uma série de aberturas de equalização 242 formadas numa parede lateral 244. Como é mais detalhadamente descrito abaixo, as aberturas de equalização 242 permitem que o fluido na região a jusante 218 entre numa câmara de equalização 246. A câmara de equalização 246 está definida por um espaço anular formado por uma superfície interna de tampão 206 e uma superfície externa de pistão 204. O fluido numa região intermédia 252 é impedido de entrar numa câmara de equalização 246 por um anel de pistão 258 acoplado a um perímetro de porção da flange 232 do pistão 204. O anel de pistão 258 pode ser qualquer anel de vedação adequado, tal como um anel de vedação ou uma junta quadrada formado a partir de um fluorocarbono como o Teflon®. O tampão 206 pode ter qualquer forma adequada; no entanto, uma superfície interna de tampão 206 deve corresponder a um perímetro de flange 232 do pistão 204 para facilitar que o pistão 204 deslize sobre ele. O elemento elástico 208 é qualquer elemento elástico adequado, como por exemplo uma mola. O elemento elástico 208 provê uma força que empurra o pistão 204 para a região a jusante 218. Esta força está em oposição pela diferença de pressões que agem no lado superior 248 e no lado inferior 250 da porção de flange 232. A partir disto, pode ser visto que se todas as outras forças são desprezadas, o elemento elástico 208, juntamente com a área da porção da flange 232 do pistão 204, estabelece a pressão regulada através do orifício de controlo 110a. Assim, o elemento elástico 208 é escolhido para prover uma força que é quase constante no trajecto do pistão 204. A acção de outras forças é mais detalhadamente descrita abaixo. 8/17 0 anel retentor 210 funciona para reter o tampão 206 no interior do alojamento 200. O anel retentor 210 tem uma vedação 254 no seu perímetro para impedir que o fluido não se possa infiltrar entre o perímetro do anel retentor 210 e o alojamento 200 e na câmara de equalização 246. Adicionalmente, o anel retentor 210 tem outra vedação 256 que age para impedir que o fluido se infiltre entre uma superfície externa do pistão 204 e uma superfície interna do anel retentor 210 na câmara de equalização 246. A vedação 256 está também escolhida de forma a que o pistão 204 possa deslocar-se. 0 elemento ajustável 212 funciona para selectivamente estreitar o orifício de controlo 110a de modo a estabelecer a velocidade de fluxo do fluido através do alojamento 200. Como o ilustrado, o elemento ajustável 212 está engatado de forma aparafusada com o alojamento 200. No entanto, o elemento ajustável 212 pode estar acoplado ao alojamento 200 de outras maneiras adequadas. O elemento ajustável 212 está adaptado para se deslocar na direcção e afastado do orifício de controlo 110a tanto para estreitar ou para abrir o orifício de controlo 110a. Uma junta 260 pode estar acoplada numa extremidade do elemento ajustável 212 para impedir uma fuga através do orifício de controlo 110a se nenhuma velocidade de fluxo é desejável.

Em operação, um fluido flui através de um alojamento 200 na direcção indicada pela seta 222. O fluido na região a montante 214 está a uma pressão indicada por PI. Como o indicado pelas setas, o fluido entra numa região intermédia 252 via orifício de estrangulamento 108a. A pressão do fluido no interior da região intermédia 252, indicado por P2, está a uma pressão inferior a PI. Seguidamente o fluido desloca-se através da região intermédia 252 e entra na região a jusante 218 via orifício de controlo 110a. Na região a jusante 218, o fluido está a uma pressão P3, que é inferior a P2. O fluido na região a jusante 218 entra também numa câmara de equalização 246 via aberturas de equalização 242, como o descrito acima. Isto significa que a 9/17 pressão do fluido no interior da câmara de equalização 246 está também a uma pressão P3. Consequentemente, a diferença de pressão através do orifício de controlo 110a é P2-P3. Este diferencial de pressão é o mesmo diferencial de pressão existente ao longo da porção de flange 232 do pistão 204 (P2 age no lado superior 248 e P3 age no lado inferior 250) . Tendo o diferencial de pressão ao longo do orifício de controlo 110a igual ao diferencial de pressão ao longo da porção da flange 232 do pistão 204, entre outras vantagens, uma estabilidade da válvula de controlo 100a é provida.

As variações da pressão do fluido na região a montante 214 ou na região a jusante 218 podem produzir mudanças na velocidade de fluxo do fluido. Se a velocidade de fluxo é maior do que o ajuste desejado, então a diferença de pressão através do orifício de controlo 110a é também maior do que o valor requerido para um equilíbrio. O qual, por seu lado, produz a força imposta no pistão 204 pelo diferencial de pressão que deve ser maior do que a força fornecida por um elemento elástico 208 de forma a que o pistão 204 comece a deslocar-se para a região a montante 214. Este movimento continua até que o orifício de estrangulamento 108a se tenha fechado suficientemente de forma a que as forças induzidas no pistão 204 pela pressão do fluido se juntem de novo com a força fornecida pelo elemento elástico 208. Se as forças de perturbação estão equilibradas de maneira adequada como o descrito abaixo, isto significa que a diferença de pressão através do orifício de controlo 110a, e portanto a velocidade de fluxo, voltou ao seu valor desejado dentro de uns limites aceitáveis. Isto está melhor ilustrado na figura 2B. A figura 2B é uma vista de corte transversal de uma válvula de controlo 100a que ilustra o pistão 204 numa segunda posição. Esta segunda posição é devida a um aumento de Pl, como o descrito acima. Como o ilustrado na figura 2B, o elemento elástico 208 está numa posição comprimida. A borda 231 do pistão 204 entrou numa cavidade 230 do elemento de estrangulamento 202. 10/17 0 pistão 204 faz isto para estreitar o orificio de estrangulamento 108a para reduzir ou diminuir a velocidade de fluxo através do orificio de estrangulamento 108a na região intermédia 252. Neste ponto, quando PI começa a diminuir, o pistão 204 volta para trás para a região a jusante 218 para manter a velocidade de fluxo através do orificio de controlo 110a.

Como o acima mencionado, uma vantagem técnica importante da presente invenção é que a válvula de controlo 100a soluciona os efeitos perniciosos da flexão. A flexão é causada pela pressão do fluido no lado a jusante da válvula de tracção numa porção móvel da válvula, que tende a fechar o orificio de estrangulamento e diminuir a velocidade de fluxo através da válvula. A presente invenção resolve este problema mediante a inversão da ordem do orificio de estrangulamento 108a e do orificio de controlo 110a colocando o orificio de estrangulamento 108a a montante do orificio de controlo 110a. Desta maneira, o gradiente de pressão global de PI a P2 tende a interromper o pistão 204 para a região a jusante 218, enquanto que as forças de Bernoulli geradas pelo fluido que flui através do orificio de estrangulamento 108a agem de outra maneira. Desta maneira, o uso de maneira engenhosa das forças de Bernoulli no sistema neutraliza o gradiente de pressão. Esta vantagem está melhor ilustrada na figura 4 abaixo. Nos sistemas anteriores, o gradiente de pressão e as forças de Bernoulli tinham tendência a causar flexão, fazendo assim esta neutralização impossível. Os sistemas anteriores tentaram contrariar a flexão com uma fuga ou força elástica não constante. Antes da discussão, a figura 4, figuras 3A e 3B mostram uma forma alternativa de realizar uma válvula de controlo 100 da presente invenção. A figura 3A é uma vista de corte transversal de outra forma de realizar a válvula de controlo 100, designada por 100b. A válvula de controlo 100b inclui um alojamento 300, um elemento 11/17 de estrangulamento 302, um pistão 304, um elemento elástico 306 e um elemento de ajuste 308. O alojamento 300, que pode ser de qualquer forma adequada, tem uma região a montante 310, uma região intermédia 312, e uma região a jusante 314 que define um trajecto para um fluido que flui através delas numa direcção como a indicada pela seta 316. A válvula de controlo 100b é idêntica à válvula de controlo 100a das figuras 2A e 2B; no entanto, a figura 3A não tem tampão que inclui um orifício de controlo. Na forma de realizar a figura 3A, o orifício de controlo 110b é formado no alojamento 300 adjacente à região a jusante 314, como o ilustrado. O elemento de estrangulamento 302 é idêntico ao elemento de estrangulamento 202 da figura 2A e está acoplado com o alojamento 300 de qualquer maneira adequada. O elemento de estrangulamento 302 tem uma superfície de estrangulamento 318 que funciona conjuntamente com uma borda 320 do pistão 304 para definir um orifício de estrangulamento 108b. Como o ilustrado, a borda 320 do pistão 304 é quadrado. Nos sistemas anteriores, a borda do pistão tem de ser contornada de qualquer modo para evitar os efeitos da flexão. No entanto, devido a que a presente invenção posiciona o orifício de estrangulamento 108b antes do orifício de controlo 110b, a flexão já não é um problema. Consequentemente, a borda 320 do pistão 304 não tem que ser contornada de qualquer maneira, o que permite poupar custos consideráveis de fabricação. O pistão 304 está disposto de maneira deslizante no interior do alojamento 300 ao longo de uma parede 322. O pistão 304 tem uma parte de flange 324, um perímetro desde o qual desliza ao longo da parede 322 e uma parte de barra 326 que se estende desde uma porção de flange 324 até à borda 320. A porção de flange 232 e a parte da barra 234 podem ser uma peça única ou podem ser porções separadas do pistão 204 acopladas umas nas outras de qualquer maneira adequada. Como no caso do pistão 204 acima(figura 2A), o 12/17 pistão 304 pode ter qualquer diâmetro adequado. O elemento elástico 306, que pode ser qualquer elemento elástico adequado, como por exemplo uma mola, funciona da mesma maneira que o elemento elástico 208 na figura 2A. O elemento elástico 306 está disposto no exterior do pistão 304.

Uma câmara de equalização 326 recebe o fluido da região a jusante 314 via uma ou mais aberturas de equalização 328 como o mostrado. À volta do perímetro da flange 324 há um anel de pistão 330 para impedir que o fluido se filtre desde a câmara de equalização 326 até à região intermédia 312. Do mesmo modo, a válvula de controlo 100b inclui também uma vedação 332 à volta de uma extremidade a montante do pistão 304 para impedir que a fuga do fluido na câmara de equalização 326 a partir da região a montante 310. 0 elemento de ajuste 308 funciona para controlar a velocidade de fluxo do fluido que sai do orifício de controlo 110b com a mudança do elemento de ajuste 308 dentro ou longe do orifício de controlo 110b. A operação de controlo 100b é idêntica à da válvula de controlo 110a. Deste modo, um fluido entra na região a montante 310 e desloca-se através do orifício de estrangulamento 108b na região intermédia 312 antes de sair do orifício de controlo 110b na região a jusante 314, como o indicado pelas setas. Assim que a pressão Pl, na região a montante 310 atinge certo nível, então P2 aumenta também. Seguidamente o pistão 304 começa a deslocar-se para a região a montante 310. Este age para estreitar o orifício de estrangulamento 108b e reduzir a velocidade de fluxo do fluido. Isto está melhor ilustrado na figura 3B. A figura 3B mostra o pistão 304 deslocado para a região a montante 310 para estreitar o fluxo de fluido através do orifício de estrangulamento 108b. O elemento elástico 306 é mostrado numa posição comprimida. Logo que Pl começa a diminuir, 13/17 o pistão 304 desloca-se para cima e age para abrir o orificio de estrangulamento 108b de forma a que a velocidade de fluxo do fluido possa aumentar para manter a velocidade de fluxo do fluido através da válvula de controlo 100b.

Como o acima mencionado, uma vantagem técnica da presente invenção é que esta resolve os efeitos perniciosos de flexão. Isto está ilustrado por um gráfico 400 mostrado na figura 4. O gráfico 400 representa uma velocidade de fluxo 402 versus um diferencial de pressão 404 através da válvula de controlo 100. A linha ponteada indicada pelo número de referência 406 mostra o fenómeno conhecido como flexão que se dá nos sistemas anteriores. Como o ilustrado, à medida que o diferencial de pressão através da válvula de controlo aumenta a velocidade de fluxo diminui. Isto provê uma válvula de controlo muito instável e pode produzir impulsos na válvula de controlo. Um gráfico de velocidade de fluxo versus o diferencial de pressão de acordo com uma forma de realizar a presente invenção está indicada pela linha tracejada 408 . À medida que o diferencial de pressão 404 aumenta, a velocidade de fluxo aumenta. Isto provê uma válvula de controlo muito mais estável 100. Uma situação ideal está indicada com a curva 410. Esta ilustra que quando o diferencial de pressão aumenta 404, a velocidade de fluxo 402 é mantida a um nível muito estável. É desejável obter uma curva 410 que seja o mais "ideal" possível. É por este motivo, que na presente invenção são usadas as forças de Bernoulli criadas pelo fluxo de fluido para neutralizar o diferencial de pressão através do orifício de estrangulamento 108. Uma vantagem importante de uma forma de realizar a presente invenção é que se as forças induzidas pela velocidade (isto é, as forças de Bernoulli) e a pressão de fluido na região a montante são iguais numa posição dada para um fluxo, elas mantêm-se iguais nesta posição para uma ampla variedade de fluxos. A figura 5A é uma vista de elevação de um elemento de estrangulamento 500 de acordo com uma forma de realizar a 14/17 presente invenção. 0 elemento de estrangulamento 500 é um exemplo de um que pode ser utilizado como elemento de estrangulamento 202 na válvula de controlo 100a ou elemento de estrangulamento 302 na válvula de controlo 100b. 0 elemento de estrangulamento 500 inclui uma primeira extremidade 502 e uma segunda extremidade 504. A primeira extremidade 502 é a extremidade do elemento de estrangulamento 500 que está acoplado a um alojamento da válvula de controlo 100. Como o acima descrito, o elemento de estrangulamento 500 pode estar acoplado a um alojamento de qualquer maneira adequada. A segunda extremidade 504 tem uma cavidade 506 nela formada, e uma borda 508. Uma superfície inclinada 510 da cavidade 506 e uma borda 508 definem o orificio de estrangulamento 108 da válvula de controlo 100.

Como está ilustrado nas figuras 5A e 5B, a borda 508 inclui três orifícios 512. Os orifícios 512 podem ter qualquer forma adequada; no entanto, a forma dos orifícios 512 é preferencialmente determinada pela experimentação de tal forma que a velocidade de fluxo do fluido através da válvula de controlo 100 seja mantida o mais próxima possivel da velocidade de fluxo desejada. A superfície inclinada 510 é também escolhida para maximizar a eficiência da válvula de controlo 100 quando se tenta manter a velocidade de fluxo do fluido. Numa forma de realizar a invenção, a superfície inclinada 510 está inclinada num ângulo de aproximadamente seis graus; no entanto, outros ângulos adequados podem ser utilizados. A borda 508 com orifícios 512 funciona para tratar uma velocidade de fluxo relativamente alta, enquanto que a superfície inclinada 510 funciona para tratar niveis de fluxo relativamente baixos. De novo, a combinação da borda 508 com a superfície inclinada 510 é preferencialmente determinada pela experimentação da melhor forma para obter a velocidade de fluxo mais constante à medida que o diferencial de pressão através da válvula de controlo 100 aumenta. Por outras palavras, a combinação da borda 508 com a 15/17 superfície inclinada 510 é determinada para obter a curva 410 (figura 4) . Outras formas diferentes dos orifícios 512 podem ser utilizadas na borda 508.

Numa forma particular de realizar a presente invenção, uma configuração de aberturas 512 que funciona adequadamente para equilibrar as forças do fluido que está a fluir segue a seguinte equação: r 0.0004318J 1.0055<?-OO2S*-l onde d é o diâmetro do pistão, W é a largura de cada uma das três aberturas 512, e x é a distância desde a borda do pistão até à sua posição completamente fechada (isto é, a posição da borda do pistão se está em contacto com a superfície inclinada da cavidade do elemento de estrangulamento). O máximo de x é aproximadamente 0.28 d, estando a superfície de estrangulamento truncada no ponto onde a largura das três aberturas 512 é igual a aproximadamente um terço do perímetro. Como o acima descrito, um tamanho preferido para d segue a relação: d = 4* <2 >^-ir π*5 ft sec

Ainda que tenham sido descritas detalhadamente formas exemplares de realizar a invenção e as suas vantagens, um técnico especializado pode realizar várias alterações, adições, e/ou omissões sem sair do espírito e âmbito da presente invenção como o definido nas reivindicações anexas.

Lisboa, 31 de Agosto de 2010 16/17

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Válvula de controlo para a regulaçao de um fluido (100a; 100b), compreendendo: - um alojamento (200, 300) tendo uma região a montante (102) e uma região a jusante (104) e um orifício de controlo (110, 110a; 110b) nele formado adjacente à região a jusante; - um pistão (204) disposto de forma deslizante no interior do alojamento, tendo o pistão uma passagem para o fluido, através do qual passa o fluxo controlado, definindo uma região intermédia disposta entre a região a montante e a região a jusante; - uma porção de flange (232) com um lado superior (248) e um lado inferior (250) e uma porção de barra (234) com uma borda (231, 320) adjacente à região a montante; um elemento elástico (208, 306) disposto no interior do alojamento para uma deslocação oposta do pistão no interior do alojamento; - um elemento de estrangulamento (202, 302) adjacente à região a montante, tendo o elemento de estrangulamento uma superfície de estrangulamento (224, 318) adjacente à borda do pistão, definindo a superfície de estrangulamento (224, 318) e a borda (321, 320) um orifício de estrangulamento entre estes; e - uma abertura de equalização (242, 328) formada no alojamento para permitir que um fluido na região a jusante entre numa câmara de equalização (246, 326) definida por uma região entre uma superfície interna do alojamento e uma superfície externa do pistão, de forma a que o diferencial de pressão através da porção de flange (232) seja igual ao diferencial de pressão através do orifício de controlo (110, 110a, 110b). 1/4
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento elástico (208) estar montado no interior do alojamento para uma deslocação oposta do pistão (204).
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma abertura de equalização (242) formada no alojamento, numa parede lateral (244) do tampão (206), permitir que um fluido na região a jusante entre numa câmara de equalização (246) definida por uma região entre uma superfície interna do alojamento ou da parede lateral (244) e uma superfície externa de um pistão (204), e de que exista assim a pressão P3 no pistão (204).
4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a válvula de controlo para a regulação de fluxo compreender uma vedação (256) disposta entre o alojamento e um perímetro do pistão (204) para impedir uma fuga do fluido a partir da região intermédia (252) para a câmara de equalização (246) e impedir assim que o nível de pressão P2 entre na câmara de equalização.
5. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a válvula de controlo de regulação (100) preferencialmente compreender um anel de pistão quadrado (258) disposto entre um perímetro do pistão (204) e uma superfície interna do alojamento ou do tampão (206) para reduzir uma fuga do fluido entre estes e o anel de pistão ser preferencialmente de fluorocarbono e impedir assim que o nível de pressão P2 entre na câmara de equalização.
6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a válvula de controlo de regulação, a borda (226) do pistão (204) serem quadradas.
7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a válvula de controlo de regulação (100) e o pistão (204) compreenderem uma porção de flange (232) e a porção de barra 2/4 (234) onde a porção de flange tem um primeiro lado exposto à região intermédia (252) e um segundo lado exposto à câmara de egualização (246) e um perímetro em contacto de forma deslizante com uma superfície interna do alojamento ou do tampão (206).
8. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento de estrangulamento (202) estar adjacente à região a montante, compreendendo o elemento de estrangulamento a superfície de estrangulamento (224) adjacente a uma borda (231) do pistão (204) onde a superfície de estrangulamento e a borda definem um orifício de estrangulamento entre elas.
9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento de estrangulamento (202) ter uma cavidade formada numa sua extremidade, tendo a cavidade uma superfície inclinada (228) ou parede lateral, e onde a superfície de estrangulamento está definida por uma borda (508) do elemento de estrangulamento e da parede lateral.
10. Aparelho de acordo com as reivindicações 1 e 9, caracterizado por o elemento de estrangulamento (202) ter preferencialmente três orifícios (512) e onde os orifícios estão configurados para seguir a seguinte equação: 0.0004318J W 1.0055e 0025jc-1 onde dê o diâmetro do pistão, W é a largura de cada um dos três orifícios e x é uma distância desde a borda do pistão até uma posição completamente fechada definida por uma posição do pistão na que a borda do pistão toca a parede lateral inclinada da cavidade do elemento de estrangulamento.
11. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a válvula de controlo de regulação (100) compreender o elemento 3/4 selectivamente de ajuste (212) acoplado ao alojamento para estreitar o orifício de controlo. Lisboa, 31 de Agosto de 2010 4/4