PT2708970E - Regulador de pressão - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "REGULADOR DE PRESSÃO"

Campo Técnico A invenção refere-se ao campo dos reguladores de pressão para gases comprimidos. Em particular, refere-se a um regulador de pressão com estabilidade melhorada de pressão de saida.

Antecedentes

Os reguladores de pressão são empregues em muitas aplicações diferentes, quando uma fonte de gás comprimido é ligada a um dispositivo que utiliza o gás comprimido para fins diferentes.

Um principio comum num regulador de pressão é que a pressão de entrada é reduzida num assento do regulador por um atuador ou pistão regulador. 0 pistão regulador define uma folga no assento para atingir uma pressão de saida definida por uma força a partir de um elemento elástico de regulação. 0 pistão regulador é carregado pelas seguintes forças: a força da área pressurizada pela pressão de entrada, a força do elemento elástico de regulação, a força da área pressurizada pela pressão de saida, a força de reação do assento do regulador - no caso de o pistão estar em contato com o assento - e forças de atrito que afetam o pistão. Em cada estado regulador todas estas forças estão em equilíbrio, o que significa que, quando a força resultante da área pressurizada por alterações da pressão de entrada - por exemplo, como o gás no cilindro é consumido e a pressão de entrada muda - a força resultante da área pressurizada pela pressão de saída muda também.

Isto é ainda mais visível nos reguladores de pressão para alta capacidade de fluxo, uma vez que requerem uma grande perfuração do assento que aumenta ainda mais a força resultante da área pressurizada pela pressão de entrada. Esta caraterística descrita é normalmente referida como a irregularidade ou a estabilidade de um regulador de pressão. Para a saída de pressão a utilidade é importante para minimizar a influência das alterações da pressão de entrada, tanto quanto possível, uma vez que as alterações da pressão de saída podem afetar negativamente o desempenho dos dispositivos ligados à saída de pressão. 0 documento GB 785567 A divulga um regulador de pressão para inter-relação das pressões de meios gasosos e líquidos em condutas de alta e baixa pressão. A função do regulador de pressão que resulta do documento GB 785567 A é a de reduzir a pressão no lado de entrada por um valor equivalente à força de uma mola no lado de baixa pressão de um elemento de controlo. Para diminuir a dependência direta da baixa pressão no valor de alta pressão está equipado com um elemento deslocável, o movimento do qual baseia-se na compressão da mola que resulta do valor da alta pressão num lado oposto do pistão. 0 pistão está ligado com uma parte de fecho do elemento de controlo e o elemento de controlo é deslocado com base no movimento do pistão. Este movimento altera a compressão da mola e a força da mola e define a alteração da taxa de redução de pressão com base nesta alteração de compressão.

Resumo da Invenção

Em vista do acima exposto, é, portanto, um objeto da presente invenção providenciar um regulador de pressão melhorado que reduz a dependência da pressão de saída das alterações da pressão de entrada, a fim de conseguir uma melhor estabilidade da saída de pressão do regulador de pressão sem aumentar o tamanho do regulador de pressão. Um outro objeto da presente invenção é o de permitir o ajuste de cada regulador produzido para uma pressão de saída de referência para eliminar as tolerâncias de produção dos componentes do regulador de pressão.

De acordo com a invenção, os anteriores e novos objetos são conseguidos pelo fornecimento de um regulador de pressão de acordo com a reivindicação 1. Mais especificamente, o regulador de pressão compreende um corpo que tem uma entrada de gás para um gás que tem uma pressão de entrada, uma saída de gás para o gás que tem uma pressão de saída mais baixa do que a pressão de entrada e uma passagem que liga a saída à entrada, que compreende ainda um pistão regulador disposto no corpo para controlar a pressão de saída do gás, pelo movimento de aproximação e afastamento de um assento do regulador de pressão, e um elemento elástico de regulação disposto para influenciar o pistão regulador num sentido que se afasta do assento do regulador de pressão, contra a força do gás à pressão de saída que atua sobre o pistão regulador num sentido que se aproxima do assento do regulador de pressão, em que a passagem está ligada de modo fluido a um pistão flutuante, em que o pistão flutuante está disposto para se mover em resposta ao aumento da pressão de entrada através da compressão de um elemento elástico de estabilização, de tal modo que um aumento da força do gás sob pressão de entrada a atuar no pistão flutuante corresponde a um aumento na força do elemento elástico de estabilização a atuar no pistão flutuante, em que o elemento elástico de estabilização está ligado ao elemento elástico de regulação através de um elemento de ligação disposto de modo que a compressão do elemento elástico de estabilização resulta numa descompressão do elemento elástico de regulação. 0 fornecimento de um pistão flutuante com estas caraterísticas aumenta a estabilidade do regulador de pressão e permite uma pressão de saída mais estável uma vez que o pistão flutuante compensa as alterações na pressão de entrada, as quais de outro modo poderiam afetar a pressão de saída. A passagem pode ser ligada de modo fluido a uma câmara disposta no corpo, e o pistão flutuante que tem uma cavidade interior que forma, pelo menos, parte da câmara de tal modo que o tamanho da câmara é ajustável, e preferencialmente aumentado, por meio do pistão flutuante, em resposta a uma alteração na pressão de entrada. Isto fornece uma maneira eficiente e de fácil implementação de compensar as flutuações na pressão de entrada pelo pistão flutuante. 0 elemento de ligação pode compreender, pelo menos, um pino que se prolonga através de uma perfuração alongada no corpo, e que está numa primeira extremidade em contato com o elemento elástico de regulação e numa segunda extremidade em contato com o elemento elástico de estabilização, em particular através do pistão flutuante. Isto fornece uma maneira simples e eficiente de transferir forças e/ou movimento entre o elemento elástico de estabilização e o elemento elástico de regulação.

Convenientemente, o elemento de ligação compreende três pinos rígidos que se prolongam através das respetivas três perfurações alongadas no corpo, o que confere uma boa estabilidade à ligação. 0 elemento elástico de estabilização e o pistão flutuante podem ser dispostos num alojamento que está ligado ao corpo e que é deslocável para ajuste da compressão inicial do elemento elástico de estabilização. Isto fornece uma maneira simples e eficiente de configurar a compressão inicial do elemento elástico de estabilização e de, deste modo, permitir o ajuste de cada regulador de pressão para uma pressão de saida da referência configurada e reduzir a dependência em relação às tolerâncias de produção dos componentes. 0 alojamento pode compreender um respirador para fornecer ventilação de um espaço de folga entre o alojamento e o pistão flutuante. Desta forma é possível reduzir o risco de contaminação do regulador de pressão com água ou quaisquer impurezas a partir de uma fonte externa. 0 respirador também pode ser utilizado para detetar possíveis fugas ao longo dos vedantes no regulador de pressão. 0 alojamento pode ser ligado ao corpo por uma ligação roscada. 0 alojamento pode compreender uma guia para guiar o pistão flutuante num sentido longitudinal do alojamento, o sentido longitudinal do alojamento correspondendo a um sentido de alteração de comprimento dos elementos elásticos de estabilização e de regulação durante a compressão e descompressão. A guia pode ter a forma de uma manga fixa num sentido longitudinal do alojamento, e envolver e guiar de modo deslizante uma parte de extremidade do pistão flutuante, de tal modo que ao pistão flutuante é permitido apenas mover-se num sentido longitudinal do alojamento. Deste modo, o movimento do pistão flutuante é estabilizado e a função do regulador de pressão é ainda mais melhorada.

Quando é fornecido um respirador, a manga pode ser disposta em torno do respirador, e o pistão flutuante pode compreender orifícios de passagem para proporcionar contato de fluidos entre o espaço de folga e o respirador. Isto melhora ainda mais as possibilidades de ventilação do espaço de folga. 0 pistão regulador pode compreender um orifício de passagem adaptado para permitir a um gás fluir, à pressão de saída, passar através do pistão regulador para um espaço fechado disposto por detrás do pistão regulador, adjacente a uma extremidade do pistão regulador distai ao assento do regulador de pressão, de tal modo que o gás à pressão de saída pode atuar na extremidade distai do pistão regulador, num sentido de aproximação ao assento do regulador de pressão. 0 orifício de passagem pode compreender, pelo menos, uma abertura radial adjacente à extremidade do pistão regulador proximal ao assento do regulador de pressão, e uma perfuração axial através do pistão regulador, a perfuração estando ligada a, pelo menos, uma abertura radial. 0 elemento elástico de regulação e o elemento elástico de estabilização podem ter a forma de molas.

Breve Descrição dos Desenhos

Os objetos acima, bem como outros, as caraterísticas e as vantagens da presente invenção, serão melhor compreendidos através da seguinte descrição detalhada ilustrativa e não limitativa de formas de realização preferidas da presente invenção, com referência aos desenhos anexos, onde os mesmos números de referência serão utilizados para elementos semelhantes, em que: A Fig. 1 é uma vista explodida de um regulador de pressão. A Fig. 2 é uma vista em corte do regulador de pressão. A Fig. 3 é uma outra vista em corte do regulador de pressão.

As Figs. 4a e 4b ilustram as pressões presentes no regulador de pressão. A Fig. 5a e 5b mostram vistas em corte detalhadas de um pistão regulador.

As Figs. 6a e 6b mostram duas posições de outro regulador de pressão. A Fig. 7 mostra um detalhe de uma variante do mecanismo de estabilização do regulador de pressão.

Descrição Detalhada das Formas de Realização

As Figs. 1 à 3 mostram um regulador de pressão 1 com um corpo 2 com uma entrada 3 para gás que tem uma pressão de entrada e uma saida 5 para gás a uma pressão de saida mais baixa do que a pressão de entrada. 0 gás é, geralmente, um gás comprimido que é fornecido a partir da saida 5 a uma determinada pressão de saida para dispositivos que utilizam gás comprimido a uma certa pressão para vários fins. A entrada 3 está ligada a uma fonte de gás comprimido, tal como um cilindro de gás. Uma passagem 7 liga a entrada 3 a um assento 11 do regulador de pressão, e a um mecanismo de estabilização 4. 0 regulador de pressão está disposto para fornecer uma pressão de saida mais ou menos constante do gás na saida 5, em grande parte independentemente das alterações na pressão de entrada.

Isto é conseguido pelo regulador de pressão 1, que compreende um mecanismo de estabilização com um pistão regulador 9, o qual está disposto num assento 11 do regulador de pressão, e que controla a queda de pressão no assento 11 do regulador de pressão, ao aproximar-se ou afastar-se do assento. Um elemento elástico de regulação 13, sob a forma de uma mola de regulação 13, está montado no regulador de pressão influenciando o pistão regulador 9 num sentido que se afasta do assento 11 do regulador de pressão.

Além da força de influência da mola de regulação 13 que atua no pistão regulador 9, uma força de gás à pressão de salda também atua no pistão regulador 9 numa extremidade 15 do pistão regulador 9 distai ao assento 11 do regulador de pressão. Um orifício de passagem 17 está disposto no pistão regulador 9 para deixar o gás passar através do pistão regulador 9 para dentro do espaço fechado 19 entre a extremidade distai 15 e a parte do corpo 2 por detrás da extremidade distai 15. Pode notar-se que esta parte do corpo 2 pode ter a forma de um tampão removível 21. Um vedante 23 está disposto para vedar o espaço fechado 19. Este vedante é mostrado sob a forma de uma junta em 0, mas também seria possível utilizar outras opções, tais como uma membrana flexível 23a, como mostrado na vista em corte da Fig. 5b.

Como pode ser visto na Fig. 1, o pistão regulador compreende uma primeira parte alongada 9a que está ligada a, ou continua para uma parte plana 9b de diâmetro maior, que termina na extremidade distai 15. Além disso, uma força do gás à pressão de entrada atua também no pistão regulador 9 através da passagem 7. Isto é também ilustrado nas Figs. 6a e 6b, em que, na Fig. 6a o regulador de pressão é fechado para o gás que passa da entrada para a salda e na Fig. 6a a passagem está aberta. Como é mostrado nas vistas detalhadas, isto é conseguido por o pistão regulador se afastar e contatar e fechar o assento 11 do regulador de pressão.

Uma vista detalhada de uma forma de realização do pistão regulador 9 é mostrada na Fig. 5a. Como mencionado acima, o pistão regulador 9 compreende um orifício de passagem 17 com uma ou mais aberturas 53 radiais adjacentes à extremidade do pistão regulador 9 proximal ao assento 11 do regulador de pressão, uma perfuração 55 axial que se prolonga através do pistão regulador 9, e plataformas 56 que permitem que o gás alcance as aberturas radiais 53 através da folga entre as plataformas 56 e o corpo 2 de regulação. 0 orifício de passagem 17 permite que o gás à pressão de salda passe através do regulador para dentro do espaço fechado 19. Um vedante 57 do assento pode ser disposto num intervalo cego 59 na extremidade do pistão regulador 9 proximal ao assento 11 do regulador de pressão. 0 intervalo cego 59 pode ter um entalhe interior para manter o vedante 57 do assento no lugar. 0 pistão regulador 9, ou mais precisamente a mola de regulação 13, está em contato operacional com um pistão flutuante 25, o qual está disposto para se mover em resposta a um aumento ou uma diminuição na pressão de entrada na entrada 3. Dito de outro modo, a passagem 7 está ligada de modo fluido ao pistão flutuante 25, de tal maneira que, quando a pressão de entrada é aumentada, o pistão flutuante 25 move-se através da compressão de um elemento elástico de estabilização 27 sob a forma de uma mola de estabilização 27, e, assim, aumenta efetivamente o comprimento da mola de regulação 13. Ainda por outras palavras, um aumento na força do gás sob pressão de entrada a atuar sobre o pistão flutuante 25 a partir da entrada 3 por meio da passagem 7 corresponde a um aumento na força da mola 27 que atua no pistão flutuante 25 enquanto a mola 27 é comprimida. Ao conceber o regulador de pressão como aqui descrito, uma alteração teórica da pressão de saida com base na alteração da pressão de entrada é compensada com uma alteração na força da mola de regulação, que por sua vez melhora a estabilidade do regulador de pressão.

As Figuras 4a e 4b ilustram ainda como a pressão de entrada e a pressão de saida atuam nas diferentes partes do regulador de pressão. Como é mostrado, a passagem 11 está ligada de modo fluido a uma câmara 26 disposta no corpo 2, e o pistão flutuante tem uma cavidade interna 28 que forma, pelo menos, uma parte da câmara 26, de tal modo que o tamanho da câmara 26 é ajustável por meio do pistão flutuante 25, em resposta a uma alteração na pressão de entrada.

Para comparação, as Figs. 6a e 6b mostram como a pressão de entrada e a pressão de saida atuam em diferentes partes de um regulador de pressão não de acordo com as formas de realização da presente invenção. Este regulador de pressão é mostrado numa posição fechada na Fig. 6a e numa posição aberta na Fig. 6b. A ligação entre o pistão flutuante 25 e a mola de regulação 13 é conseguida por uma série de pinos rígidos 29 que se prolongam através do corpo 2 em perfurações alongadas 31. As considerações práticas provaram que três pinos são um número adequado para alcançar uma ligação estável. Poderiam ser utilizados também mais pinos, e pode ser possível também usar menos do que três. Uma anilha 30 pode ser disposta entre a mola de regulação 13 e os pinos 29 para melhorar ainda mais a estabilidade da ligação entre os pinos 29 e a mola de regulação 13.

Como é mais claramente visto na Fig. 1, o pistão flutuante 25 compreende uma parte 33 de manga que envolve parcialmente uma parte 35 interior. A parte 33 de manga pode ter uma rosca interior de modo que ela possa ser fixada por enroscamento numa rosca exterior da parte 35 interior. O pistão flutuante 25 inclui um anel de apoio 37 e um vedante 39 para a estanqueidade do gás do pistão flutuante 25. 0 pistão flutuante está disposto num alojamento 41, que pode ser ligado ao corpo 2 por uma ligação roscada. 0 comprimento axial da mola de regulação 13 é configurado pelo posicionamento do alojamento em relação ao corpo. Esta posição pode ser configurada, por exemplo, por um operador para uma posição que proporcione um tamanho adequado da mola de regulação 13 adaptado ao valor de referência da saida de pressão do regulador de pressão. Desta forma é possível permitir o ajuste de cada regulador de pressão para uma pressão de saída de referência configurada e reduzir a dependência em relação às tolerâncias de produção dos componentes. 0 alojamento 41 inclui um respirador 43 central, o qual está disposto para proporcionar a ventilação de um espaço de folga 45, o qual está presente entre o pistão flutuante 25 e o alojamento 41. 0 respirador 43 também assegura a ventilação do espaço em torno do pistão regulador 9 através da folga dos pinos 29 nas perfurações 31. 0 respirador 43 pode ser adaptado a qualquer tamanho de tampão para reduzir o risco de contaminação do espaço interno do regulador com água ou quaisquer impurezas de uma fonte externa. Além disso, o respirador 43 pode ser utilizado para deteção de fugas ao longo dos vedantes incluídos no regulador de pressão, tais como o vedante 39 no pistão flutuante, o vedante 23 disposto no pistão regulador 9 e vedantes adicionais, tais como um vedante 45 disposto na parte 9a do pistão regulador.

De acordo com uma variante do regulador de pressão, uma guia para o pistão flutuante 25 pode ser fornecida no alojamento 41 para assegurar que o pistão flutuante 25 se move apenas no sentido longitudinal do alojamento 41. Esta guia pode, por exemplo, ter a forma de uma manga 47 disposta em torno da abertura 43 e envolvendo e guiando de modo deslizante uma parte 25a de extremidade do pistão flutuante 25. 0 pistão flutuante 25a pode, então, incluir também orifícios de passagem 49 para fornecer contato fluido entre o espaço de folga em torno do pistão flutuante 25 e o respirador 43.

Claims (14)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Um regulador de pressão (1) que compreende um corpo (2) com uma entrada de gás (3) para um gás que tem uma pressão de entrada, uma saída de gás (5) para o gás que tem uma pressão de saída mais baixa do que a pressão de entrada e uma passagem (7) que liga a saída à entrada, um pistão regulador (9) disposto no corpo para controlar a pressão de saída do gás, ao aproximar-se ou afastar-se de um assento do regulador de pressão (11) , um elemento elástico de regulação (13) disposto para influenciar o pistão regulador, num sentido que se afasta do assento do regulador de pressão, contra a força de gás à pressão de saída que atua no pistão regulador num sentido ao assento do regulador de pressão, caraterizado por a passagem estar ligada de modo fluido a um pistão flutuante (25), em que o pistão flutuante está disposto para se mover em resposta ao aumento da pressão de entrada através da compressão de um elemento elástico de estabilização (27), de tal modo que um aumento na força do gás sob pressão de entrada a atuar no pistão flutuante corresponde a um aumento na força do elemento elástico de estabilização a atuar no pistão flutuante, em que o elemento elástico de estabilização está ligado ao elemento elástico de regulação através de um elemento de ligação (29) disposto de modo que a compressão do elemento elástico de estabilização resulta numa descompressão do elemento elástico de regulação.
2. 2. 0 regulador de pressão de acordo com a reivindicação 1, em que a passagem está ligada de modo fluido a uma câmara (26) disposta no corpo, o pistão flutuante que tem uma cavidade interior (28) que forma, pelo menos, parte da câmara de tal modo que o tamanho da câmara é ajustável por meio do pistão flutuante, em resposta a uma alteração na pressão de entrada.
3. 3. 0 regulador de pressão de acordo com a reivindicação 2, em que o tamanho da câmara é aumentado em resposta ao aumento da pressão de entrada.
4. 4. 0 regulador de pressão de qualquer uma das reivindicações supracitadas, em que o elemento de ligação (29) compreende, pelo menos, um pino (29) que se prolonga através de uma perfuração alongada (31) no corpo, e que está numa primeira extremidade em contato com o elemento elástico de regulação e numa segunda extremidade em contato com o elemento elástico de estabilização, em particular através do pistão flutuante.
5. 5. 0 regulador de pressão de acordo com a reivindicação 4, em que o elemento de ligação compreende três pinos rígidos (29) que se prolongam através das respetivas três perfurações alongadas (31) no corpo.
6. 6. 0 regulador de pressão de qualquer uma das reivindicações supracitadas, em que o elemento elástico de estabilização e o pistão flutuante estão dispostos num alojamento (41) que está ligado ao corpo e que é deslocável para ajuste da compressão inicial do elemento elástico de estabilização.
7. 7. 0 regulador de pressão de acordo com a reivindicação 6, em que o alojamento compreende um respirador (43) para fornecer ventilação de um espaço de folga (45) entre o alojamento e o pistão flutuante.
8. 8. 0 regulador de pressão de acordo com a reivindicação 6 ou 7, em que o alojamento está ligado ao corpo por uma ligação roscada.
9. 9. 0 regulador de pressão de qualquer uma das reivindicações 6-8, em que o alojamento compreende uma guia (47) para guiar o pistão flutuante num sentido longitudinal do alojamento, o sentido longitudinal do alojamento correspondendo a um sentido de alteração do comprimento do elemento elástico de estabilização e do elemento elástico de regulação durante a compressão e a descompressão.
10. 10. O regulador de pressão de acordo com a reivindicação 9, em que a guia tem a forma de uma manga (47) fixa num sentido longitudinal do alojamento e que envolve e guia de modo deslizante uma parte de extremidade (25a) do pistão flutuante, de tal modo que ao pistão flutuante é permitido mover-se apenas num sentido longitudinal do alojamento.
11. 11. O regulador de pressão de acordo com a reivindicação 10, quando dependente da reivindicação 7, em que a manga é disposta em torno do respirador, e em que o pistão flutuante compreende furos de passagem (49) para fornecer contato fluido entre o espaço de folga e o respirador.
12. 12. 0 regulador de pressão de qualquer uma das reivindicações supracitadas, em que o pistão regulador compreende um orifício de passagem (17) adaptado para permitir que um gás flua, à pressão de saída, passe através do pistão regulador para dentro de um espaço fechado (19) disposto por detrás do pistão regulador, adjacente a uma extremidade do pistão regulador distai ao assento do regulador de pressão, de tal modo que ao gás à pressão de saída é permitido atuar na extremidade distal do pistão regulador, num sentido do assento do regulador de pressão.
13. 13. 0 regulador de pressão de acordo com a reivindicação 12, em que o orifício de passagem compreende pelo menos uma abertura radial (53) adjacente à extremidade do pistão regulador proximal ao assento do regulador de pressão, e uma perfuração axial (55) através do pistão regulador, a perfuração estando ligada a, pelo menos, uma abertura radial.
14. 14. 0 regulador de pressão de qualquer uma das reivindicações supracitadas, em que o elemento elástico de regulação e o elemento elástico de estabilização têm a forma de molas.