ES2566370T3 - Válvulas de control y equilibrado independientes de la presión - Google Patents

Abstract

Un dispositivo que tiene una válvula de control y equilibrado independiente de la presión, adecuada para uso en un sistema hidrónico, en que el dispositivo comprende un asiento, un tapón (19) que tiene una superficie corriente arriba y una superficie corriente abajo, caracterizado porque el dispositivo comprende un pistón (6), en que el asiento, el tapón (19) y el pistón (6) están alineados coaxialmente, un medio de ajuste determina el tamaño de una primera restricción de flujo (36) entre la superficie corriente arriba del tapón (19) y el asiento, el pistón (6) es accionable para que se mueva en respuesta a una presión diferencial a través de la primera restricción (36) y una fuerza predeterminada, en que la posición del pistón (6) con relación a la superficie corriente abajo del tapón (19) determina el tamaño de una segunda restricción de flujo (35), manteniendo con ello durante el uso una presión diferencial sustancialmente constante a través de la primera restricción (36).

Description

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DESCRIPCION

Valvulas de control y equilibrado independientes de la presion

La presente invencion se refiere a un dispositivo que tiene una valvula de control y equilibrado independiente de la presion. Las valvulas de control y equilibrado se usan habitualmente en sistemas hidronicos para monitorizar y ajustar caudales de fluido y asegurar un flujo relativamente constante de fluido. El documento WO 2010 103408 a2 da a conocer una valvula de este tipo.

Antecedentes de la invencion

En redes de fluido, es habitual distribuir fluido desde una fuente a uno o mas puntos de consumo (cargas). Con el fin de proporcionar la cantidad correcta de fluido bajo demandas variables, estan previstas habitualmente una o mas valvulas de control. Estas valvulas de control responden a una senal de control para crear restricciones variables en el sistema proporcionando una cantidad apropiada de fluido a cada carga. Por ejemplo, una senal de control podna ser suministrada por un termostato, y una valvula de control podna responder cambiando el flujo de fluido de calefaccion o refrigeracion a traves de un intercambiador de calor. Si la valvula de control se escoge con una abertura maxima que es mayor que la maxima necesaria para la aplicacion, entonces debe ser controlada para cerrar en exceso en todas las ocasiones. Este cierre en exceso resulta en un control inestable, ya que la valvula de control cambia de un estado abierto a un estado cerrado repetidamente en vez de mantenerse en la posicion apropiada. Inversamente, si la valvula se escoge con una abertura maxima demasiado pequena, se requiere una energfa de bombeo excesiva para afrontar cafdas de presion innecesarias que surgen en el sistema. Este problema es agravado por el hecho de que las valvulas de control estan disponibles normalmente solo en pasos fijos, forzando al usuario a seleccionar uno u otro tipo de error.

Los sistemas conocidos tienen generalmente diferentes cantidades de sobrepresion en diferentes terminales. Una valvula de control ordinaria no proporciona medios para leer el caudal del fluido, ni para ajustar manualmente su abertura maxima, lo que provocara que una valvula de control ordinaria controle incorrectamente el flujo de fluido. Aunque la cantidad de sobrepresion puede calcularse en teona, en la practica los calculos a menudo no se hacen debido a su complejidad, o son imprecisos debido a variaciones de construccion. Este problema es abordado a menudo instalando valvulas de equilibrado, que proporcionan una restriccion ajustable calibrada y un medio para medir el caudal. Un contractor de equilibrado se emplea luego para ajustar estas valvulas de equilibrado a traves de todo el sistema de modo que para condiciones de flujo maximo todos los terminales reciban el flujo correcto de fluido sin exceso. Ademas, en algunos sistemas la presion en cada terminal puede cambiar al provocar la cantidad de carga en el sistema que la resistencia del sistema cambie y al ser alterada la potencia de bombeo para corresponder a las cargas cambiantes. El resultado es que bajo diferentes condiciones de carga, el sistema usa mas energfa de la necesaria, o algunos terminales no obtienen la cantidad de fluido que necesitan, o la operacion de algunos terminales es inestable. Para corregir esto, se incorporan en ocasiones controladores de presion bien como componentes separados o integrados con una valvula de control.

Las valvulas conocidas sufren del problema de que la restriccion creada por la valvula de equilibrado no es tomada en cuenta por la valvula de control, de modo que una parte de la carrera de la valvula de control es desaprovechada.

Algunos dispositivos previos combinan la funcion de una valvula de control y una valvula de equilibrado en una unica unidad, proporcionando un rendimiento mejorado de la unidad combinada. Con la funcion de control y el equilibrado realizados por un unico dispositivo, es posible proporcionar un rendimiento de control mejorado adaptado a las condiciones exactas experimentadas en un terminal dado.

Algunos dispositivos previos combinan una valvula de control en el mismo alojamiento con un compensador de presion para obtener una valvula de control independiente de la presion. Estos dispositivos pueden incluir en algunos casos un ajuste para su flujo maximo. El documento WO 2010/103408 A2 ilustra un ejemplo de este tipo de dispositivo.

Un problema sufrido por algunos dispositivos de la tecnica anterior es que son voluminosos, especialmente en tamanos grandes.

Un problema adicional que sufren los dispositivos de la tecnica anterior es que no tienen la relacion correcta entre su posicion de vastago y la transferencia de calor del dispositivo conectado, particularmente cuando son ajustados a un flujo maximo particular.

La presente invencion busca proporcionar un dispositivo que aborde uno o mas de los problemas presentados por disposiciones de la tecnica anterior.

Sumario de la invencion

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El presente dispositivo utiliza un diseno axial en el que un tapon de valvula de control se extiende desde un cuerpo embebido en el flujo de fluido a traves del dispositivo, y un piston regulador cierra contra el extremo opuesto del mismo cuerpo embebido. Notablemente, esto produce un dispositivo compacto con ventajas tecnicas adicionales que se detallaran posteriormente.

De este modo, en un primer aspecto, la invencion proporciona un dispositivo que tiene una valvula de control y equilibrado independiente de la presion, adecuada para uso en un sistema hidronico, en que el dispositivo comprende un asiento, un tapon que tiene una superficie corriente arriba y una superficie corriente abajo, y un piston, en que el asiento, el tapon y el piston estan alineados coaxialmente, un medio de ajuste determina el tamano de una primera restriccion de flujo entre la superficie corriente arriba del tapon y el asiento, el piston es accionable para que se mueva en respuesta a una presion diferencial a traves de la primera restriccion y una fuerza predeterminada, en que la posicion del piston con relacion a la superficie corriente abajo del tapon determina el tamano de una segunda restriccion de flujo manteniendo con ello durante el uso una presion diferencial sustancialmente constante a traves de la primera restriccion.

Preferiblemente, el tapon es generalmente cilmdrico y es capaz de moverse axialmente con relacion al asiento. El control del caudal de fluido es conseguido variando la distancia entre el tapon y el asiento.

Preferiblemente, la superficie corriente abajo del tapon es generalmente conica y se extiende hacia dentro de un tubo definido por el piston.

Preferiblemente, el piston es en general tubular y tiene una parte telescopica que abarca al menos parcialmente la superficie corriente abajo del tapon. Preferiblemente, el piston es capaz de establecer contacto anular con el tapon en una posicion distal respecto al eje longitudinal central del tapon.

Preferiblemente, el fluido es capaz de fluir a traves del dispositivo y el tapon esta situado dentro de la trayectoria de flujo del fluido, estando dispuesto el tapon con su eje longitudinal paralelo a la direccion de flujo. Preferiblemente, la trayectoria de flujo de fluido se extiende radialmente hacia fuera entre el tapon y el asiento, y se extiende radialmente hacia dentro entre la superficie corriente abajo del tapon y la parte telescopica tubular del piston.

Preferiblemente, el piston tiene una brida con un lado de presion baja y un lado de presion alta, estando sujeto el lado de presion baja de la brida durante el uso a la presion de fluido corriente abajo de la primera restriccion (P2), produciendo con ello una fuerza que empuja al piston a incrementar el tamano de la segunda restriccion, estando sujeto el lado de presion alta de la brida durante el uso a la presion de flujo corriente arriba de la primera restriccion (P1), produciendo con ello una fuerza que empuja al piston a reducir el tamano de la segunda restriccion, y empujando un resorte al piston a incrementar el tamano de la segunda restriccion.

Preferiblemente, la parte tubular del piston tiene una transicion de diametro tanto en el interior como en el exterior, de modo que el area radial del piston que esta sujeta a P2 es igual al area radial del piston que esta sujeta a P1. Ademas, preferiblemente durante el uso el area radial del piston sujeta a la presion de fluido corriente abajo de la segunda restriccion (P3) es igual para el lado que empujana al piston hacia una posicion abierta en el interior que para aquel que empujana al piston hacia una posicion cerrada. Esto proporciona la ventaja de que un dispositivo de la invencion es menos sensible a cambios en la presion de fluido que pueden aparecer entre la presion de fluido en el fluido tras la segunda restriccion en comparacion con la presion de fluido en el fluido antes de la primera restriccion. Esto permite a su vez que funcione el regulador a pesar de un rango amplio de diferenciales de presion del sistema. En otras palabras, de acuerdo con la invencion, el piston opera axialmente a traves de un rango amplio de presiones de fluido impuestas del sistema.

Se apreciara que una de las funciones mas importantes de un regulador es proporcionar el mismo caudal bajo un rango amplio de condiciones de presion impuestas. Sin embargo, un fallo comun de reguladores conocidos es que sufren de desvfo. El desvfo es un fenomeno que se produce al incrementar la presion diferencial del sistema entre P1 y P3 que provoca que disminuya la presion diferencial controlada entre P1 y P2. Esto a su vez provoca que el caudal de fluido se reduzca con incrementos en P1 menos P3. Una condicion asf crea inestabilidad dado que disminuir el caudal provoca un incremento en el diferencial de presion pero solo temporalmente durante la deceleracion del fluido. Algunos dispositivos intentan abordar el desvfo con una disposicion tal que cierran contra P1 en vez de contra P3. Sin embargo, aunque esto evita los efectos relativamente peligrosos del desvfo, sigue provocando que el regulador cambie el flujo con cambios en el diferencial entre P1 y P3. Ventajosamente, un dispositivo de acuerdo con la invencion no queda afectado en absoluto por cambios en el diferencial entre P1 y P3.

En una realizacion, el piston y la superficie corriente abajo del tapon comprenden una seccion de regulacion que esta situada corriente abajo de una seccion de control compuesta por la superficie corriente arriba del tapon y el asiento. El piston se mueve corriente arriba para cerrar la trayectoria de fluido en la seccion de regulacion, donde cierra contra un mecanismo de control formado por la superficie corriente abajo del tapon, y es accionado por la

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diferencia de presion en el fluido que fluye a traves del dispositivo creada por la restriccion de control formada por un hueco entre la superficie corriente arriba del tapon y el asiento. El piston comprende una parte tubular y el movimiento del piston crea una restriccion de regulacion en la trayectoria de fluido corriente abajo de una restriccion de control en la trayectoria de fluido creada por el movimiento del tapon.

En una realizacion, el piston comprende una parte tubular que tiene una seccion de diametro exterior reducido adyacentemente al extremo corriente arriba del piston. Adicionalmente, adyacentemente a la seccion que tiene un diametro exterior reducido y corriente abajo de ella, la parte tubular del piston tiene una seccion de diametro interior reducido. El diametro exterior reducido es sustancialmente igual al diametro interior reducido.

Ventajosamente, de acuerdo con la invencion, el tapon, junto con su superficie corriente abajo formada por su alojamiento de mecanismo asociado, forma sustancialmente la unica obstruccion en la trayectoria de fluido. La realizacion preferida incluye una valvula de tipo Larner Johnson. En otras palabras, el tapon de control se mueve telescopicamente desde un cuerpo formado por el alojamiento de mecanismo que esta embebido en el flujo del fluido. En el caso de esta valvula, la seccion de presion diferencial que comprende el piston ha sido organizada de tal modo que el piston cierra la trayectoria de fluido contra aquel mismo cuerpo desde el cual el tapon de control se mueve telescopicamente, pero por su otro extremo. Esto tiene las ventajas de simplificar la construccion, reducir cafdas de presion de fluido durante el uso, y reduce el tamano global del dispositivo.

Ademas, de acuerdo con la invencion, al menos un cierre estanco que sena necesario en dispositivos de la tecnica anterior es ahora innecesario. En vez de ello, la invencion requiere meramente una escobilla o gma. Esto tambien significa que podna usarse un elemento de ajuste por avances sucesivos para compensar P3, debido a que la misma presion de fluido que esta presente en la superficie del piston esta tambien presente en el elemento de ajuste por avances sucesivos.

Un problema que puede producirse con valvulas que tienen el diseno axial de la invencion es que pueden generarse vortices relativamente grandes corriente abajo en el fluido que fluye a traves de los dispositivos. Estos vortices son denominados a menudo “estela” que existe corriente abajo del mecanismo de control y la restriccion de regulacion. Los vortices pueden dar lugar a cavitacion en el fluido y esto puede provocar vibracion. La vibracion puede afectar negativamente al rendimiento del dispositivo.

Habitualmente, cuando se construyen redes de tubenas, hay residuos en las tubenas. Con el fin de eliminar estos residuos, deben ser movidos a un tamiz. Esto se hace mediante un proceso denominado lavado por descarga, en el cual la velocidad en el sistema de tubenas es incrementada posiblemente hasta cuatro veces su valor normal. El lavado por descarga puede ser llevado a cabo tambien despues de varios anos de operacion para eliminar residuos creados por corrosion o procesos similares. Si la funcion de regulacion esta operativa durante el lavado por descarga, entonces el fluido en el circuito no fluira mas que su flujo de diseno ordinario. Esta caractenstica proporciona la ventaja de permitir que el dispositivo sea lavado por descarga a altas velocidades de fluido sin que interfiera la funcion de regulacion.

Se sabe que algunos dispositivos previos tienen la capacidad de desactivar el regulador de presion empleando un paso restringido a P1 y abriendo un paso a P2. Por el contrario, de acuerdo con la invencion, preferiblemente se cierra un paso a P1 y simultaneamente se abre un paso a P2. Abrir un paso desde el lado de conduccion del piston a P2 cuando el paso a P1 esta cerrado asegura ademas que el piston sera conducido a su posicion plenamente abierta por el resorte. Mediante el cierre del paso a P1, se evita el flujo de fluido a traves del canal durante el lavado por descarga. Esto es ventajoso porque durante el lavado por descarga, el fluido en el conducto probablemente esta mas contaminado de lo normal, dado que el proposito del lavado por descarga es precisamente arrastrar sedimento desde las tubenas a la corriente del flujo.

En realizaciones preferidas, el tapon y el asiento estan rodeados por una camara, estan previstos un medio de ajuste para ajustar la separacion del tapon y el asiento, y un medio de monitorizacion para monitorizar el caudal de fluido a traves de la separacion, en que el medio de ajuste comprende un medio de transformacion de movimiento accionable por un actuador para restringir el movimiento del tapon de valvula, para proporcionar mediante ello un cambio favorable en la conductancia de la valvula para un cambio dado en la posicion del actuador, y en que el actuador es calibrado en incrementos que corresponden a cambios incrementales en la conductancia, y un piston que tiene una parte tubular que coopera con el extremo opuesto del tapon para formar una segunda restriccion, en que dicha segunda restriccion responde a una presion diferencial a traves de la primera restriccion y es accionable para mantener un valor constante aproximadamente para la presion diferencial a traves de la primera restriccion. Ventajosamente, el medio de ajuste es utilizado para establecer el caudal deseado y el equilibrado de circuitos es conseguido mediante el regulador de presion diferencial asf como adaptando el medio de ajuste.

En realizaciones preferidas, un medio de calibracion emerge convenientemente de la camara en forma de una cremallera que tiene una escala lineal presentada a lo largo de su longitud, y el movimiento lineal de la cremallera es

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transferido a uno o a ambos de entre el asiento y el tapon de la valvula para ajustar con ello la separacion del asiento y el tapon en una cantidad que corresponde a la distancia recorrida por la cremallera segun la escala lineal.

En una opcion, la cremallera esta rodeada por un manguito roscado accionable para limitar su recorrido, que se acopla a una rosca complementaria fija con respecto a la camara, y el movimiento lineal se lleva a cabo rotando el manguito. Opcionalmente, se podna evitar que el manguito rote, y podna ser acoplado contra una tuerca que esta fija en cuanto a traslacion con respecto al alojamiento. En cualquier opcion, puede estar prevista una escala en torno a la circunferencia del elemento rotatorio, bien sea adicionalmente a la escala lineal anteriormente mencionada (por ejemplo para permitir un ajuste fino) o como la unica escala.

De forma deseable, el tapon y el asiento estan organizados en alineamiento axial con la direccion prevista de flujo de fluido en el sistema. En una geometna axial, el fluido fluye hacia dentro y hacia fuera de la valvula a lo largo de un unico eje, y el tapon se mueve a lo largo del mismo eje. El piston que es accionable para regulacion tambien se mueve a lo largo del mismo eje. El fluido fluye radialmente hacia fuera a traves de la restriccion entre el tapon y el asiento, y luego radialmente hacia dentro entre el piston de regulacion y el lado trasero del tapon. Al final de la segunda restriccion, el fluido ha retornado a un paso de aproximadamente el mismo diametro que la entrada. De este modo, el eje central de la valvula esta alineado con el eje central del tapon. Esta geometna proporciona una turbulencia reducida y consecuentemente menos ruido que geometnas que requieren que el fluido cambie de direccion excesivamente. Esta geometna tambien proporciona la ventaja de que permite que la valvula sea mas compacta que con otras geometnas.

En una realizacion preferida, la cremallera calibrada se extiende hacia dentro de la camara para incluir una parte dentada, la cual engrana en un pinon que a su vez esta fijado a una placa de leva de un mecanismo de leva, cuya placa de leva rota con el pinon para realizar el movimiento de un seguidor de leva, en que el mecanismo de leva es accionable para ajustar la separacion entre el tapon y el asiento. El seguidor de leva esta convenientemente fijado a un eje, sobre el cual esta montado a su vez fijamente el asiento o el tapon. Al seguir el seguidor de leva a la grna prevista en la placa de leva, se produce el movimiento axial del eje, con lo que se ajusta la separacion entre el tapon y el asiento.

La geometna de la leva es seleccionada para traducir el movimiento constante de un actuador a un movimiento favorable del tapon, proporcionando con ello un cambio favorable en la conductancia del fluido de la valvula en respuesta a una senal de control. Por ejemplo, la leva podna estar disenada de tal modo que la abertura de valvula compensa la caractenstica de salida de un dispositivo de transferencia de calor, creando con ello una relacion mas aproximadamente lineal entre la senal de control y la transferencia de calor. Una relacion lineal asf entre la senal de control y la variable controlada deseada es denominada algunas veces ganancia constante y es ventajosa para sistemas de control. El movimiento de leva puede proporcionar tambien una ventaja mecanica a un actuador al mover el tapon cuando se acerca a su posicion cerrada, reduciendo con ello la energfa necesaria para conducir el actuador.

Preferiblemente, el tapon y el asiento estan configurados para proporcionar una conductancia de fluido que es aproximadamente proporcional al movimiento del tapon.

Opcionalmente, el movimiento axial del tapon es resistido por un resorte de precarga que podna estar dispuesto o bien para precargar la valvula a una posicion abierta o a una posicion cerrada. De forma deseable, el resorte de precarga empuja a abrirse a la valvula, lo cual ayuda a evitar oscilaciones.

Es habitual en valvulas de control que comportan un movimiento lineal del tapon que la presion del sistema empuje a la valvula a una posicion abierta como resultado del diferencial de presion entre el interior de la valvula y la posicion exterior en la que esta situado el actuador. Por lo tanto, en una mejora opcional para la invencion ya descrita, este problema es abordado proporcionando dos ejes de diametros iguales dispuestos para un movimiento axial simultaneo en direcciones opuestas entre las dos areas de presion diferente.

Como ya se ha manifestado, en algunas realizaciones pueden proporcionarse uno o mas resortes para crear una fuerza de precarga, de tal modo que la valvula este o bien siempre empujada hacia una posicion abierta o bien siempre empujada hacia una posicion cerrada. En tales casos, el equilibrado de la presion diferencial puede estar configurado adicionalmente para proporcionar una “fuerza de precarga” en la misma direccion.

Breve descripcion de los dibujos

La invencion sera descrita ahora adicionalmente con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La figura 1 muestra una comparacion entre una realizacion de la presente invencion denominada de escalones “regularmente diferentes” y un tapon suave, escalones grandes y escalones pequenos. En la comparacion, el eje x muestra el caudal de agua a traves de la valvula, mientras que el eje Y muestra XFz, el cociente de presion cntico

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para el cual comienza la cavitacion. Valores mas altos de XFz son mejores. Como puede verse claramente en el grafico, un conjunto de pequenas dorsales (“pequenos escalones”) mejoro considerablemente el rendimiento en cuanto a cavitacion en comparacion con una superficie suave. Se piensa que esto es debido a que los remolinos creados por las dorsales ayudan a mantener la capa lfmite fijada a la superficie como se describe en textos de dinamica de fluidos para pelotas de golf y casos similares. Una separacion de la capa lfmite creana remolinos mas grandes con menor presion en su centro, y de este modo mas cavitacion. Para ser efectivas, las dorsales tienen que ser colocadas formando un angulo favorable. Para una realizacion particular, se determino que este angulo era de 47 grados.

La figura 2 muestra una vista lateral de una valvula de acuerdo con la invencion en una vista recortada;

La figura 3 muestra una vista lateral de una realizacion alternativa de una valvula de acuerdo con la invencion;

La figura 4 muestra cortes transversales del mecanismo de conmutacion de presion, mostrado en la posicion que transmite P1 al lado de conduccion del piston; y en la posicion que transmite P2 al lado de conduccion del piston;

La figura 5 muestra un corte transversal del dispositivo en un plano diferente, mostrando detalles de la conexion entre el mecanismo de regulacion y el alojamiento de tapon de control.

La figura 6 muestra una vista exterior de la presente invencion con un actuador electromecanico unido.

La figura 7 muestra un detalle desde el extremo de un piston de regulacion, con el piston en una posicion parcialmente extendida de modo que es visible el “elemento de ajuste por avances sucesivos” utilizado para mitigar el efecto de P3.

La figura 8 es un corte transversal del dispositivo realizado en un plano que expone la comunicacion de presion entre la camara de resortes 33 y P2, estando parcialmente cerrados tanto el piston de regulacion como el tapon de control. Esto permite una visibilidad clara cuando se toma con las otras figuras de la construccion del piston y el flujo de fluido vital para regulacion.

La figura 9 es como la figura 8, pero en una posicion mas cerrada tanto para el piston como para el tapon.

La figura 10 muestra un detalle de una inspeccion exitosa del extremo del tapon de control, junto con los graficos que muestran que cuando el extremo del tapon de control esta apropiadamente formado el caudal no cambia la resistencia entre el tapon de control y el asiento.

La figura 11 muestra una inspeccion del borde en el extremo del tapon cuando esta incorrectamente formado, junto con el grafico que muestra variaciones en la resistencia entre el tapon y el asiento cuando cambia el caudal.

Descripcion detallada de la invencion

Se apreciara que han sido descritos aqrn aspectos, realizaciones y caractensticas preferidas de la invencion de un modo que permite que la memoria descriptiva este escrita de un modo claro y conciso. Sin embargo, salvo que las circunstancias especifiquen claramente otra cosa, los aspectos, realizaciones y caractensticas preferidas pueden ser combinadas o separadas de diversas formas de acuerdo con la invencion. Asf, preferiblemente, la invencion proporciona un dispositivo que tiene caractensticas de una combinacion de dos o mas, tres o mas, o cuatro o mas de los aspectos aqrn descritos. En una realizacion preferida, un dispositivo de acuerdo con la invencion comprende todos los aspectos de la invencion.

En el contexto de esta memoria descriptiva, la palabra “aproximadamente” significa mas o menos 20%, mas preferiblemente mas o menos 10%, aun mas preferiblemente mas o menos 5%, de la forma mas preferida mas o menos 2%.

En el contexto de esta memoria descriptiva, la palabra “comprende” significa “incluye, entre otras cosas” y no debe considerarse que signifique “consta solo de”.

En el contexto de esta memoria descriptiva, la palabra “sustancialmente” significa preferiblemente al menos 90%, mas preferiblemente 95%, aun mas preferiblemente 98%, de la forma mas preferida 99%.

Una valvula de acuerdo con la invencion esta mostrada externamente en la figura 6. Puede verse en la figura 2 que esta valvula comprende un alojamiento principal (22) que rodea una camara en la cual esta situado un tapon (19) que se mueve telescopicamente desde un alojamiento de mecanismo de control (31) que esta unido al alojamiento principal a traves de una serie de nervios. El tapon (19) es accionable en conjuncion con el asiento (15) y la placa (21) para crear una primera restriccion (36), en que el asiento es mantenido en el sitio entre la cubierta de valvula

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(20) y la placa (21). El tamano de esta primera restriccion (36) a su vez es controlado por la posicion de la cremallera (23) y con ello puede ser ajustado o bien mediante un mecanismo limitador o bien mediante el movimiento de un actuador unido.

Puede verse en la figura 2 que el tapon (19) define una pluralidad de agujeros. Estos agujeros permiten que la presion en el fluido corriente arriba del tapon sea comunicada a una camara formada entre la superficie corriente arriba del tapon y su cubierta de mecanismo (14). El tapon (19) esta conectado al eje (3) por un calibrador (17), un tornillo (18), y una tuerca de fijacion (16), en que estos tres ultimos componentes permiten un ajuste relativo entre el eje y el piston, haciendo posible este ajuste que la abertura maxima del mecanismo de control sea muy precisa. Un piston (6) coopera con un asiento de regulacion (13) y un tapon diferencial (12) para crear una segunda restriccion

(35) . En el caso de la realizacion mostrada, el piston (6) esta constituido realmente por tres piezas diferentes unidas entre sf por una pluralidad de tornillos y cerradas de forma estanca con medios adecuados en las juntas, pero debe entenderse que el piston (6) es esencialmente un cuerpo unico. El piston (6) incluye una parte tubular que cierra contra la superficie corriente abajo del tapon en un asiento de regulacion (13) y una parte de brida que esta expuesta a dos presiones diferentes (P1 y P2).

El tapon (19) tiene una superficie corriente arriba definida por un tubo y un disco situado dentro del tubo. El extremo del tubo esta redondeado de modo que el borde que coopera con el asiento (15) para formar la restriccion de control

(36) tiene forma semi-toroidal.

El grosor del tubo es de 1,6 mm y el radio de su borde es de 0,8 mm de modo que el tubo termina con un semi-toro.

Las figuras 10 y 11 muestran los resultados de un estudio acerca de la forma del extremo del tubo. Notablemente, a partir de los resultados mostrados esta claro que un perfil semi-toroidal en el extremo del tubo es importante.

El disco esta situado aproximadamente 6 mm dentro del extremo del tubo.

El grosor del tubo corriente abajo del disco es escogido de tal modo que representa en torno a un 1/16 de toda la superficie del tapon, y la pared del tubo corriente abajo del disco esta expuesta a la presion de fluido durante el uso corriente abajo de la restriccion de control.

El disco define una pluralidad de agujeros de modo que durante el uso, esta expuesto a la misma presion por ambos lados.

Un resorte (7) empuja al piston (6) hacia una posicion abierta, en la que la segunda restriccion (35) esta maximizada, mientras que la presion de fluido por el lado de conduccion (32) del piston (6) lo empuja hacia una posicion cerrada en la que la segunda restriccion (35) esta minimizada. Un diafragma (5) y una junta toroidal (34) de camara de conduccion cierran de forma estanca la presion de fluido respecto al lado de conduccion (32) del piston (6) contra la presion en una camara de resortes (33).

Con referencia a la figura 8, puede verse en detalle el lado de conduccion (32) del piston de regulacion (6). En la figura 8, puede verse que la camara (32) esta en comunicacion por fluido con el centro del conmutador (25) de presion diferencial (DP) que se muestra en detalle en la figura 4. En la posicion mostrada en la figura 8, el conmutador DP (25) conecta el lado de conduccion del piston de regulacion (32) a un canal que se conecta a su vez a la presion de fluido (P1) corriente arriba del tapon de valvula de control (19).

Puede verse tambien en las figuras 8 y 9 que la camara de resortes (33) y consecuentemente el lado inferior del piston (6) esta en comunicacion por fluido con la presion justo antes de la segunda restriccion (35). Esta presion es sustancialmente la misma que la presion justo despues de la restriccion de control (36). Esta presion intermedia entre las restricciones primera y segunda (36 y 35), formadas entre el tapon (19) y su asiento (15), y el piston (6) y su asiento (13) respectivamente, es denominada P2 en esta memoria descriptiva. La escobilla (10) mostrada en la figura 2 ayuda a evitar que entren residuos dentro de la camara de resortes (33) cuando el piston (6) se mueve hacia delante y hacia atras.

En la figura 4 pueden observarse vistas detalladas en corte transversal del conmutador DP (25) y del cuerpo de conmutador DP (26) asf como el punto de prueba de presion DP mas alta (24) y el punto de prueba de presion DP mas baja (27). Como se ha mencionado previamente, el paso central a traves del conmutador DP (25) esta conectado al lado de conduccion (32) del piston de regulacion (6). Como puede verse en la figura 4, en la posicion del conmutador DP (25) el paso central esta conectado al mismo paso que tiene el punto de prueba de presion mas alta (24). Esta es por lo tanto la condicion activa en la cual el mecanismo regulador mantendra una presion diferencial esencialmente constante a traves de la primera restriccion (36). El cuerpo de conmutador DP (26) consta de los mismos componentes, como puede verse, que el cuerpo de conmutador DP principal (1) en otras vistas.

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La figura 5 muestra un corte transversal del dispositivo de la invencion en un plano diferente. En esta vista es facil de ver que la gma de piston (9) conecta la parte trasera del alojamiento al soporte de placa de cierre estanco de presion diferencial (11), y al tapon diferencial (12), quedando capturado el asiento de regulacion (13) entre el tapon diferencial (12) y el soporte de placa de cierre estanco diferencial (11). Una arandela anti-vibracion (2) encaja entre el soporte de placa de cierre estanco diferencial (11) y el alojamiento de mecanismo de control (31) y esta dotada de una pluralidad de agujeros que permiten que la presion de fluido sea comunicada a la parte trasera del eje de valvula principal (3).

En la figura 7 puede observarse una vista detallada y corte transversal que muestra el extremo de la parte tubular del piston (6). Este extremo del piston se acopla al asiento de regulacion (13) para proporcionar una segunda restriccion (35) en la trayectoria de flujo del fluido, tambien denominada restriccion de regulacion (35). Una superficie corriente arriba (28) del piston (6) esta definida por un escalon (28) de diametro exterior (OD). Sobre ella actua enteramente P2 y completa el area proyectada para casar con el area expuesta a P1. Puede verse que una superficie corriente abajo (30) del piston (6) definida por un bisel (30) de diametro interno (ID) esta situada corriente abajo de la restriccion de regulacion, y puede verse tambien que la extension radial de la superficie corriente abajo (30) es igual a la extension radial de la segunda superficie corriente abajo (29) definida por un escalon (29) de diametro interno (ID) que esta situado tambien corriente abajo de la misma regulacion de restriccion (35). De este modo, la presion de fluido corriente abajo de la segunda restriccion (35), tambien denominada restriccion de regulacion (35), tiene muy poca influencia sobre el movimiento del piston.

Un medio de calibracion esta previsto en la forma de un conjunto que interacciona con una cremallera (23) que pasa a traves de una camara de entrada cerrada de forma estanca que es libre de deslizarse axialmente mediante un cojinete montado en la entrada. La cremallera (23) esta adaptada para conectarse a un medio de conduccion electromecanico o a otros medios de conduccion controlados.

La cremallera (23) se extiende hacia dentro de la camara en una direccion perpendicular al movimiento del tapon y paralelamente a la cara del tapon (19) y tiene una parte dentada. La parte dentada se acopla a un engranaje de pinon que esta montado fijamente por medio de un perno a una placa de leva que incorpora una gma para un seguidor de leva. El seguidor de leva esta montado fijamente sobre el eje y el engranaje de pinon pasa a traves de una ranura en el eje de modo que no obstruye su movimiento axial. Cuando la barra se mueve axialmente, el engranaje de pinon, a traves de su acoplamiento con los dientes de la cremallera, es empujado a rotar y la placa de leva rota con el. Cuando la placa de leva rota, el seguidor de leva es empujado a moverse en la gma de leva llevando el eje con el. El movimiento del eje en cualquier direccion distinta a la axial es evitado por el alojamiento, el acoplamiento del engranaje de pinon en la ranura del eje y otros componentes. El tapon (19), portado sobre el eje, es tambien empujado a moverse axialmente ajustando con ello la separacion entre el tapon (19) y el asiento (15). La distancia sobre la cual el tapon es llevado a moverse es medida por una escala prevista sobre el area de la barra que emerge de la camara. Una distancia recorrida por la barra a lo largo de la escala corresponde a una distancia recorrida precalculada para el tapon (19). El eje es ayudado a moverse suavemente por cojinetes de cremallera que sujetan la parte de cremallera contra el pinon sin impedir su movimiento lineal.

Rodeando el eje hay un resorte. El resorte es comprimido de modo que el tapon (19) y el asiento (15) son empujados a separarse.

Una camara esta formada entre el tapon (19) y la placa de cubierta (14) que esta conectada por una serie de pasos a puntos estrategicamente situados corriente arriba del tapon (19). La presion en esta camara compensa parcialmente la diferencia de presion a traves de la valvula para reducir la fuerza de actuacion requerida para mover el tapon.

Unas placas de cojinetes frontal y trasera cierran de forma estanca alrededor del eje por extremos opuestos y separan fluido de aire en la camara. La circunferencia del eje por donde este pasa a traves de cada una de las placas de cojinetes es igual.

Con referencia a la figura 2, puede verse que el engranaje de pinon esta montado en un cojinete de barra y cojinetes de seguidor ayudan al recorrido suave del seguidor de leva. Por medio de un perno y un resorte de precarga, el posicionamiento de la placa de leva con respecto al seguidor de leva es precargado de modo que se empuja a un retorno del seguidor de leva, y consecuentemente resiste carreras hacia abajo de la barra.

La siguiente tabla resume los componentes a los que se ha hecho referencia en las figuras.

Tabla 1

Posicion

Nombre

1

Cuerpo de conmutador dp principal

Posicion

Nombre

2

Arandela anti-vibracion

3

Eje de valvula principal

4

Soporte de diafragma

5

Diafragma

6

Piston

7

Resorte

8

Camara de salida

9

Gma de piston

10

Escobilla

11

Soporte de placa de cierre estanco diferencial

12

Tapon diferencial

13

Asiento de regulacion

14

Cubierta de mecanismo

15

Placa de cierre estanco de control

16

Tuerca de fijacion

17

Calibrador

18

Tornillo

19

Tapon de control

20

Cubierta de valvula

21

Placa

22

Cuerpo de valvula principal

23

Cremallera

24

Punto de prueba de presion dp mas alta

25

Conmutador dp

26

Cuerpo de conmutador dp

27

Punto de prueba de presion dp mas baja

28

Escalon OD de tubo de piston

29

Escalon ID de tubo de piston

Posicion

Nombre

30

Bisel ID de tubo de piston

31

Alojamiento de mecanismo de control

32

Lado de conduccion de piston

33

Camara de resortes

34

Junta toroidal de camara de conduccion

35

Segunda restriccion/restriccion de regulacion

36

Primera restriccion

Claims (9)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   REIVINDICACIONES

   1. Un dispositivo que tiene una valvula de control y equilibrado independiente de la presion, adecuada para uso en un sistema hidronico, en que el dispositivo comprende un asiento, un tapon (19) que tiene una superficie corriente arriba y una superficie corriente abajo, caracterizado porque el dispositivo comprende un piston (6), en que el asiento, el tapon (19) y el piston (6) estan alineados coaxialmente, un medio de ajuste determina el tamano de una primera restriccion de flujo (36) entre la superficie corriente arriba del tapon (19) y el asiento, el piston (6) es accionable para que se mueva en respuesta a una presion diferencial a traves de la primera restriccion (36) y una fuerza predeterminada, en que la posicion del piston (6) con relacion a la superficie corriente abajo del tapon (19) determina el tamano de una segunda restriccion de flujo (35), manteniendo con ello durante el uso una presion diferencial sustancialmente constante a traves de la primera restriccion (36).
2. 2. Un dispositivo segun la reivindicacion 1, en el que el tapon (19) es generalmente cilmdrico y es capaz de moverse axialmente con relacion al asiento y en que el control del caudal de fluido es conseguido variando la distancia entre el tapon (19) y el asiento.
3. 3. Un dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la superficie corriente abajo del tapon (19) es generalmente conica y se extiende hacia dentro de un tubo definido por el piston (6).
4. 4. Un dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el piston (6) es generalmente tubular y tiene una parte telescopica que abarca al menos parcialmente la superficie corriente abajo del tapon (19).
5. 5. Un dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el piston (6) es capaz de establecer contacto anular con el tapon (19) en posicion distal respecto al eje longitudinal central del tapon (19).
6. 6. Un dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que un fluido es capaz de fluir a traves del dispositivo y el tapon (19) esta situado dentro de la trayectoria de flujo del fluido, estando dispuesto el tapon (19) con su eje longitudinal paralelo a la direccion de flujo.
7. 7. Un dispositivo segun la reivindicacion 4 o una cualquiera de las reivindicaciones 5-6 cuando son dependientes de la reivindicacion 4, en el que la trayectoria de flujo de fluido se extiende radialmente hacia fuera entre el tapon (19) y el asiento, y se extiende radialmente hacia dentro entre la superficie corriente abajo del tapon (19) y la parte tubular telescopica del piston (6).
8. 8. Un dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el piston (6) tiene una brida con un lado de presion baja y un lado de presion alta, en que el lado de presion baja de la brida esta sujeto durante el uso a una presion de fluido (P2) corriente abajo de la primera restriccion (36), produciendo con ello una fuerza que empuja al piston (6) a incrementar el tamano de la segunda restriccion (35), en que el lado de presion alta de la brida esta sujeto durante el uso a una presion de fluido (P1) corriente arriba de la primera restriccion (36), produciendo con ello una fuerza que empuja al piston (6) a reducir el tamano de la segunda restriccion (35), y empujando un resorte (7) al piston (6) a incrementar el tamano de la segunda restriccion (35).
9. 9. Un dispositivo segun la reivindicacion 4 o una cualquiera de las reivindicaciones 5-8 cuando son dependientes de la reivindicacion 4, en el que la parte tubular del piston (6) tiene una transicion de diametro tanto en el interior como en el exterior, de modo que el area radial del piston (6) que esta sujeta a P2 es igual al area radial del piston que esta sujeta a P1; y/o en el que durante el uso el area radial del piston (6) sujeta a la presion de fluido (P3) corriente abajo de la segunda restriccion (35) es igual para el lado que empujana al piston (6) hacia una posicion abierta que para aquel que empujana al piston (6) hacia una posicion cerrada.