ES2599636T3 - Válvula de bola con ecualización automática - Google Patents

Abstract

Una válvula de ecualización automática que comprende un cuerpo (10) de válvula que tiene al menos un canal (11) de entrada y un canal (12) de salida, teniendo al menos una válvula (20) un canal axial (21) con el eje (P) perpendicular al eje (S) de rotación de la válvula (20) y al menos un regulador (30) de presión diferencial, en la que dicho regulador (30) de presión diferencial comprende una membrana (35) de fuelle que separa el volumen interno del regulador en una primera cámara (31), conectada hidráulicamente con dicho canal (11) de entrada, y en una segunda cámara (32), conectada hidráulicamente con el canal radial (22) de la válvula (20), y en la que un obturador amovible (40) está conectado mecánicamente con dicha membrana (35) por medio de un vástago (45), en la que dicha válvula (20) tiene al menos un canal radial (22) alineado con el eje (S) de rotación de la válvula (20) y conectado con dicho canal axial (21), y en la que dicho canal radial (22) tiene un orificio (29) de salida que tiene un corte transversal circular que conecta hidráulicamente el canal axial (21) de la válvula (20) con el canal (12) de salida de la válvula de ecualización automática, caracterizada porque la válvula (20) es una válvula de bola, el canal axial (21) es un canal pasante axial, y dicho obturador (40) tiene una porción (50) que está alojada de forma deslizante en un casquillo (51) de guía integral con la carcasa (33) del regulador de presión, y en la que se proporcionan los medios (53, 54) de estanqueidad hidráulica entre la pared interna de dicho casquillo (51) de guía y la pared externa de la porción deslizable (50) de dicho obturador (40).

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Valvula de bola con ecualizacion automatica Campo tecnico de la invencion

La presente invencion versa acerca de una valvula de ecualizacion automatica, por ejemplo una valvula que pueda instalarse en sistemas de calefaccion y/o de refrigeracion que consisten en varias secciones diferenciadas, para regular correctamente la alimentacion del flujo de fluido de transferencia de calor en cada una de las secciones del sistema.

Tecnica antecedente

En general, en sistemas hidraulicos que consisten en multiples secciones, se establecen los caudales de fluido en cada seccion en la etapa de diseno pero tambien pueden variar durante la operacion. Por ejemplo, con referencia en particular a los sistemas de calefaccion y/o de refrigeracion en entornos tales como colegios, hospitales, hoteles, centros comerciales o similares, la variacion en el caudal diferente con respecto a los datos de diseno provocarfa inevitablemente diferencias en las temperaturas en los distintos entornos que, ademas de la creacion de situaciones poco saludables, tendrfan como resultado un aumento del consumo energetico. Ya se conocen en la tecnica las valvulas de ecualizacion automaticas que comprenden, en general, un cuerpo de valvula en el que se integran un regulador de presion diferencial y un regulador de caudal con un obturador de bola. El regulador de presion diferencial y el regulador de caudal estan colocados en secuencia y estan alineados axialmente entre un canal de entrada y un canal de salida.

Sin embargo, tal disposicion implica unas dimensiones generales considerables en la direccion longitudinal, especialmente en el caso en el que la valvula tenga dimensiones grandes para ser instalada en sistemas a gran escala, tales como sistemas de calefaccion y/o de refrigeracion de aeropuertos, centros comerciales o similares.

De forma alternativa, tambien se han propuesto en la tecnica anterior valvulas con obturadores axialmente amovibles en una direccion vertical en lugar de los obturadores de bola. Esto tiene como resultado un aumento de las dimensiones generales en la direccion perpendicular a los canales de entrada y de salida; teniendo en cuenta que el obturador es accionado, a menudo, por medio de un motor dispuesto por encima del cuerpo de la valvula, las dimensiones en altura aumentan considerablemente. Ademas, el accionamiento de un obturador que se mueve axialmente, con respecto al de una simple rotacion de una bola, es a menudo mas pesado para el motor, especialmente teniendo en cuenta el rozamiento generado en los componentes de la transmision para transformar el movimiento giratorio del motor en el movimiento de traslacion del obturador.

El documento WO-2004/107075 da a conocer una valvula de ecualizacion automatica que tiene un regulador del caudal y un regulador de la presion diferencial dispuestos en el mismo cuerpo. El regulador del caudal consiste en un primer dispositivo de valvula que tiene un asiento de valvula y un obturador de valvula amovible axialmente. El regulador de presion diferencial esta dispuesto por debajo del regulador del caudal y comprende una membrana de fuelle.

El documento WO-2009/006893 da a conocer una valvula de control dotada de un regulador de presion diferencial y un dispositivo de reglaje previo. El dispositivo de reglaje previo tiene un elemento externo de valvula cilfndrica con una ranura y un elemento interno giratorio de valvula de forma cilfndrica con un borde inferior de forma curvada. La rotacion del elemento interno de valvula permite cambiar la seccion del paso a traves del cual fluye el fluido.

En esas circunstancias, un objeto de la presente invencion es proponer una valvula de ecualizacion automatica que tiene dimensiones reducidas.

Otro objeto de la presente invencion es proporcionar una valvula del tipo descrito anteriormente que sea estructuralmente sencilla y facilmente operable.

Sumario de la invencion

Estos objetos se consiguen mediante la presente invencion gracias a una valvula de ecualizacion automatica segun la reivindicacion 1. Las caracterfsticas y ventajas adicionales de la presente invencion se definen en las respectivas reivindicaciones dependientes.

Una valvula de ecualizacion automatica segun la invencion comprende un cuerpo de valvula que tiene al menos un canal de entrada y un canal de salida entre los que se proporcionan un regulador de presion diferencial y un regulador de caudal. Este tiene un obturador de bola que tiene un canal pasante axial con el eje perpendicular al eje de rotacion de la bola.

La valvula de bola esta dotada, de forma ventajosa, de al menos un canal radial alineado con el eje de rotacion de la bola y conectado con el canal pasante axial. El canal radial tiene un orificio de salida que tiene un corte transversal circular para conectar hidraulicamente el canal pasante axial de la bola con el canal de salida de la valvula. Esto

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

permite colocar el regulador de presion inmediatamente por debajo del regulador del flujo, en particular, justo por debajo de la bola, haciendo, de esta manera, que el dispositivo sea particularmente compacto en el desarrollo axial. Entonces, el uso de un obturador de bola permite limitar tambien las dimensiones generales en la direccion vertical, obteniendo, de ese modo, una valvula de dimensiones reducidas. Segun una realizacion posible, el canal pasante axial de la bola tiene un orificio de corte transversal circular en un extremo del mismo, mientras que el otro extremo esta dotado de un orificio con una forma de seccion con aumento de igual porcentaje. Una valvula de bola en la que se proporciona un orificio de este tipo se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente europea n° EP1439339 en nombre del solicitante.

De forma ventajosa, la bola puede girar un arco de 180° entre una primera posicion, en la que el orificio con una forma de seccion con aumento de igual porcentaje esta orientado hacia el canal de entrada, y una segunda posicion en la que el orificio de corte transversal circular esta colocado orientado hacia el canal de entrada. Esto proporciona a la valvula distintas funciones dependiendo de la posicion en la que es girada, en particular la funcion principal de regulacion del caudal, la funcion de la valvula de cierre de detener por completo el flujo de fluido de transferencia de calor, al igual que la funcion auxiliar de flujo libre cuando es necesario “abrir” por completo la valvula para permitir el flujo de fluido al maximo caudal, por ejemplo, cuando se llena el sistema o durante cualquier tratamiento de limpieza de los conductos del propio sistema.

En la practica, se puede girar la bola desde la primera posicion un arco inferior a 90° durante una operacion normal, es decir, durante el control automatico del flujo efectuado, por ejemplo, por medio de un motor; se interrumpe el flujo de fluido a traves de la valvula cuando se gira la bola un arco igual a 90°, actuando, de esta manera, como una valvula de cierre; girando por completo la bola, el fluido de entrada encuentra directamente el orificio de corte transversal circular del canal pasante axial y sale del orificio de corte transversal circular del canal radial, por lo tanto, sin generar un obstaculo para el flujo.

El regulador de presion diferencial es del tipo de membrana, en el que una membrana de fuelle separa el volumen interno del regulador en una primera camara conectada hidraulicamente con el canal de entrada y una segunda camara conectada hidraulicamente con el canal radial de la bola.

En este tipo de regulador hay presente un obturador amovible, conectado mecanicamente con la membrana por medio de un vastago, que es movido axialmente entre al menos una posicion abierta, en la que el obturador esta colocado separado de un asiento respectivo de estanqueidad, y una posicion cerrada, en la que el obturador hace contacto con el asiento de estanqueidad. Durante el control automatico, el obturador obstruye parcialmente el flujo del fluido, es decir, sin hacer contacto nunca con el asiento de estanqueidad; se puede conseguir la detencion completa del flujo, haciendo contacto el obturador realmente con el asiento respectivo, unicamente actuando manualmente, por ejemplo enroscando un pasador que se proyecta hacia fuera del cuerpo de la valvula.

El obturador del regulador de presion diferencial tiene una porcion que esta alojada de forma deslizante en un casquillo de gufa, integral con la carcasa del regulador de presion. Para garantizar la estanqueidad hidraulica, se proporcionan medios de estanqueidad entre la pared interna del casquillo de gufa y la pared externa de la porcion deslizante del obturador.

De forma ventajosa, los medios de estanqueidad comprenden al menos una junta de material polimerico puesta en contacto con la pared externa de la porcion deslizante en el casquillo de gufa, y al menos una junta elastica del tipo de junta torica que se solapa con la junta de material polimerico. Los medios de estanqueidad hidraulica preparados de esta manera estan alojados en un surco del casquillo de gufa y permiten que se limite el rozamiento debido a cualquier resto y deposito, por ejemplo, depositos de oxido ferrico presentes normalmente en los sistemas, que puede poner en peligro el correcto deslizamiento del obturador.

El regulador de presion diferencial tiene una carcasa montada en el cuerpo de la valvula en una posicion por debajo de la bola, con el asiento de estanqueidad del obturador alineado axialmente con el eje de rotacion de la bola.

Preferentemente, la primera camara del regulador de presion esta conectada hidraulicamente con el canal de entrada por medio de un conductor externo al cuerpo de la valvula. Esto permite simplificar los procedimientos de construccion de la valvula segun la invencion, mientras que tambien se limitan las dimensiones generales del cuerpo de la valvula con respecto a algunas soluciones conocidas en las que se realiza la conexion por medio de canales formados en el mismo cuerpo de la valvula.

La conexion hidraulica de la segunda camara del regulador de presion con el canal radial de la bola se obtiene, en cambio, por medio de un conducto axial formado en el vastago del obturador y distintos conductos radiales conectados hidraulicamente con el conducto axial, que estan dispuestos a lo largo del vastago respectivamente, en correspondencia con el canal radial de la bola y con la segunda camara.

Breve descripcion de los dibujos

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Seran mas evidentes caracterfsticas y ventajas adicionales de la presente invencion a partir de la siguiente descripcion, proporcionada a modo de ilustracion y no de limitacion, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- la Figura 1 es una vista en corte longitudinal de una valvula de ecualizacion automatica segun la invencion;

- la Figura 1A es una vista ampliada de un detalle de la Figura 1;

- la Figura 2 es una vista de la valvula de la Figura 1 tomada del lado de entrada del fluido;

- la Figura 3 es una vista en seccion en perspectiva de la valvula con el obturador de bola en la posicion mostrada en la Figura 2; y

- la Figura 4 es una vista en seccion en perspectiva de la valvula con el obturador de bola girado 180 grados con respecto a la posicion mostrada en la Figura 3.

Descripcion detallada de la invencion

La Figura 1, que representa una vista en corte transversal a lo largo del plano A-A de la Figura 2, ilustra una valvula de ecualizacion automatica segun la invencion, que comprende, en particular, un cuerpo 10 de valvula que tiene al menos un canal 11 de entrada y un canal 12 de salida.

En su interior hay alojada al menos una valvula 20 de bola que tiene un canal pasante axial 21 con un eje P perpendicular al eje S de rotacion de la bola 20.

El canal pasante axial 21 de la bola 20 tiene un orificio 27 con forma de seccion con aumento de igual porcentaje en un extremo del mismo, mientras que el extremo opuesto tiene un orificio 28 que tiene un corte transversal circular. La forma del orificio 27 es mas claramente visible en la vista frontal de la Figura 2.

La valvula 20 de bola tambien tiene un canal radial 22 alineado con el eje S de rotacion de la bola y esta conectado con el canal pasante axial 21. El canal radial 22 tiene un orificio 29 de salida que tiene una seccion circular que conecta hidraulicamente el canal pasante axial de la bola con el canal de salida de la valvula.

La bola 20 esta instalada entre dos asientos, o juntas, 24 de material polimerico, por ejemplo PTFE o similar, que garantizan la estanqueidad hidraulica entre los canales 11 y 12 de entrada y de salida, y es movida por medio de un pasador 25 que se proyecta hacia arriba desde el cuerpo 10 de la valvula. La rotacion del pasador 25 y, por lo tanto, de la bola 20, puede realizarse manualmente, por ejemplo por medio de una palanca, una rueda de mano o un mando adecuado, o por medio de un motor (no mostrado).

En una posicion por debajo de la bola 20 hay presente un regulador 30 de presion diferencial que tiene una carcasa 33 montada en el cuerpo 10 de la valvula. El regulador 30 de presion diferencial comprende una membrana 35 de fuelle que separa el regulador de volumen interno en una primera camara 31 conectada hidraulicamente con el canal 11 de entrada y en una segunda camara 32 conectada hidraulicamente con el canal radial 22 de la bola 20.

Un vastago 45 conecta la membrana 35 con un obturador amovible 40, cuyo asiento 44 de estanqueidad esta alineado axialmente con el eje S de rotacion de la bola 20. Como una funcion de la diferencia de presion entre las camaras 31 y 32, se mueve automaticamente el obturador 40 en una direccion axial entre una posicion abierta, en la que el obturador 40 esta separado del asiento 44 de estanqueidad, segun se representa en la Figura 1, y una posicion cerrada, en la que el obturador 40 se aproxima al asiento 44 de estanqueidad, pero sin hacer contacto automaticamente con el mismo, es decir, siempre se deja una seccion de paso para el fluido, aunque mas limitada. La regulacion de la presion diferencia que debe mantenerse entre las camaras 31 y 32 es accionada regulando la precarga de un resorte 46 que actua sobre la membrana 35 por medio de un pasador 49 que se proyecta hacia abajo desde la carcasa 33 del regulador 30 de presion. Ademas de la regulacion de la precarga, que puede llevarse a cabo, por ejemplo, con una herramienta adecuada, el enroscamiento del pasador 49 tambien permite poner el obturador 40 en contacto con el asiento respectivo 44, proporcionando, de ese modo, una oportunidad adicional para detener el flujo a traves de la valvula.

Esto es muy util en casos en los que es necesario detener el flujo a traves de la valvula sin tener que actuar sobre el obturador 20 de bola; este es girado, en general, por medio de un motor, por lo tanto el cierre de la valvula por medio del obturador de bola conllevarfa la retirada del motor y la rotacion manual de la bola, mientras que en la valvula segun la invencion es posible escoger como obtener la detencion del flujo incluso sin retirar el motor.

En la Figura 1A se muestra un detalle ampliado destacado en el cfrculo de la Figura 1 para ilustrar con mas claridad que el obturador 40 comprende una porcion 50 que esta alojada de forma deslizante en un casquillo 51 de gufa integral con la carcasa del regulador de presion. Entre las dos superficies mutuamente deslizantes se intercalan medios de estanqueidad hidraulica que comprenden una junta de material polimerico 53 puesta en contacto con la pared externa de la porcion deslizante 50 y una junta elastica 54, por ejemplo del tipo de junta torica, que se solapa

5

10

15

20

25

30

con la junta 53 de material polimerico. Los medios 53 y 54 de estanqueidad hidraulica estan alojados en un surco 55 del casquillo 51 de gufa.

La conexion hidraulica entre el canal 11 de entrada de la valvula y la primera camara 31 del regulador de presion diferencial se obtiene por medio de un conducto 60 colocado externo al cuerpo de la valvula. En la Figura 1 tambien esta visible el orificio 61 de la conexion hidraulica entre el canal 11 de entrada y el conducto externo 60.

La conexion hidraulica entre el canal radial 22 de la bola 20 y la segunda camara 32 del regulador 30 de presion se obtiene, en cambio, por medio de un conducto axial 65 formado en el vastago 45 del obturador y conductos radiales 62, 64 conectados hidraulicamente con el conducto axial 65 respectivamente con el canal radial 22 de la bola 20 (conductos radiales 64 por encima del obturador 40), y con la segunda camara 32 (conductos radiales 62).

En las Figuras 3 y 4 se representa una valvula segun la invencion, con la bola 20 en las posiciones extremas respectivas de operacion.

En la Figura 3, la bola 20 esta colocada en la posicion inicial, en la que el fluido de transferencia de calor que entra desde el canal 11 de entrada encuentra el orificio 27 con forma de seccion con aumento de igual porcentaje, pasa a traves del canal pasante axial 21, luego a traves del canal radial 22, y sale del orificio 29 de salida del canal radial 22. Segun se gira la bola 20, se reduce progresivamente la seccion de paso del fluido de transferencia de calor a traves del orificio 27, hasta que se cancela por completo cuando se gira 90° la bola 20. En la Figura 4 se muestra la misma valvula de la Figura 3, pero con la bola 20 que ha completado una rotacion de 180°. En esta condicion, el fluido de transferencia de calor que entra en el canal 11 de entrada encuentra el orificio 28 de corte transversal circular, pasa a traves del canal pasante axial 21, luego a traves del canal radial 22 y sale del orificio 29 de salida del canal radial 22 sin encontrar secciones reducidas y, por lo tanto, sin una reduccion significativa del caudal. En esta posicion, no se lleva a cabo una reduccion del flujo, condicion que es util especialmente durante las operaciones de llenado y/o de mantenimiento de los conductos del sistema.

Se pueden realizar diversas modificaciones a las realizaciones representadas en la presente memoria sin superar el alcance de la presente invencion segun se define en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, se puede accionar la direccion de rotacion de la bola en una direccion en el sentido de las agujas del reloj o en contra del sentido de las agujas del reloj segun la disposicion del orificio 27 con forma de seccion con aumento de igual porcentaje. Ademas, los materiales pueden ser distintos de los citados expresamente en la presente memoria para algunos de los componentes de la valvula segun la invencion, siempre que tengan las mismas caracterfsticas adecuadas para las aplicaciones respectivas.

Claims (9)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   REIVINDICACIONES

   1. Una valvula de ecualizacion automatica que comprende un cuerpo (10) de valvula que tiene al menos un canal (11) de entrada y un canal (12) de salida, teniendo al menos una valvula (20) un canal axial (21) con el eje (P) perpendicular al eje (S) de rotacion de la valvula (20) y al menos un regulador (30) de presion diferencial, en la que dicho regulador (30) de presion diferencial comprende una membrana (35) de fuelle que separa el volumen interno del regulador en una primera camara (31), conectada hidraulicamente con dicho canal (11) de entrada, y en una segunda camara (32), conectada hidraulicamente con el canal radial (22) de la valvula (20), y en la que un obturador amovible (40) esta conectado mecanicamente con dicha membrana (35) por medio de un vastago (45), en la que dicha valvula (20) tiene al menos un canal radial (22) alineado con el eje (S) de rotacion de la valvula (20) y conectado con dicho canal axial (21), y en la que dicho canal radial (22) tiene un orificio (29) de salida que tiene un corte transversal circular que conecta hidraulicamente el canal axial (21) de la valvula (20) con el canal (12) de salida de la valvula de ecualizacion automatica, caracterizada porque la valvula (20) es una valvula de bola, el canal axial (21) es un canal pasante axial, y dicho obturador (40) tiene una porcion (50) que esta alojada de forma deslizante en un casquillo (51) de gufa integral con la carcasa (33) del regulador de presion, y en la que se proporcionan los medios (53, 54) de estanqueidad hidraulica entre la pared interna de dicho casquillo (51) de gufa y la pared externa de la porcion deslizable (50) de dicho obturador (40).
2. 2. La valvula de ecualizacion automatica segun la reivindicacion 1, en la que el canal pasante axial (21) de dicha valvula (20) de bola tiene un orificio (28) de corte transversal circular en un extremo del mismo y un orificio (27) con forma de seccion con aumento de igual porcentaje en el extremo opuesto.
3. 3. La valvula de ecualizacion automatica segun las reivindicaciones 1 y 2, en la que dicha valvula (20) de bola puede girar un arco de 180° entre una primera posicion, en la que el orificio (27) con forma de seccion con aumento de igual porcentaje esta orientado hacia dicho canal (11) de entrada, y una segunda posicion en la que el orificio (28) de seccion circular esta colocado orientado hacia dicho canal (11) de entrada.
4. 4. La valvula de ecualizacion automatica segun la reivindicacion 1, en la que dicho obturador (40) es amovible axialmente entre al menos una posicion abierta, en la que el obturador (40) esta colocado separado de un asiento respectivo (44) de estanqueidad, y una posicion cerrada, en la que el obturador (40) hace contacto con dicho asiento (44) de estanqueidad.
5. 5. La valvula de ecualizacion automatica segun la reivindicacion 4, en la que dicho regulador (30) de presion diferencial tiene una carcasa (33) montada en dicho cuerpo (10) de valvula en una posicion por debajo de dicha valvula (20) de bola, y en la que el asiento (44) de estanqueidad para dicho obturador (40) esta alineado axialmente con el eje (S) de rotacion de dicha valvula (20) de bola.
6. 6. La valvula de ecualizacion automatica segun la reivindicacion 1, en la que actua al menos un resorte (46) sobre dicha membrana (35) y se proporcionan medios (49) para regular la precarga de dicho resorte (46) para establecer el valor deseado de la presion diferencial entre el canal (11) de entrada y el canal radial (22) de salida de la valvula (20) de bola.
7. 7. La valvula de ecualizacion automatica segun la reivindicacion 1, en la que dichos medios (53, 54) de estanqueidad comprenden al menos una junta (53) de material polimerico puesta en contacto con la pared externa de dicha porcion deslizante (50) y al menos una junta elastica (54) del tipo de junta torica que se solapa con dicha junta (53) fabricada de material polimerico, estando alojados dichos medios (53, 54) de estanqueidad hidraulica en un surco (55) de dicho casquillo (51) de gufa.
8. 8. La valvula de ecualizacion automatica segun la reivindicacion 1, en la que la primera camara (31) del regulador (30) de presion esta conectada hidraulicamente con dicho canal (11) de entrada por medio de un conducto (60) externo al cuerpo (10) de la valvula.
9. 9. La valvula de ecualizacion automatica segun la reivindicacion 1, en la que la segunda camara (32) del regulador (30) de presion esta conectada hidraulicamente con dicho canal radial (22) de la valvula (20) de bola por medio de un conducto axial (65) formado en el vastago (45) de dicho obturador (40) y conductos radiales (62, 64) que estan conectados hidraulicamente con dicho conducto axial (65) y, respectivamente, con dicho canal radial (22) de la valvula (20) de bola y con dicha segunda camara (32).