ES2619104T3 - Válvula de alta presión - Google Patents

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ES2619104T3 ES13750262.1T ES13750262T ES2619104T3 ES 2619104 T3 ES2619104 T3 ES 2619104T3 ES 13750262 T ES13750262 T ES 13750262T ES 2619104 T3 ES2619104 T3 ES 2619104T3
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Peter NÜNNERICH
Wilfried Knauf
Peter Weber
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Abstract

Válvula de alta presión para una instalación para el tratamiento de productos a alta presión en una cámara de alta presión, en la que los productos se someten a un medio de alta presión y se tratan a una presión de hasta 10 000 bares, que presenta - un cuerpo de válvula (1) con una entrada (2) y una salida (3), - un asiento de válvula (4) entre la entrada (2) y la salida (3), - en la que el asiento de válvula (4) presenta un lado de entrada del asiento de válvula (4a) y un lado de salida del asiento de válvula (4b), y el lado de entrada del asiento de válvula (4a) forma la entrada (2), - una perforación (8) en el interior del asiento de válvula (4) por la que fluye el medio de alta presión, en la posición abierta de la válvula de alta presión, desde la entrada (2) hasta la salida (3), - un husillo de válvula (5), en el que la punta del husillo de válvula (6) forma una parte del husillo de válvula (5), y - en la que la punta del husillo de válvula (6) obtura el asiento de válvula (4) desde el lado de entrada del asiento de válvula (4a) hasta el lado de salida del asiento de válvula (4b) en el estado cerrado de la válvula de alta presión, caracterizada porque - la punta del husillo de válvula (6) presenta un extremo cónico (11) y un vástago (12), - el asiento de válvula (4) presenta una perforación descendente concéntrica (10), - en donde la perforación descendente concéntrica (10) presenta una superficie cónica (13) en dirección hacia el lado de entrada del asiento de válvula (4a), - y la perforación descendente concéntrica (10) en dirección hacia el lado de salida del asiento de válvula (4b) presenta una superficie contraria al vástago (15) con una forma cilíndrica o una forma cónica con un ángulo de hasta 6° de inclinación con respecto al eje del asiento de válvula (4), - en la que el extremo cónico (11) de la punta del husillo de válvula (6) forma una obturación contra la superficie cónica (13) de la perforación descendente (10) del asiento de válvula (4) en el estado cerrado de la válvula de alta presión y el vástago (12) de la punta del husillo de válvula (6) forma una hendidura con la superficie contraria al vástago (15) del asiento de válvula (4).

Description

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DESCRIPCION
Valvula de alta presion
La presente invencion se refiere a una valvula de alta presion que presenta un husillo de valvula (6) y un asiento de valvula asociado con este (4), que se usa en una instalacion para el tratamiento de productos a alta presion.
En el tratamiento de alta presion, los productos se someten a un medio de alta presion dentro de una camara de alta presion, con una presion de hasta 10.000 bares. El medio de alta presion sale de la camara de alta presion generalmente controlado por una o varias valvulas de alta presion y se dirige a un recipiente colector, en el que se recoge el medio de alta presion, mientras se reduce la presion en la camara de alta presion.
En algunos casos, la presion primero se reduce rapidamente a aproximadamente 500 bares, y despues la presion se reduce lentamente hasta alcanzar la presion ambiental. Esto tambien se denomina como relajamiento rapido y relajamiento suave. La reduccion de la presion se logra a traves de diferentes valvulas de presion entre la camara de alta presion y el recipiente colector.
En la relajacion rapida y la relajacion suave, los requisitos para las valvulas de presion son diferentes, debido a las diferentes presiones y gradientes de relajacion.
Reduccion de diferencias de presion muy altas en la relajacion rapida muchas veces produce una dinamica de flujo muy elevada, con toda clase de procesos de erosion por corriente, por ejemplo, cavitacion, erosion por friccion en las paredes y erosion por vapor humedo, que danan el husillo de valvula (5) y el asiento de valvula (4). Por lo tanto, se quiere hallar una solucion para este problema.
La reduccion de la presion en una camara de alta presion mediante dos valvulas se desvela en el documento WO 2006/129180 A1. A este respecto, para descargar el medio de alta presion de la camara de alta presion, se provee un conducto con dos valvulas de presion conectadas en serie. Entre las dos valvulas de presion se encuentra dispuesta una camara de presion intermedia para recibir el medio de alta presion, a fin de reducir la presion gradualmente de la primera valvula de presion a la segunda valvula de presion y prevenir la erosion en la valvula de presion. Sin embargo, una desventaja de este procedimiento es que las frecuencias de ciclos son muy largas. Ademas, la realizacion de este procedimiento con las valvulas de presion es costosa.
El documento DE10 2009 042 088 A1 describe un dispositivo y un procedimiento para el tratamiento a alta presion de alimentos envasados, en el que la relajacion de la presion en la camara de alta presion se efectua en tres fases. Para la realizacion de este procedimiento se provee una serie de diferentes valvulas de presion.
En el documento US 3010695 se describe una valvula de regulacion de alta presion, en la que la caractenstica de regulacion puede especificarse a traves de un anillo perforado, abierto al flujo, con aberturas diferentemente conformables. En funcionamiento, la regulacion se efectua mediante diferentes posiciones del husillo de valvula, en lo que el husillo de valvula expone en mayor o menor grado las superficies de abertura. No se preve un estrangulamiento de la corriente con baja produccion de erosion en el paso anular entre el anillo perforado y el husillo de valvula, y tampoco es posible con las proporciones geometricas mostradas.
El documento DE10 2009032850 A1 describe una valvula limitadora de presion, en la que la fuerza de apertura producida por el medio se incrementa repentinamente, lo que, entre otras cosas, se logra mediante un aumento abrupto de la seccion transversal de flujo efectiva detras de la superficie de obturacion del asiento de valvula. El problema de la erosion causado por la corriente altamente dinamica que allf se produce, no forma parte del contenido de la patente.
Una construccion separada de la valvula de alta presion se desvela en el documento DE 44 38 462 C1, en la que se trata de una valvula de perno-aguja con “punta suave”, que esta pensada para sistemas fluidos de hasta 1400 bares. La valvula de alta presion presenta un prensaestopas con una camara de presion auxiliar dispuesta dentro del mismo, un cuerpo con una entrada y una salida, asf como un asiento entre la entrada y la salida. En la camara de presion auxiliar se encuentra dispuesto un embolo. El vastago presenta un apoyo lateral con una punta de vastago suave y esta perforado de manera concentrica, para conectar la presion de fluido de la entrada con el lado superior del embolo, por lo que el embolo mueve el vastago y la punta de valvula suave en direccion hacia el asiento de valvula, y, por lo tanto, se pueden reducir y variar las fuerzas de ajuste. El problema de la erosion causada por corrientes altamente dinamicas no se aborda en esta patente.
Debido a las elevadas presiones totales, al igual que las diferencias de presion, en el alcance de trabajo de hasta 10.000 bares que aqrn se quiere lograr, solo se pueden usar husillos de valvula y asientos de valvula hechos de materiales altamente resistentes.
Para resolver este problema, automaticamente se intentana usar un material mas duro para el husillo de valvula y el asiento de valvula. Por una parte, esto lleva a un resultado mejorado en comparacion con el husillo de valvula y el asiento de valvula hechos de materiales mas blandos. Por otra parte, sin embargo, debido a la carga de erosion durante cada ciclo de relajacion, que es causada por el medio de alta presion durante el flujo y afecta a los husillos
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de valvula y los asientos de valvula, continua siendo inevitable un cambio frecuente de los componentes.
Una prevencion de los estados de corriente altamente dinamicos cnticos se puede lograr a traves de resistencias de flujo previas y posteriores, aunque con ello se reduce fuertemente la velocidad de relajacion. Esto, sin embargo, es indeseable en aplicaciones en las que el tiempo es cntico.
En la construccion de una valvula de alta presion, en particular el husillo de valvula y el asiento de valvula deben estar armonizados entre sf en lo referente al emparejamiento de materiales y tambien en lo referente a la forma de los componentes.
Por lo tanto, el objetivo de la presente invencion consiste en proveer una valvula de alta presion constructivamente simple para el tratamiento de productos a alta presion, con presiones de hasta 10.000 bares, por lo que se logra un numero de ciclos de desgaste mas elevado.
Este objetivo se logra a traves de una valvula de alta presion para una instalacion empleada para el tratamiento a alta presion de productos en una camara de alta presion, en la que los productos son sometidos a un medio de alta presion y tratados con una presion de hasta 10.000 bares, que presenta
un cuerpo de valvula (1) con una entrada (2) y una salida (3),
un asiento de valvula (4) entre la entrada (2) y la salida (3),
en la que el asiento de valvula (4) presenta un lado de entrada del asiento de valvula (4a) y un lado de salida del asiento de valvula (4b), y el lado de entrada del asiento de valvula (4a) forma la entrada (2),
un agujero (8) en el interior del asiento de valvula (4), por el que el medio de alta presion en la posicion abierta de la valvula de alta presion fluye de la entrada (2) a la salida (3),
un husillo de valvula (5) en el que la punta del husillo de valvula (6) forma una parte del husillo de valvula (5), y
en la que la punta del husillo de valvula (6) obtura el asiento de valvula (4) desde el lado de entrada del asiento de valvula (4a) hasta el lado de salida del asiento de valvula (4b) en el estado cerrado de la valvula de alta presion,
en la que la punta del husillo de valvula (6) presenta un extremo conico (11) y un vastago (12), el asiento de valvula (4) presenta un agujero descendente concentrico (10),
en el que el agujero descendente concentrico (10) en direccion hacia el lado de entrada del asiento de valvula (4a) presenta una superficie conica (13),
y el agujero descendente concentrico (10) en la direccion del lado de salida del asiento de valvula (4b) presenta una superficie contraria de vastago (15) con una forma cilmdrica o una forma conica con un angulo de hasta 6° de inclinacion con relacion al eje del asiento de valvula (4),
en la que el extremo conico (11) de la punta del husillo de valvula (6) forma una obturacion contra la superficie conica (13) del agujero descendente (10) del asiento de valvula (4) en el estado cerrado de la valvula de alta presion y el vastago (12) de la punta del husillo de valvula (6) forma una hendidura con la superficie contraria al vastago (15).
Para que la valvula de alta presion en estado cerrado obture perfectamente, la superficie de contacto entre el extremo conico (11) de la punta del husillo de valvula (6) y la superficie conica (13) del agujero descendente (10) del asiento de valvula (4) tienen que armonizarse de manera optima. La punta del extremo conico (11) de la punta del husillo de valvula (6) penetra dentro del agujero (8) del asiento de valvula (4).
Durante la apertura de la valvula de alta presion se debe distinguir entre diferentes estados de relajacion que se compenetran gradualmente entre sf En primer lugar, se reduce la presion en la hendidura entre la punta del husillo de valvula no (6) y la superficie conica (13) del agujero descendente (10), y despues a traves de la hendidura entre el vastago de la punta del husillo de valvula (12) y la superficie contraria al vastago (15) del agujero descendente del asiento de valvula (4). A medida que aumenta el trayecto de apertura, la relajacion de la presion ya solo se produce en creciente medida en la hendidura entre el vastago de la punta del husillo de valvula (12) y la superficie contraria al vastago (15) del agujero descendente del asiento de valvula (4). Cuando la punta del husillo de valvula (6) se encuentra completamente salida del agujero descendente (10) del asiento de valvula (4), el asiento de valvula (4) y la punta del husillo de valvula (6) ya no presentan ninguna resistencia a la corriente relevante. La reduccion de la presion ya solo se produce en el sistema de tubena de entrada y salida.
En la superficie contraria al vastago (15) del agujero descendente (10) del asiento de valvula (4) puede estar realizada como un cono con un angulo de hasta 6° de inclinacion con relacion al eje del asiento de valvula (4), para ajustar la corriente en la hendidura a los respectivos requerimientos. Debido a que el asiento de valvula (4) y la
punta del husillo de valvula (6) forman una unidad cooperante de la valvula de alta presion, el vastago (12) de la punta del husillo de valvula (6) puede estar realizado con forma cilmdrica o conica, y con un angulo de hasta 6° de inclinacion con relacion al eje de la punta del husillo de valvula (6).
Adicionalmente, se pueden disponer agujeros laterales (9) en el asiento de valvula (4) para adaptar de manera 5 optima la resistencia a la corriente de la combinacion de asiento de valvula y husillo de valvula.
La parte de cabeza del husillo de valvula (5) esta formada por la punta del husillo de valvula (6). Debido a que la parte de cabeza del husillo de valvula (5), es decir, la punta del husillo de valvula (6) se somete a un gran esfuerzo, y debido a que, por ejemplo, la punta del husillo de valvula (6) puede estar hecho de otro material que el del husillo de valvula (5), es ventajoso si el husillo de valvula (5) y la punta del husillo de valvula (6) no se fabrican conjuntamente 10 como una sola pieza. Esto se puede realizar de tal manera que la punta del husillo de valvula (6) se fabrica como componente separado sustituible, y que el husillo de valvula (5) presenta un agujero interior, en el que se aloja el vastago (12) de la punta del husillo de valvula (6).
La diferencia del angulo de inclinacion entre la superficie conica (13) y el extremo conico (11) puede ser como maximo de 4°, y de esta manera la superficie conica (13) se obtura optimamente con respecto al extremo conico (11) 15 de la punta del husillo de valvula (6).
Con miras a las grandes exigencias planteadas a la valvula de alta presion, el asiento de valvula (4) y la punta del husillo de valvula (6) generalmente se fabrican de materiales de alta resistencia, tales como aleaciones metalicas.
El cuerpo de valvula (1) y el asiento de valvula (4) forman una camara de valvula, en la que se puede proveer una proteccion de camara de valvula (14). La proteccion de camara de valvula (14) protege la superficie interior de la 20 camara de valvula contra la erosion. Si la proteccion de camara de valvula (14) se dana, la proteccion de camara de valvula (14) se puede cambiar de manera rapida y sin problemas, en lugar de tener que cambiar el cuerpo de valvula (1) completo.
La valvula de alta presion, formada por el asiento de valvula (4) y el husillo de valvula (5) puede presentar un dispositivo regulador, con el que se regula el movimiento del husillo de valvula (5).
25 Obviamente, el dispositivo regulador puede controlarse tanto manual como mecanicamente.
Las piezas de acuerdo con la presente invencion se representan a traves de los siguientes dibujos.
La Fig. 1 representa una valvula de alta presion.
La Fig. 2 representa una forma de realizacion del asiento de valvula (4).
La Fig. 3 representa una forma de realizacion de la punta del husillo de valvula (6).
30 En la Fig. 1 se muestra una valvula de alta presion, que presenta un cuerpo de valvula (1). El cuerpo de valvula (1) presenta un husillo de valvula (5) con una punta de husillo de valvula (6), un asiento de valvula asociado (4), asf como una entrada (2) y una salida (3). El asiento de valvula (4) se encuentra dispuesto entre la entrada (2) y la salida (3). A traves de la entrada (2) fluye el medio de alta presion, que sale de la camara de alta presion, a traves del agujero (8) del asiento de valvula (4). La punta del husillo de valvula (6) presenta un extremo conico (11) y un 35 vastago (12), y el husillo de valvula (5) presenta un agujero interior, en el que se aloja el vastago (12) de la punta del husillo de valvula (6). El ajuste del husillo de valvula (5) se efectua por medio de un accionamiento de valvula (7) adosado.
Para que el asiento de valvula (4) y la punta del husillo de valvula (6) obturen de manera optima en el estado cerrado de la valvula de alta presion, en la superficie conica del asiento de valvula (13) presenta una desviacion axial a de 40 aproximadamente 45° y el extremo conico (11) de la punta del husillo de valvula (6) presenta una desviacion axial de aproximadamente 43,5°. El husillo de valvula (5) junto con la punta del husillo de valvula (6) se alejan del asiento de valvula (4) por medio del accionamiento, el medio de alta presion fluye entre el asiento de valvula (4) y la punta del husillo de valvula (6) en direccion hacia la salida (3). El cuerpo de valvula (1) y el asiento de valvula (4) forman una asf llamada camara de valvula. La superficie interior de la camara de valvula puede protegerse adicionalmente 45 contra la erosion por medio de una proteccion de camara de valvula (14).
Los ensayos han demostrado que, con la valvula de alta presion arriba descrita de acuerdo con la presente invencion, en el tratamiento de productos a alta presion con hasta 10.000 bares se puede alcanzar una frecuencia de ciclos / un numero de ciclos de desgaste de mas de 5000.
La Fig. 2 es una representacion detallada del asiento de valvula (4). Por razones economicas, el asiento de valvula 50 (4) puede estar formado por varias partes que se ensamblan entre sf, en lo que el asiento de valvula (4) presenta un
lado de entrada del asiento de valvula (4a) y un lado de salida del asiento de valvula (4b), y el lado de entrada del asiento de valvula (4a) forma la entrada (2). Varios agujeros laterales (9) se encuentran dispuestos en la superficie contraria al vastago (15) del agujero descendente (10). De manera ideal, tambien se disponen agujeros laterales (9) en la transicion de la superficie conica (13) a la superficie contraria al vastago (15) del agujero descendente (10).
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La Fig. 3 muestra una opcion de realizacion posible de la punta del husillo de valvula (6), en la que el extremo conico (11) de la punta del husillo de valvula (6) presenta una menor desviacion axial con respecto a la superficie conica a ser obturada (13) del asiento de valvula (4), para que el extremo conico (11) de la punta del husillo de valvula (6) de la superficie conica (13) del asiento de valvula (4) obture de manera optima bajo condiciones de alta presion.
Lista de caracteres de referencia:
1 Cuerpo de valvula
2 Entrada
3 Salida
4 Asiento de valvula
4a Lado de entrada del asiento de valvula 4b Lado de salida del asiento de valvula
5 Husillo de valvula
6 Punta del husillo de valvula
7 Accionamiento de valvula adosado
8 Agujero
9 Agujero lateral
10 Agujero descendente del asiento de valvula
11 Extremo conico de la punta del husillo de valvula
12 Vastago de la punta del husillo de valvula
13 Superficie conica del agujero descendente
14 Proteccion de camara de valvula
15 Superficie contraria al vastago del agujero descendente

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Valvula de alta presion para una instalacion para el tratamiento de productos a alta presion en una camara de alta presion, en la que los productos se someten a un medio de alta presion y se tratan a una presion de hasta 10 000 bares, que presenta
    • un cuerpo de valvula (1) con una entrada (2) y una salida (3),
    • un asiento de valvula (4) entre la entrada (2) y la salida (3),
    • en la que el asiento de valvula (4) presenta un lado de entrada del asiento de valvula (4a) y un lado de salida del asiento de valvula (4b), y el lado de entrada del asiento de valvula (4a) forma la entrada (2),
    • una perforacion (8) en el interior del asiento de valvula (4) por la que fluye el medio de alta presion, en la posicion abierta de la valvula de alta presion, desde la entrada (2) hasta la salida (3),
    • un husillo de valvula (5), en el que la punta del husillo de valvula (6) forma una parte del husillo de valvula (5),
    y
    • en la que la punta del husillo de valvula (6) obtura el asiento de valvula (4) desde el lado de entrada del asiento de valvula (4a) hasta el lado de salida del asiento de valvula (4b) en el estado cerrado de la valvula de alta presion,
    caracterizada porque
    • la punta del husillo de valvula (6) presenta un extremo conico (11) y un vastago (12),
    • el asiento de valvula (4) presenta una perforacion descendente concentrica (10),
    • en donde la perforacion descendente concentrica (10) presenta una superficie conica (13) en direccion hacia el lado de entrada del asiento de valvula (4a),
    • y la perforacion descendente concentrica (10) en direccion hacia el lado de salida del asiento de valvula (4b) presenta una superficie contraria al vastago (15) con una forma cilmdrica o una forma conica con un angulo de hasta 6° de inclinacion con respecto al eje del asiento de valvula (4),
    • en la que el extremo conico (11) de la punta del husillo de valvula (6) forma una obturacion contra la superficie conica (13) de la perforacion descendente (10) del asiento de valvula (4) en el estado cerrado de la valvula de alta presion y el vastago (12) de la punta del husillo de valvula (6) forma una hendidura con la superficie contraria al vastago (15) del asiento de valvula (4).
  2. 2. Valvula de alta presion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque el vastago (12) de la punta del husillo de valvula (6) esta realizado de manera cilmdrica o conica con un angulo de hasta 6° de inclinacion con respecto al eje de la punta del husillo de valvula (6).
  3. 3. Valvula de alta presion de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque la parte de cabeza del husillo de valvula (5) esta formada por la punta del husillo de valvula (6).
  4. 4. Valvula de alta presion de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizada porque la punta del husillo de valvula (6) se realiza como componente separado y sustituible, presentando el husillo de valvula (5) una perforacion interior en la que se aloja el vastago (12) de la punta del husillo de valvula (6).
  5. 5. Valvula de alta presion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el asiento de valvula (4) en la perforacion descendente (10) presenta perforaciones laterales (9).
  6. 6. Valvula de alta presion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la diferencia del angulo de inclinacion entre la superficie conica (13) y el extremo conico (11) es como maximo de 4°.
  7. 7. Valvula de alta presion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el cuerpo de valvula (1) y el asiento de valvula (4) forman una camara de valvula, en la que se provee una proteccion de camara de valvula (14).
  8. 8. Valvula de alta presion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la valvula de alta presion presenta un dispositivo regulador, con el que se regula el movimiento del husillo de valvula (5).
  9. 9. Valvula de alta presion de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizada porque el dispositivo regulador puede ser controlado tanto manual como mecanicamente.
ES13750262.1T 2012-08-17 2013-07-23 Válvula de alta presión Active ES2619104T3 (es)

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