ES2626170T3 - Procedimiento y dispositivo para verificar la integridad de operadores de válvula de gas para un aparato de gas - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para verificar la integridad de operadores de válvula de gas para un aparato de gas Download PDF

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Abstract

Procedimiento para verificar la integridad de cada operador (6, 7) de una válvula de gas (1) que comprende dos operadores (6, 7) dispuestos en sucesión sobre una trayectoria de paso (3) dentro de la válvula (1) para el gas dirigido a un quemador, estando dicho operador (6, 7) adaptado para cerrar o abrir de manera regulable dicho paso (3) según los requisitos, siendo el operador (6, 7) sometido a una acción de mando por un actuador (20, 21) correspondiente, estando el actuador controlado, a su vez, por una unidad de mando y control (24) que supervisa el funcionamiento del aparato de gas, detectando dicha unidad (24) una señal de llama correspondiente a la presencia de la llama (5) en el quemador proporcional al caudal de gas que alcanza este último, estando cada operador (6, 7) realizado para cerrarse alternativamente, con el cese correspondiente de la alimentación de gas al quemador y la detección sucesiva de la extinción de la llama (5) en el quemador, siendo la alimentación de gas completamente interrumpida siempre que se detecte después de un límite de tiempo desde que la llama (5) se ha extinguido, indicando esto que la funcionalidad del operador (6, 7) sometido al cierre no es completamente correcta, consiguiéndose el cierre de cada operador (6, 7) al accionar el actuador correspondiente, caracterizado por que determina una acción mínima que cada actuador (20, 21) tiene que aplicar al correspondiente actuador (6, 7) para conseguir el cierre del paso de válvula (3) dentro de un periodo de tiempo predeterminado, siendo esta acción mínima determinada por el control de la llama (5).

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento y dispositivo para verificar la integridad de operadores de valvula de gas para un aparato de gas.
La presente invencion se refiere a un procedimiento y un dispositivo para verificar la integridad de operadores de valvula de gas en un aparato de gas.
La invencion se refiere en particular al caso en el que el aparato de gas comprende dos o mas operadores de seguridad para una valvula de gas; se aplica evidentemente tambien en general en el caso de que varios operadores esten presentes para cada valvula de gas.
Ademas, la descripcion siguiente de la invencion se aplica a las valvulas de gas en las que la fuerza requerida para accionar el operador es generada (y es aplicada al operador de valvula) por solenoides electricamente excitados. Evidentemente, esta aplicacion se da solo a modo de ejemplo no vinculante; la invencion puede aplicarse a valvulas de gas de cualquier tipo (por ejemplo, con motores de pasos que comprenden motor de solenoide o similar).
El procedimiento de la invencion es capaz de identificar irregularidades de funcionamiento o deriva de la fuerza de cierre de un operador de valvula de gas para la finalidad de proporcionar la aplicacion (es decir, la caldera) con un nivel de seguridad mayor (en el sentido de seguridad contra el riesgo de escape de gas no quemado).
Antes de discutir los meritos, debera anotarse que el termino “apertura de operador” significa una accion por la que el operador de gas, es decir, el miembro de interceptacion que incluye el elemento valvular de valvula, cuando se somete al nivel de corriente de mando correcto, permite que el gas emerja abriendo una trayectoria de paso para este ultimo (en la que esta posicionada la valvula) conectada al quemador.
El termino “cierre de operador” significa esa etapa en la que el operador de gas esta sometido a un valor inferior o cero de corriente de mando para cerrar automaticamente de manera conocida la trayectoria de paso de gas antes mencionada.
Por requisitos regulatorios necesarios y suficientes, se conocen valvulas de gas para aparatos quemadores de gas domesticos y/o industriales que se construyen con dos operadores que, independientemente uno de otro, son capaces de cerrar el paso de gas en el que estan posicionados en serie, constituyendo asf una redundancia para el proposito de cubrir el riesgo para la seguridad del usuario. En la mayorfa de las aplicaciones de gas, los operadores de seguridad de valvula de gas son mandados por una unica orden de voltaje que abre o cierra el paso de gas segun los requisitos operativos. Actualmente, no se lleva a cabo en general ninguna verificacion en operadores cuando se consideran seguros segun las regulaciones actuales. Sin embargo, existen fallos mecanicos potenciales que podrfan reducir o anular la funcion de seguridad de uno o ambos operadores (con la alimentacion continua consiguiente de gas no quemado al quemador) sin que los sistemas de control sean capaces de detectar y vigilar normalmente esta situacion.
Se conocen calderas y aparatos en los que los operadores son mandados individualmente (solo como APAGADO-ENCENDIDO) y probados para el cierre a fin de detectar su falta de funcionamiento. El documento GB 2328499, que es la tecnica anterior mas cercana a la invencion, describe una caldera que funciona de esta manera. Sin embargo, estas soluciones son incapaces de poner el aparato en un estado seguro cuando el operador ha perdido su funcion de seguridad, de modo que solo el otro operador permanece como proteccion contra una emergencia de gas.
Sin embargo, no hay procedimientos de funcionamiento, dispositivos o tecnicas conocidos aplicados al sector de los aparatos quemadores de gas para agua caliente y la produccion de agua domestica para detectar derivas o defectos que influyen en la fuerza de cierre del operador. En particular, no hay ninguna solucion validamente capaz de detener el funcionamiento del aparato cuando estan degenerando las caracterfsticas de prestacion del operador de gas o, en lugar de esto, cuando estas caracterfsticas estan sufriendo un empeoramiento con el tiempo, aun cuando aseguren todavfa el funcionamiento integral (es decir, la capacidad para la intervencion fiable y completa) con respecto a la seguridad (es decir, el cierre completo del paso de gas) durante el uso del aparato.
A este respecto, la ventaja de detectar e indicar puntualmente la posible perdida de la funcion de seguridad de uno de los dos operadores de valvula de gas es evidente y fundamental para los fines de seguridad, aun cuando no se contemple por las regulaciones actuales, habilitando al usuario para realizar la sustitucion del componente defectuoso mientras este es todavfa capaz de cerrar el paso de gas debido a la presencia del segundo operador enterizo, antes de que un fallo potencial en el segundo operador sea capaz de inhibir completamente la trayectoria de gas hacia el quemador (con los inconvenientes obvios, incluyendo el riesgo de explosion del entorno en el que el aparato esta posicionado y hacia el que escaparfa el gas).
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Es evidente tambien que el hecho de ser capaz de determinar si uno de los operadores se esta degradando - es decir, esta perdiendo su capacidad de cerrarse completamente o interceptar el paso de gas (por ejemplo, debido a su envejecimiento, tolerancias, influencias medioambientales), mientras que los miembros mecanicos previstos para este cierre tienen aun su capacidad (fuerza) de cierre, aunque reducida - dota a la aplicacion de un nivel de seguridad que es claramente mayor que el que posee actualmente (incluyendo el espfritu de las nuevas regulaciones en la materia, por ejemplo EN13611).
Un objeto de la presente invencion es proporcionar un procedimiento y un dispositivo mejorados que aseguren la seguridad y funcionalidad maximas a un aparato de caldera quemador de gas para uso domestico y/o industrial.
Un objeto particular de la invencion es proporcionar un procedimiento y un dispositivo capaces de detectar degradacion, es decir, una reduccion en las prestaciones de operadores de valvula de gas que, con el paso del tiempo o debido al defecto, podrfa dar como resultado un mal funcionamiento de la valvula completa, permitiendo dicha deteccion que tales valvulas sean sustituidas antes de que alcancen un punto de mal funcionamiento de tal manera que pongan en riesgo la seguridad del entorno o de la construccion en la que esta alojado el aparato de gas.
Otro objeto es proporcionar un procedimiento y un dispositivo que sean universales, de implementacion y uso fiables, y puedan hacerse funcionar asf con valvulas que tienen los operadores que son mandados electricamente, motorizados por un motor de pasos, o mandados en otro procedimiento conocido.
Estos y otros objetos que seran evidentes para el experto de la tecnica son conseguidos por un procedimiento y un dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones que se acompanan.
La presente invencion se entendera mejor a partir de los siguientes dibujos que son proporcionados a modo de ejemplo no limitativo y en los cuales:
La figura 1 muestra un detalle de una valvula de gas controlada por el procedimiento de la presente invencion;
La figura 2 es una representacion grafica de las diversas etapas del procedimiento de la invencion; y La figura 3 muestra un esquema de un dispositivo segun la invencion.
Con referencia a dichas figuras, en la figura 1 se muestra parcialmente una valvula de gas 1 y comprende un cuerpo 2 en el que esta dispuesto un paso de gas 3. Esta valvula esta posicionada en un conducto de gas 4 (vease la figura 3) y esta dispuesta para permitir o interrumpir (o estrangular) el flujo de gas a un quemador de un aparato domestico y/o industrial para calentar agua y para la produccion de agua caliente domestica.
La figura 3 muestra una llama 5 que es generada en dicho quemador (no mostrado).
Los operadores conocidos 6 y 7 estan dispuestos a lo largo del conducto 4 para regular o interrumpir parcial o completamente el flujo de gas a traves del paso 3 y, por tanto, a traves del conducto 4. Estos operadores comprenden, por ejemplo, un elemento valvular 10 movil en una abertura 12 entre dos camaras sucesivas 13 y 14 de dicho paso 3 y un actuador 15 para mover el elemento valvular 10. Este actuador puede comprender un solenoide 6 que actua sobre un instrumento movil 17 que lleva el elemento valvular 10 en un extremo; cuando el solenoide es excitado, este instrumento 17 puede moverse a lo largo de su eje longitudinal W contra un resorte 18 que tiende a mantener el elemento valvular cerrado en la abertura 12. Cuando el solenoide no es excitado, el elemento valvular se cierra sobre la abertura 12 forzado por el resorte.
Cada operador 6 y 7 es mandado y controlado en su funcionamiento por un actuador correspondiente 20, 21 conectado a una unidad de mando y control 24 para mandar y controlar el funcionamiento correcto del aparato o caldera. Esto se consigue tambien a traves de un dispositivo de deteccion de senal de llama 25 de tipo conocido posicionado en proximidad a la llama 5.
Con la unidad 24 esta asociado un miembro de conmutacion de seguridad 27 (excitado por la red 28), que presenta un elemento de conmutacion conocido 30 (por ejemplo un rele u otro miembro de tal manera que aplique a los operadores la cantidad de electricidad de actuacion) controlado y mandado por la unidad 24. Los actuadores 20 y 21 y, por tanto, los operadores 6 y 7 (por ejemplo, los solenoides 16 de este ultimo) son excitados a traves del miembro 27. Un modulo de diagnostico 33 (por ejemplo, controlado por un microcontrolador o una parte del mismo si forma parte integrante de la unidad 24) controla el funcionamiento correcto de los operadores 6 y 7 y esta conectado al miembro 27, a los operadores 6 y 7 de la valvula 1 y a los actuadores 20 y 21 conectados a estos ultimos. Sin embargo, las regulaciones actuales mantienen que no es necesario un tercer elemento de control de seguridad para los dos operadores de gas; por tanto, por ejemplo, podrfa omitirse o no estar presente el miembro de seguridad 27.
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En particular, el actuador 20 esta dispuesto para mandar a un operador 6 preferentemente de tipo CONEXION- DESCONEXION, mientras que el actuador 21 esta dispuesto para mandar a un operador 7 preferentemente de tipo CONEXION-DESCONEXION modular. Los operadores pueden ser asf diferentes uno de otro: por ejemplo, un operador podrfa ser mandado por un motor de pasos u otro operador podrfa sustituir a los operadores 6 y 7 de tipo solenoide o ser anadido a estos. En ese caso, el actuador 21, o un actuador adicional, podrfa consistir en un miembro conocido para controlar la forma de onda de mando de motor (frecuencia, pasos y corriente).
Por tanto, en el caso de la valvula ilustrada 1 (pero no vinculante, dado a modo de ejemplo solamente):
- los operadores 6 y 7 son mandados a bajo voltaje,
- el mando de los dos operadores en serie es independiente, y
- dos reguladores de corriente estan presentes (asociados con los actuadores 20 y 21) para cumplir la secuencia de mando.
Sin quitar la atencion a la posibilidad de aplicar una orden variable (corriente o voltaje) a los operadores, de manera conocida, es posible evidentemente construir tambien la valvula 1 para los operadores que funcionan a diferentes voltajes (por ejemplo, la red electrica) y/o voltajes alternos y para aplicar el procedimiento de control de la invencion a los mismos.
El procedimiento para controlar la funcionalidad de los operadores 6 y 7 consiste en definir para cada operador una secuencia de cierre que gestiona la identificacion de una deriva, es decir, una cafda, en la fuerza de cierre (es decir, la capacidad de interceptar completamente la abertura 12 en la que funciona la valvula 10) utilizando:
- la corriente de mando del operador como una “medicion” indirecta de la fuerza de cierre; y
- la llama como una indicacion del caudal de gas enviado al quemador.
Esta secuencia de cierre tiene lugar en una corriente de mando con un valor establecido diferente de cero.
Cuando se ha reducido la corriente de mando a este valor (por la accion de la unidad 24 alternativamente en cada actuador 20 y 21), si el operador 6 o 7 es enterizo y esta libre de fallos que podrfan impedir la funcionalidad correcta, el paso de gas 3 se cierra completamente, dando como resultado el cese de la senal de llama detectada por el sensor 25. La unidad de control 24 detecta la extincion del quemador dentro de un periodo de tiempo predeterminado (por ejemplo, entre 0 y 30 segundos, ventajosamente entre 0 y 10 segundos y, tfpicamente, menor que 1 segundo), considerando consecuentemente que el sistema es enterizo y permitiendo su funcionamiento regular posterior.
En el caso de un operador 6 o 7 que no es enterizo o es defectuoso (genericamente una “fuerza de cierre reducida” en el elemento valvular 10), una reduccion de la corriente de mando al valor establecido no da como resultado el cierre o da como resultado solamente el cierre parcial del paso de gas 3 dentro del tiempo predeterminado. La unidad de control 24 detecta la ausencia de extincion de la llama del quemador (o, alternativamente, solo una degradacion parcial) y pasa una condicion de seguridad (detencion en bloque), cortando completamente la corriente de mando a los actuadores 20 y 21 para asegurar el cierre del operador 6 o 7.
El valor de corriente se define considerando el valor de cierre limitativo al alcanzar el cual el operador de gas 6 o 7 es capaz todavfa de cumplir su funcion de seguridad con margen suficiente.
Simplificando, si el operador 6 o 7, cuando se somete al cierre con este valor, permanece abierto, esto es detectado y el operador es puesto en la seguridad; la fuerza de cierre residual es, en cualquier caso, de tal manera que asegura, una vez que se retira el mando (retirando la potencia electrica a los actuadores 20 y 21), y con un margen, el cierre hermetico completo del miembro de cierre o del elemento valvular 10 (en virtud del resorte 18).
En consecuencia, controlando la llama, la unidad 24 determina si por el cierre generado por la intervencion apropiada en el actuador correspondiente 20, 21, el operador 6, 7 ha sido llevado a la posicion para cerrar la abertura relativa 12. Si esto ha ocurrido y ha ocurrido dentro del tiempo limitativo predeterminado, la unidad 24 determina si el operador trabaja efectivamente. Por lo demas, ordena el cierre de seguridad inmediato (y generando, preferentemente, una senal de aviso para el usuario).
Por tanto, la unidad 24 es capaz de determinar que accion minima tiene que llevar a cabo cada actuador 20 y 21 en el operador correspondiente 6 y 7 para conseguir el cierre de su abertura relativa 12. Esta accion puede expresarse como un valor de corriente si el operador es un solenoide, o una accion particular de un motor
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electrico si el operador es accionado por este ultimo (por ejemplo, un numero predefinido de pasos, o diferente corriente a los devanados para hacer funcionar un motor de pasos).
La figura 2 muestra la secuencia de cierre de los dos operadores 6 y 7 de la valvula 1. Como puede verse por la secuencia mostrada en la figura 2, en el cierre, mientras un operador (por ejemplo, el operador 6 indicado en la figura 2 como EV2) se mantiene abierto en el estado de trabajo final, la corriente de mando se reduce a la corriente de prueba de deriva en el otro operador 7, indicado como EV1 (sujeto de la “prueba de fuerza de cierre”). Si el quemador se extingue dentro de un tiempo predefinido (la llama 5 desaparece cuando es detectada por el sensor 25), el operador es enterizo; en el caso opuesto, ha habido una deriva en la fuerza de cierre y, en consecuencia, se lleva a cabo una detencion en bloque, poniendo asf el sistema en seguridad.
Esta operacion se lleva a cabo alternativamente en cada peticion de extincion de quemador por la unidad 24 de acuerdo con un programa de trabajo predefinido (por ejemplo, por medio de un termostato medioambiental) y/o a intervalos de tiempo predefinidos (por ejemplo, cada numero predefinido de igniciones o un cierto numero de horas de funcionamiento) en ambos operadores 6 y 7, asegurando asf la vigilancia permanente de la integridad del operador, o forzando la extincion periodica en el caso de sistemas permanentemente en funcionamiento.
El procedimiento descrito puede llevarse a cabo alternativamente no reduciendo instantaneamente la corriente de alimentacion (generada por los actuadores 20 y 21) de los operadores 6 y 7 a un valor predefinido sino reduciendola gradualmente de tal manera que se mida la corriente de extincion y evaluando su posible degradacion con el tiempo para llevar a cabo entonces las acciones de seguridad necesarias antes descritas.
Se ha descrito una forma de realizacion particular de la invencion. Son posibles otras formas de realizacion dependiendo del tipo de operadores 6 y 7, por ejemplo actuando por medio de un motor de pasos o motor de solenoide. En el caso de un motor, por ejemplo, el valor al que se investiga la funcionalidad del operador es un numero predefinido de pasos de rotacion del motor, o un cierto valor de la corriente a los devanados en el que el elemento valvular es capaz de cerrar el paso 3. La invencion se define por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para verificar la integridad de cada operador (6, 7) de una valvula de gas (1) que comprende dos operadores (6, 7) dispuestos en sucesion sobre una trayectoria de paso (3) dentro de la valvula (1) para el gas dirigido a un quemador, estando dicho operador (6, 7) adaptado para cerrar o abrir de manera regulable dicho paso (3) segun los requisitos, siendo el operador (6, 7) sometido a una accion de mando por un actuador (20, 21) correspondiente, estando el actuador controlado, a su vez, por una unidad de mando y control (24) que supervisa el funcionamiento del aparato de gas, detectando dicha unidad (24) una senal de llama correspondiente a la presencia de la llama (5) en el quemador proporcional al caudal de gas que alcanza este ultimo, estando cada operador (6, 7) realizado para cerrarse alternativamente, con el cese correspondiente de la alimentacion de gas al quemador y la deteccion sucesiva de la extincion de la llama (5) en el quemador, siendo la alimentacion de gas completamente interrumpida siempre que se detecte despues de un lfmite de tiempo desde que la llama (5) se ha extinguido, indicando esto que la funcionalidad del operador (6, 7) sometido al cierre no es completamente correcta, consiguiendose el cierre de cada operador (6, 7) al accionar el actuador correspondiente, caracterizado por que determina una accion minima que cada actuador (20, 21) tiene que aplicar al correspondiente actuador (6, 7) para conseguir el cierre del paso de valvula (3) dentro de un periodo de tiempo predeterminado, siendo esta accion minima determinada por el control de la llama (5).
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el periodo de tiempo predefinido esta comprendido entre 0 y 30 segundos.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 2, caracterizado por que el periodo de tiempo predefinido esta comprendido entre 0 y 10 segundos.
  4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado por que el periodo de tiempo predefinido esta comprendido entre 0 y 3 segundos.
  5. 5. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que cada operador (6, 7) es electricamente mandado, siendo la accion de cierre minima definida por una intensidad de corriente diferente de cero que es suficiente para provocar el cierre del paso de valvula (3) por la intervencion del operador (6, 7).
  6. 6. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la intensidad de corriente suficiente para cerrar el paso de valvula (3) se consigue alternativamente reduciendo instantaneamente la corriente de alimentacion del operador a un valor predeterminado capaz de mantenerla en una posicion, en la que no estrangule dicho paso (3), o se consigue reduciendo gradualmente esta corriente, partiendo de la intensidad de esta ultima que sea capaz de mantener al operador en una posicion, en la que no estrangule dicho paso.
  7. 7. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que cada operador (6, 7) es mandado por un motor electrico, estando la accion minima definida por un movimiento de este motor y/o del operador (6, 7) accionado por este que permite que el paso (3) de la valvula (1) se cierre dentro del intervalo de tiempo predeterminado.
  8. 8. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se aplica en cada peticion de extincion del quemador.
  9. 9. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se aplica a intervalos de tiempo predefinidos.
  10. 10. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se aplica despues de un numero predefinido de igniciones.
  11. 11. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se aplica forzando la extincion del quemador si este esta continuamente en funcionamiento.
  12. 12. Dispositivo para aplicar el procedimiento segun la reivindicacion 1, verificando dicho dispositivo la integridad de cada operador (6, 7) de una valvula de gas (1) que comprende dos operadores (6, 7) dispuestos en sucesion sobre una trayectoria de paso (3) dentro de la valvula (1) para el gas dirigido a un quemador, estando dicho operador (6, 7) adaptado para cerrar o abrir de manera regulable dicho paso (3) segun los requisitos, siendo el operador (6, 7) sometido a una accion de mando por un actuador (20, 21) correspondiente, estando el actuador a su vez controlado por una unidad de mando y control (24) que supervisa el funcionamiento del aparato de gas, detectando dicha unidad (24) una senal de llama correspondiente a la presencia de la llama (5) en el quemador proporcional al caudal de gas que alcanza este ultimo, estando dicha unidad de mando y control (24) adaptada para posicionar alternativamente cada operador (6, 7) en una posicion, en la que intercepta dicho paso de gas (3) dentro de la valvula (1) y para verificar la consiguiente extincion de la llama (5) en el quemador, siendo dicha verificacion llevada a cabo por el sensor de llama (25) posicionado en este ultimo, determinando dicha unidad (24) el cierre del paso de gas en la valvula (1) dentro de un periodo de tiempo predefinido (24), llevando dicha unidad (24) a dicho operador (6, 7) a una posicion, en la que cierra dicho paso (3) si la llama (5) no se extingue dentro del periodo de tiempo mencionado anteriormente, caracterizado por que dicha unidad (24) controla el
    funcionamiento del actuador (20, 21) de cada operador (6, 7), de tal manera que dicho actuador (20, 21) genere una accion minima tal que ponga al operador (6, 7) en una posicion, en la que cierra dicho paso de valvula (3), siendo dicho cierre aplicado si dicho paso no es interceptado completamente dentro del intervalo de tiempo predefinido que sigue a dicha accion minima.
    5
ES13722538.9T 2012-03-26 2013-03-21 Procedimiento y dispositivo para verificar la integridad de operadores de válvula de gas para un aparato de gas Active ES2626170T3 (es)

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