ES2705727T3 - Válvulas de control de flujo para recuperación de energía - Google Patents

Abstract

Válvula de control para un flujo de fluido, que comprende: un cuerpo de válvula (602, 802, 1002) que define una entrada (603, 803, 1003) y una salida (604, 804, 1004) para dicho fluido, un obstructor (605, 805, 1005) insertado en dicho cuerpo de válvula (602, 802, 1002), y un sistema accionador (606, 806, 1006) configurado para trasladar reversiblemente dicho obstructor (605, 805, 1005) entre una primera posición, en la que dicho obstructor (605, 805, 1005) permite el paso de dicho fluido entre dicha entrada (603, 803, 1003) y dicha salida (604, 804, 1004), y una segunda posición, en la que dicho obstructor (605, 805, 1005) impide el paso de dicho fluido entre dicha entrada (603, 803, 1003) y dicha salida (604, 804, 1004), dicha válvula de control comprende además un rotor de turbina (609, 809, 1009) alojado dentro de dicho cuerpo de válvula (602, 802, 1002), en donde dicho rotor (609, 809, 1009) comprende una pluralidad de álabes y se configura para rotar continuamente bajo la acción de dicho fluido que fluye entre dicha entrada (603, 803, 1003) y dicha salida (604, 804, 1004), dicho rotor (609, 809, 1009) rota alrededor de un eje de rotación sustancialmente alineado con la dirección de traslación de dicho obstructor (605, 805, 1005), en donde dicho cuerpo de válvula (602) comprende internamente paredes que delimitan una cámara de entrada de fluido (607) que tiene un asiento sustancialmente circular (608), y en donde dicho obstructor (605) es en forma sustancialmente de disco, y en donde dicho obstructor (605) se configura para al menos no restringir parcialmente una sección de paso en dicho asiento (608) en dicha primera posición, y en donde dicho obstructor (605) se configura además para trasladarse adentro de dicha segunda posición, para topar sobre dicho asiento (608), a fin de ocluir dicha sección de paso, en que dicho rotor (609) se dimensiona para acoplarse sustancialmente a dicha sección de paso entera en dicho asiento (608), y en donde dicho rotor (609) se configura para un flujo entrante axial de dicho fluido adentro de él, y para un flujo saliente perimétrico de dicho fluido desde dicho rotor, y caracterizado por que dicho rotor (609) se configura para permitir al menos una acomodación parcial de dicho obstructor (605) dentro de él, para permitir traslación de dicho obstructor (605) adentro de dicha primera posición.

Description

DESCRIPCIÓN

Válvulas de control de flujo para recuperación de energía

Campo de la invención

La presente invención está relacionada con válvulas de control de flujo de fluido, en particular válvulas de control que permiten recuperar parte de la energía del fluido que fluye a través de la propia válvula.

Técnica anterior

Se conocen dispositivos que pueden controlar el flujo de un fluido a través de un conducto, que se llaman “válvulas”. Típicamente se usan válvulas como dispositivos de activación/desactivación y ajuste en conductos para líquidos, en particular líquidos a presión. Las válvulas permiten cerrar selectivamente el conducto con el que están asociadas, para impedir que en el mismo fluya un fluido, tal como gas, líquido, vapor de agua, o un fluido en dos fases.

Entre los diversos tipos de válvulas conocidas en la técnica, hay válvulas de control llamadas válvulas de “globo” y válvulas de control llamadas válvulas de “aguja”.

Las válvulas de control de “globo” comprenden un cuerpo de válvula y un obstructor insertado en el mismo, que se puede trasladar dentro del cuerpo de válvula para llegar a una posición en la que obstruye el paso de fluido desde una cámara de entrada. El obstructor de las válvulas de globo puede tener una forma semejante a disco u otras formas similares.

Las válvulas de “aguja” comprenden un cuerpo de válvula y, internamente, un elemento semejante a una aguja u ovoide. Existen diferentes tipos de válvulas de “aguja”. En algunos tipos, el elemento en forma de aguja actúa como obstructor al trasladarse dentro del cuerpo de válvula a fin de cerrar una tobera.

Otros tipos incluyen un obstructor específico, que se traslada dentro del cuerpo de válvula; dicho obstructor se adapta para emparejarse, en diversas configuraciones, con el elemento en forma de aguja u ovoide, y además se adapta para ocluir una sección de flujo saliente de la válvula a fin de detener el flujo de fluido.

Las válvulas de “globo” y “aguja” se usan generalmente para ajustar el caudal de fluido en un conducto a lo largo del que se inserta la válvula. Este ajuste de caudal se hace porque el obstructor se traslada a una posición de obstrucción incompleta, provocando así pérdidas de carga en el obstructor que reducirán el flujo de fluido sin embargo sin impedirlo completamente.

Por supuesto, las válvulas de “globo” y “aguja” conocidas en la técnica también permiten cerrar completamente el conducto, en posiciones en las que el obstructor impedirá totalmente cualquier flujo de fluido a través de la válvula.

Sin embargo, dichas válvulas conocidas sufren el inconveniente de provocar significativas disipaciones locales de energía cuando el obstructor está parcialmente cerrado para ajustar el flujo de un fluido; tales disipaciones llevan a una reducción en la velocidad media del fluido, y por tanto a una reducción del caudal o, siendo el caudal igual, una variación en la diferencia de presión entre el lado aguas arriba lado y aguas abajo de la válvula, pero típicamente no ofrecen ninguna ventaja energética para el sistema en el que se incluye la válvula.

Además, tales válvulas conocidas, particularmente cuando el obstructor está en una posición de cierre parcial para ajustar el flujo de un fluido, provocan variaciones repentinas de sección a lo largo del camino seguido por el fluido, que lleva a aumentos locales de velocidad y por tanto caídas repentinas de presión que pueden provocar problemas de cavitación no deseables y perjudiciales, que pueden impedir que la válvula funcione correctamente.

Existen unas pocas soluciones de recuperación de energía, que sin embargo se aplican a tipologías de válvula que son diferentes al objeto de la presente invención.

Ahora se mencionarán algunos ejemplos explicativos de válvulas de recuperación de energía conocidas en la técnica, que permitirán recuperar parte de la energía disipada por el fluido.

La solicitud de patente WO2013121375 titulada “Energy recovering flow control valve” está relacionada con una válvula de “bola” que comprende un rotor insertado en un obstructor esférico.

La solicitud de patente WO2014132187 titulada “Control valve with energy recovery" está relacionada con una válvula de control que comprende un obstructor y un rotor posicionado aguas abajo del obstructor. Una válvula de control de este tipo es del tipo en donde el fluido sigue un camino sustancialmente axial y el obstructor funciona como compuerta.

Válvulas de control adicionales pertinentes al tema de asunto de la reivindicación 1 se conocen a partir de los documentos US 2008/029722 A1 y US 4022423 A.

Comparadas con la presente invención, dichas válvulas de recuperación de energía conocidas representan diferentes soluciones, en que se refieren a diferentes tipologías de válvula, en donde los rasgos técnicos relacionados con la construcción de válvula también son diferentes.

Objetos y compendio de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar una válvula de control para un flujo de fluido que sea alternativa a la técnica anterior.

En particular, un objeto de la presente invención es proporcionar una válvula de control en donde sea posible recuperar, al menos parcialmente, la energía del fluido disipado mientras se ajusta el flujo de fluido a través de la válvula.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una válvula de control que permita un control más preciso del flujo de fluido a través de la válvula, en particular también cuando el obstructor está en una posición de obstrucción parcial.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una válvula de control que permita controlar el flujo de fluido de manera eficaz, sin introducir variaciones repentinas en la velocidad y la presión del fluido que podrían hacer aparecer problemas de cavitación.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar una válvula de control que tenga una construcción simple y dimensiones compactas, comparables a las de válvulas de la técnica anterior.

Estos y otros objetos de la presente invención se logran a través de una válvula de control que incorpora los rasgos presentados en las reivindicaciones adjuntas, que pretenden ser parte integral de la presente descripción.

Un idea general en la base de la presente invención es proporcionar una válvula de control de flujo de fluido que comprende: un cuerpo de válvula que define una entrada y una salida para un fluido, un obstructor insertado en el cuerpo de válvula, y un sistema accionador configurado para trasladar reversiblemente el obstructor entre una primera posición, en la que permite el paso del fluido entre la entrada y la salida, y una segunda posición, en la que el obstructor impide el paso del fluido entre la entrada y la salida; la válvula de control comprende además un rotor de turbina alojado dentro del cuerpo de válvula, en donde el rotor comprende una pluralidad de álabes y se configura parar rotar continuamente, bajo la acción del fluido que fluye entre la entrada y la salida, alrededor de un eje de rotación sustancialmente alineado con la dirección de traslación del obstructor.

La válvula de control según la presente invención, por lo tanto, permite recuperar al menos parte de la energía disipada por el fluido que fluye a través de la válvula; al mismo tiempo, la válvula demuestra ser más eficaz para controlar el flujo de un fluido a través de la propia válvula, dado que permite reducir la velocidad media del fluido una cantidad deseada por medio del rotor. La energía recuperada dependerá del grado de apertura del obstructor, es decir, el caudal de fluido, y también de la eficiencia del rotor.

La válvula de control según la presente invención también permite una explotación eficaz del rotor para cualquier posición del obstructor en la que se permite que el fluido fluya a través de la propia válvula, es decir, no únicamente se asegura el funcionamiento óptimo del rotor dentro de un subconjunto de configuraciones adoptadas por el obstructor mientras se traslada.

En particular, la presencia de un rotor dentro de la válvula permite variar las disipaciones introducidas en el fluido -ajustando así el caudal en manera “fina” - incluso únicamente cambiando un par resistente aplicable externamente al vástago de rotor.

Además, como el eje de rotación del rotor está sustancialmente alineado con la dirección de traslación del obstructor, se mejora la eficacia del rotor y del ajuste: de hecho, el camino del fluido dentro del cuerpo de válvula es determinado por las geometrías internas de la propia válvula, sobre las que el obstructor tiene un efecto preponderante; dado que rota como se ha resumido anteriormente, el rotor se posiciona en una región del cuerpo de válvula donde el comportamiento dinámico fluido del flujo de fluido es óptimo.

Además, en las realizaciones de la presente invención la introducción de un rotor en el cuerpo de válvula requiere modificaciones limitadas o incluso insignificantes a la estructura y el principio de funcionamiento de la válvula; por lo tanto, se pueden obtener válvulas de control compactas, que también son fáciles de fabricar.

Adicionalmente, la presencia de un rotor dentro del cuerpo de válvula permite reducir picos locales de velocidad, reduciendo así el riesgo de cavitación dentro de la válvula de control.

Preferiblemente, la presente invención está relacionada con una primera válvula de control alternativa, del tipo referido como válvula de “globo”. En este tipo de válvula de control, el cuerpo de válvula comprende internamente paredes que delimitan una cámara de entrada de fluido que tiene un asiento sustancialmente circular, y el obstructor tiene una forma sustancialmente semejante a disco y se configura para no restringir al menos parcialmente una sección de paso en el asiento circular cuando está en la primera posición de apertura, y además se configura para trasladarse a la segunda posición de cierre, para topar sobre el asiento, a fin de ocluir la sección de paso.

Preferiblemente, la presente invención está relacionada con una segunda válvula de control alternativa, del tipo referido como válvula de “aguja”, con un obstructor cilíndrico. En este tipo de válvula de control, el cuerpo de válvula comprende internamente un elemento ovoide que está fijo con respecto a las paredes laterales, y que aloja internamente el obstructor; el obstructor es en forma sustancialmente semejante a un cilindro, preferiblemente comprende una pluralidad de rendijas, y se configura para no restringir al menos parcialmente una sección de paso para el fluido aguas abajo del elemento ovoide en la primera posición de apertura, y se configura además para trasladarse a la segunda posición de cierre, para ocluir la sección de paso por medio de la pared lateral del cilindro, en particular por medio de una parte de la pared lateral sin rendijas.

Objetos y ventajas adicionales de la presente invención se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y de las reivindicaciones dependientes, que definen algunas realizaciones preferidas y ventajosas de la presente invención.

Breve descripción de los dibujos

Ahora se describirán algunos ejemplos preferidos y ventajosos de realización de la presente invención a modo de ejemplo no limitativo con referencia a los dibujos anexos, en donde se usan los mismos numerales de referencia para designar componentes, materiales o funciones similares y en donde:

La figura 1 muestra una vista lateral en sección de una primera realización de una válvula de control en la configuración abierta.

La figura 2 muestra la misma vista lateral en sección de la válvula de control de la figura 1, en la configuración cerrada. La figura 3 muestra una vista superior en sección de la válvula de control de la figura 1 y del rotor de la misma. La figura 4 muestra una vista lateral en sección de una segunda realización de una válvula de control en la configuración abierta.

La figura 5 muestra la misma vista lateral en sección de la válvula de control de la figura 4, en la configuración cerrada. La figura 6 muestra una vista lateral en sección de una tercera realización de una válvula de control según la presente invención, en la configuración abierta.

La figura 7 muestra la misma vista lateral en sección de la válvula de control de la figura 6, en la configuración cerrada. La figura 8 muestra una vista lateral en sección de una cuarta realización de una válvula de control según la presente invención, en la configuración abierta.

La figura 9 muestra la misma vista lateral en sección de la válvula de control de la figura 8, en la configuración cerrada. La figura 10 muestra una vista lateral en sección de una quinta realización de una válvula de control según la presente invención, en la configuración abierta.

La figura 11 muestra la misma vista lateral en sección de la válvula de control de la figura 10, en la configuración cerrada. La presente invención es definida por las reivindicaciones anexas y las realizaciones 3, 4, 5 y las figuras 6-11 correspondientes. Se proporcionan ejemplos adicionales como ilustración únicamente.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 muestra una vista esquemática de una realización de la válvula de control 101, que es de tipo “globo”. La válvula 101 comprende un cuerpo 102 que tiene una entrada 103 y una salida 104 que permiten que un fluido fluya a través de la válvula 101 en la dirección indicada por las flechas más gruesas.

La válvula 101, en condiciones de funcionamiento, se puede montar en una tubería de un sistema presurizado. La válvula 101 comprende además un obstructor 105, insertado en el cuerpo de válvula 102, y un vástago de accionamiento 106, configurado para trasladar reversiblemente el obstructor 105 dentro del cuerpo de válvula.

En la realización ilustrada, el vástago de accionamiento 106 se puede manejar manualmente, p. ej. por medio de un mecanismo tipo tornillo y un mando (no se muestra); no obstante también son posibles otras soluciones, p. ej. mecánicas, neumáticas, hidráulicas, eléctricas o electromecánicas, para el sistema accionador.

El obstructor 105 se configura para trasladarse entre una primera posición (véase la figura 1), en la que se permite al fluido fluir entre la entrada 103 y la salida 104, y una segunda posición, en la que dicho obstructor impide el paso del fluido (como se describirá más en detalle a continuación con referencia a la figura 2).

En particular, el cuerpo de válvula 102 comprende una cámara de entrada 107, cuyas paredes delimitan un asiento sustancialmente circular 108, con el que coopera el obstructor 105, como se describirá a continuación.

Según la presente invención, dentro del cuerpo de válvula 102 se aloja un rotor de turbina 109. Dicho rotor 109 comprende una pluralidad de álabes, de modo que puede rotar continuamente bajo la acción del fluido que fluye a través de la válvula 101.

En general, en los dibujos adjuntos el rotor se representa por líneas que son más gruesas que las usadas para representar el cuerpo de válvula.

En general, una válvula de control según la presente invención puede comprender un rotor hecho según diferentes soluciones de fabricación y que tiene diferentes formas, que dependen esencialmente del tipo de aplicación de la propia válvula. La realización del rotor dependerá principalmente del tipo de fluido para el que se va a optimizar la válvula, ya sea gas, líquido, vapor de agua o cualquier otro fluido multifase. Esta diversificación también depende del tipo específico de líquido implicado, p. ej. la viscosidad o densidad del mismo. Por ejemplo, la válvula necesitará diferentes características para funcionar con aceite que con agua, tal como un coeficiente de flujo más alto, para obtener un caudal más alto; también, los álabes de rotor requerirán capacidad de autolimpieza.

La turbina comprende, además del rotor 109, un vástago de transmisión 110 al que se restringe el rotor 109; el vástago 110 es impulsado por el par producido por el rotor. Dicho vástago 110 es soportado por elementos rodantes 111, tales como cojinetes u otros sistemas conocidos, que permiten al rotor 109 rotar bajo la acción del fluido.

En general, se debe prestar atención particular a la fabricación del orificio a través del cuerpo de válvula, en el que se va a insertar el vástago, porque, si bien por un lado se requiere un sellado perfecto a fin de impedir fugas de fluido desde los elementos rodantes, al mismo tiempo el sistema de sellado no debe dificultar demasiado la rotación del vástago al introducir excesiva fricción. Por lo tanto, el rotor 109 tiene un eje de rotación que se alinea sustancialmente con la dirección del vástago 110.

En esta realización, el vástago de transmisión 110 sobresale del cuerpo de válvula 102 a fin de ser conectado a un utilizador externo (no se muestra). Preferiblemente, el extremo saliente del vástago 110 se conecta mecánicamente a un utilizador que usará la potencia mecánica proporcionada por el vástago debido a rotación del rotor; el utilizador puede ser, por lo tanto, un generador eléctrico o un utilizador mecánico, p. ej. un ventilador.

En otras realizaciones, la trasmisión mecánica puede comprender además embragues o reductores de engranajes de tipos conocidos, no se muestran en esta memoria por simplicidad, que permitirán obtener una relación de trasmisión predeterminada ventajosa según la potencia recuperable del fluido y a las características de resistencia del utilizador asociado al que se va a suministrar.

Como se muestra claramente en los dibujos, el eje de rotación del rotor 109 está alineado sustancialmente con la dirección de traslación del obstructor 106.

En particular, el eje de rotación del rotor 109 está alineado sustancialmente con el eje a lo largo del que puede deslizar el vástago de accionamiento 106, en la misma dirección que la dirección de traslación del obstructor 106.

De esta manera, el rotor de turbina 109 insertado en la válvula de control 101 tendrá su eje de rotación alineado con la dirección de movimiento del accionador 106 y del obstructor 105, y la forma interna del cuerpo de válvula 102 permitirá reducir las dimensiones de la válvula y aumentar la eficiencia de la turbina.

En la realización de la válvula 101, la turbina está desconectada mecánicamente del accionador; no obstante también son posibles otras soluciones en donde la turbina está conectada mecánicamente al accionador y/o al obstructor, como se hará evidente a continuación.

Las dimensiones del rotor 109 son tales como para ocupar sustancialmente la sección de paso entera en el asiento 108, preferiblemente debido a su forma convexa coincidente con las geometrías de la cámara 107.

En este caso, el rotor 109 se configura para un flujo entrante perimétrico del fluido y para un flujo saliente axial del fluido, que luego cruzará el asiento 108. De hecho, el rotor 109 se ubica en la cámara de entrada 107.

En particular, en la solución de la válvula de control 101 existe la ventaja de que el mecanismo de cierre de válvula no tiene que ser modificado profundamente, dado que el rotor está aguas arriba del obstructor, en una región que no está implicada en la traslación del último. Además, el vástago 110 es coaxial, o al menos sustancialmente coaxial, con la dirección de traslación del obstructor 105, de modo que el obstructor 105 se puede trasladar a fin de cerrar la válvula sin dificultar el funcionamiento del rotor 109.

La figura 2 muestra la válvula de control 101 en la configuración cerrada, es decir, con el obstructor 105 en contacto con el asiento 108.

Bajo la acción del sistema accionador 106, el obstructor 105 es llevado a la segunda posición para impedir que el fluido fluya a través de la válvula 101.

En particular, el obstructor 105 tiene una forma sustancialmente semejante a disco, y se configura para trasladarse hacia el asiento circular 108, y topar con este, a fin de ocluir la sección de paso de fluido.

El acoplamiento entre el asiento 108 y el obstructor 105 es tal como para asegurar hermeticidad a fluido cuando el obstructor está en la segunda posición (de cierre); la hermeticidad se puede asegurar para un fluido específico, ya sea líquido, gas, vapor de agua o cualquier otro fluido multifase; para asegurar dicha hermeticidad, se pueden usar elementos y técnicas conocidos.

Si, desde la posición de la figura 2, el obstructor 105 es subido de nuevo por el sistema accionador 106 como se muestra en la figura 1, la sección de paso quedará de nuevo parcialmente abierta en el asiento 108, permitiendo así que el fluido fluya a través de la válvula 101.

En la segunda posición mostrada en la figura 2, el fluido no puede fluir alrededor del rotor 109; por lo tanto, el rotor 109 permanecerá parado y el vástago 110 no generará potencia mecánica.

En esta configuración, aunque no se recupera energía, la válvula 101 permitirá cerrar el conducto, realizando así eficazmente esta tarea como válvulas de control de la técnica anterior.

En este sentido, la presencia del rotor 111 no afecta lo más mínimo a las dimensiones exteriores o la función de la válvula 101.

En general, se debe señalar que una válvula según la presente invención se puede obtener por conversión de una válvula conocida, añadiendo a los mismos componentes tales como el rotor y el vástago después de mecanizado mecánico apropiado.

En particular, la realización de la válvula 101 es particularmente ventajosa para convertir una válvula de globo tradicional, dado que el rotor 109 se puede insertar libremente en la cámara 107.

La figura 3 muestra una vista superior en sección de la válvula de control 101 y del rotor 109 de la misma.

Cerca de la entrada 103, la válvula 101 comprende un elemento desviador o desviador de flujo 320, ubicado aguas arriba del rotor 109 respecto a la dirección del flujo de fluido.

El desviador de flujo 320 mejora la eficiencia del rotor 109 al dirigir y concentrar el flujo de fluido hacia los álabes del rotor 109, que así experimentarán un empuje más fuerte. El desviador de flujo 320 puede ser una simple placa anclada y soldada a un soporte, o puede tener formas más eficientes aero-fluido-dinámicamente, como se ejemplifica en la figura 3, para evitar rotura de vena.

Preferiblemente, el desviador de flujo 320 se dispone asimétricamente en la sección de entrada 103 de la válvula 101.

El desviador de flujo 320 también permite poner en movimiento más fácilmente el rotor 109 cuando la válvula 101 está abierta parcialmente, al dirigir asimétricamente el fluido hacia algunos álabes del rotor, facilitando de ese modo al arranque del mismo.

La figura 4 muestra una vista esquemática de una realización de la válvula de control 401, que es de tipo “globo”.

La válvula 401 comprende un cuerpo de válvula 402 que define una entrada 403 y una salida 404 similares a las de la válvula 101. La válvula 401 comprende un obstructor sustancialmente esférico 405, similar al de la válvula 101.

En particular, el obstructor 105 se configura para trasladarse entre una primera posición (véase la figura 4), en la que se permite al fluido fluir entre la entrada 403 y la salida 404, y una segunda posición, en la que dicho obstructor impide el paso del fluido (como se describirá más en detalle a continuación con referencia a la figura 5).

El cuerpo de válvula 402 comprende una cámara de entrada 407, cuyas paredes delimitan un asiento sustancialmente circular 408, con el que coopera el obstructor 405.

En esta realización, el vástago de accionamiento 406 es internamente hueco para permitir el paso del vástago 410, que se conecta al rotor 409 alojado dentro del cuerpo de válvula 402.

Dicho rotor 409 comprende una pluralidad de álabes, de modo que puede rotar continuamente bajo la acción del fluido que fluye a través de la válvula 401.

Además del rotor 409 y el vástago de transmisión 410, la turbina comprende elementos rodantes 411 que permiten al rotor 409 rotar bajo la acción del fluido.

Por lo tanto, también el rotor 409 tiene un eje que está alineado exactamente con la dirección del vástago 410. Además, el eje de rotación del rotor 409 está alineado sustancialmente con la dirección de traslación del obstructor 406.

En esta realización, el vástago de transmisión 410 sobresale del cuerpo de válvula 402 para ser conectado a un utilizador externo (no se muestra), que hace uso de su potencia mecánica.

La turbina 409 se inserta de tal manera que se puede trasladar integralmente con el accionador 405, como se hará más evidente a continuación. De hecho, el rotor 409 se configura para trasladarse a través del asiento 408, conjuntamente con el obstructor 408. Así, todas las piezas móviles de la válvula 401 se conectan entre sí, dando como resultado fabricación y mantenimiento más simples. De hecho, está claro que el obstructor 408 y el rotor 409 se pueden retirar desarmando la válvula 401 en una única etapa.

Las dimensiones del rotor 409 son de manera que ocupa sustancialmente la sección de paso entera en el asiento 408, proporcionando así un flujo entrante axial del fluido desde la cámara 407 y un flujo saliente perimétrico del fluido aguas abajo del asiento 408.

La figura 5 muestra la válvula de control 401 en la configuración cerrada, es decir, con el obstructor 405 en contacto con el asiento 408.

Bajo la acción del sistema accionador 406, el obstructor 405 es llevado a la segunda posición para impedir que el fluido fluya a través de la válvula 401 muy de la misma manera que la descrita anteriormente con referencia a la válvula 101. En este caso también, se debe subrayar que la presencia del rotor 409 no afecta lo más mínimo a las dimensiones exteriores o la función de la válvula 401.

En particular, la realización de la válvula 401 es particularmente ventajosa desde el punto de vista de eficiencia, dado que el rotor 409 está ubicado exactamente en la sección donde ocurre paso de fluido. La figura 6 muestra una vista esquemática de una realización de la válvula de control 601, que es de tipo “globo”.

La válvula 601 comprende un cuerpo 602 que tiene una entrada 603 y una salida 604 similares a las de la válvula 101. La válvula 601 comprende además un obstructor 605, insertado en el cuerpo de válvula 602, y un vástago de accionamiento 606, configurado para trasladar reversiblemente el obstructor 605 dentro del cuerpo de válvula 602. Tales elementos son sustancialmente similares a los de la válvula 101.

El obstructor 605 se configura para trasladarse entre una primera posición (véase la figura 6), en la que se permite al fluido fluir entre la entrada 603 y la salida 604, y una segunda posición, en la que dicho obstructor impide el paso del fluido (como se describirá más en detalle a continuación con referencia a la figura 7).

El cuerpo de válvula 602 comprende una cámara de entrada 607, que delimita un asiento 608, con el que coopera el obstructor 605.

El cuerpo de válvula 602 aloja un rotor 609, que comprende una pluralidad de álabes, de modo que puede rotar continuamente bajo la acción del fluido que fluye a través de la válvula 601.

El rotor 609 se conecta a una trasmisión mecánica de engranajes, conectada a su vez al vástago de salida 610, que permite definir una relación de trasmisión predeterminada y ventajosa. El rotor 609 se monta sobre elementos rodantes 611, que lo soportan y le permiten rotar bajo la acción del fluido.

El vástago de salida 610 sobresale del cuerpo de válvula 602 para ser conectado a un utilizador externo, que hace uso de su potencia mecánica.

Como se puede apreciar en los dibujos, el eje de rotación del rotor 609 está alineado sustancialmente con la dirección de traslación del obstructor 606, que es dada por el sistema accionador 606.

En particular, el eje de rotación del rotor 609 está alineado sustancialmente con el eje a lo largo del que puede deslizar el vástago de accionamiento 606, en la misma dirección que la dirección de traslación del obstructor 606.

A fin de permitir que la válvula 601 se abra en la primera posición mostrada en la figura 6, el rotor 609 se configura para permitir que el obstructor 605 sea alojado al menos parcialmente en la misma. De esta manera, se permitirá que el obstructor 605 se traslade a fin de abrir la válvula.

En la solución de la válvula 601, la turbina se inserta por separado del obstructor, que debe ser acomodado dentro de la turbina cuando la válvula está abierta; así se puede obtener una válvula particularmente compacta.

Las dimensiones del rotor 609 son de manera que ocupa sustancialmente la sección de paso entera en el asiento 608, proporcionando así un flujo entrante axial del fluido desde la cámara 607 y un flujo saliente perimétrico del fluido aguas abajo del asiento 608.

En la solución de la válvula 601, la turbina puede ser totalmente independiente, o se puede conectar para la sola finalidad de mejorar la estabilidad de la propia turbina. Esta elección se puede hacer como función de las dimensiones de la válvula 601 y de la condiciones de funcionamiento, que pueden ser más o menos exigentes.

La figura 7 muestra la válvula de control 601 en la configuración cerrada, es decir, con el obstructor en contacto con el asiento.

Bajo la acción del sistema accionador 606, el obstructor 605 es llevado a la segunda posición para impedir que el fluido fluya a través de la válvula 601, como se ha descrito anteriormente.

En este caso también, se debe subrayar que la presencia del rotor no afecta lo más mínimo a las dimensiones exteriores o la función de la válvula 601.

En particular, la realización de la válvula 601 es particularmente ventajosa desde el punto de vista de eficiencia, dado que el rotor 609 está ubicado exactamente en la sección donde ocurre paso de fluido. La figura 8 muestra una vista esquemática de una realización de la válvula de control 801, que es de tipo “aguja”.

La válvula 801 comprende un cuerpo 802 que tiene una entrada 803 y una salida 804 que permiten que un fluido fluya a través de la válvula 801 en la dirección indicada por las flechas más gruesas.

La válvula 801, en condiciones de funcionamiento, se puede montar en una tubería de un sistema presurizado.

La válvula 801 comprende un elemento ovoide 820, que se inserta en el cuerpo de válvula 802 y se fija respecto a las paredes del cuerpo de válvula. Dicho elemento ovoide 820 da a la válvula 802 la configuración mencionada anteriormente de “aguja”.

En la válvula 801, el elemento ovoide 820 aloja internamente el obstructor 805. La posición del obstructor 805 es controlada por medio de un sistema accionador 806 configurado para trasladar reversiblemente el obstructor 805 dentro del cuerpo de válvula 802.

En la realización ilustrada, el sistema accionador 806 se puede manejar manualmente, p. ej. por medio de un mecanismo tipo tornillo y un mando (no se muestra); no obstante también son posibles otras soluciones, p. ej. mecánicas, hidráulicas, neumáticas, eléctricas o electromecánicas, para el sistema accionador.

El obstructor 805 y el sistema accionador 806 se pueden hacer, en lo que concierne a los otros detalles de construcción (no descritos en esta memoria), según soluciones de la técnica anterior.

El obstructor 805 es sustancialmente en forma semejante a un cilindro, y preferiblemente comprende una pluralidad de rendijas 821 a través de las que puede fluir el fluido en la posición mostrada en la figura 8.

De hecho, el fluido entra a la cámara de entrada 807 alrededor del elemento ovoide 820 y fluye a través de la válvula 806 sin ser dificultado por el obstructor 805, que está en la posición de apertura, en particular al fluir a través de las rendijas 821.

De hecho, en la primera posición mostrada en la figura 8 el obstructor 805 despeja una sección de paso aguas abajo del elemento ovoide.

El obstructor 805 se configura para trasladarse a una segunda posición, en la que se impide al fluido fluir (como se describirá más en detalle con referencia a la figura 9).

El rotor 809 comprende una pluralidad de álabes, configurados para rotar continuamente bajo la acción del fluido que fluye a través de la válvula 801.

El rotor 809 se conforma para ser configurado para acoplarse al elemento ovoide 820. Las dimensiones del rotor 809 son de manera que ocupa sustancialmente la sección libre entera alrededor del elemento ovoide 820.

El rotor 809 se configura para un flujo entrante axial del fluido, en particular aguas abajo del elemento ovoide 820, y para un flujo saliente axial del fluido, considerando la geometría global del rotor 809, a través de las rendijas 821, en el lado derecho del rotor 809.

En particular, el rotor 809 se configura para que a la salida 804 entre un flujo saliente convergente del fluido.

Para esta finalidad, el rotor 809 comprende un orificio central configurado para permitir que el obstructor 805 sea alojado en el mismo, tanto en la primera posición de la figura 8 como en la segunda posición, lo que se describirá más en detalle más adelante con referencia a la figura 9.

La turbina comprende, además del rotor 809, un vástago de transmisión 810 al que se conecta el rotor 809 por medio de un sistema de engranajes; el vástago es impulsado por el par producido por el rotor. El rotor 811 es soportado por elementos rodantes 811, tales como cojinetes u otros sistemas conocidos, que permiten al rotor 809 rotar bajo la acción del fluido.

En esta realización, el vástago de transmisión 810 sobresale del cuerpo de válvula 802 para ser conectado a un utilizador externo.

En general, la turbina es restringida por medio de cojinetes u otras soluciones mecánicas que podrían ser más apropiadas dependiendo de sus dimensiones, y transmite el movimiento rotatorio al exterior por medio de un sistema de engranajes o uniones de impulsión magnéticas adecuados.

Preferiblemente, el extremo saliente del vástago 810 se conecta mecánicamente a un utilizador que usará la potencia mecánica proporcionada por el vástago debido a rotación del rotor.

Como se muestra claramente en los dibujos, el eje de rotación del rotor 809 está alineado sustancialmente con la dirección de traslación del obstructor 805.

En particular, el eje de rotación del rotor 809 está alineado sustancialmente con el eje deslizante del elemento cilíndrico, dentro del elemento ovoide 820.

De esta manera, el rotor de turbina insertado en la válvula de control tendrá su eje de rotación alineado con la dirección de movimiento del obstructor 805, y la forma interna del cuerpo de válvula 802 permitirá reducir las dimensiones de la válvula y aumentar la eficiencia de la turbina.

En realizaciones alternativas, se pueden posicionar desviadores de flujo adecuados (no se muestran) aguas arriba del obstructor 805 y del rotor 809 a fin de desencadenar el movimiento rotatorio y aumentar la eficiencia de la turbina. Al canalizar en los lados del sistema de impulsión de obstructor como en una válvula de aguja normal, el flujo se encuentra a la turbina antes de encontrarse al obstructor. También, las rendijas 821 del obstructor 805 pueden tener un ángulo de incidencia apropiado a fin de facilitar el flujo saliente del fluido desde los álabes del rotor 809.

La figura 9 muestra la válvula de control 801 en la configuración cerrada, es decir, con el obstructor 805 trasladado a una segunda posición. En esta segunda posición, el obstructor 805 se configura para obstruir la sección de paso por medio de una pared lateral del cilindro 805, que no tiene rendijas 821. En esta configuración, el obstructor impide que fluya fluido a través de la válvula 801.

Cuando se hace funcionar el sistema accionador 806, el obstructor 805 se moverá a la izquierda para despejar la válvula, provocando así que la sección de paso de las rendijas 821 coincida con la sección libre.

La figura 10 muestra una vista esquemática de una realización de la válvula de control 1001, que es de tipo “aguja”. La válvula 1001 comprende un cuerpo 1002 que tiene una entrada 1003 y una salida 1004 similares a las ya descritas. La válvula 1001 comprende además un elemento ovoide 1020 similar al ya descrito con referencia a la válvula 801. También en la válvula 1001, el elemento ovoide 1020 aloja internamente el obstructor 1005, cuya posición es controlada por medio de un sistema accionador 1006 similar al sistema 806.

El obstructor 1005 es sustancialmente en forma semejante a un cilindro, y preferiblemente comprende una pluralidad de rendijas 1021 a través de las que puede fluir el fluido en la posición mostrada en la figura 10, de manera similar a la válvula 801.

El rotor 1009 comprende una pluralidad de álabes, configurados para rotar continuamente bajo la acción del fluido que fluye a través de la válvula 1001.

En particular, el rotor 1009 se ubica aguas arriba del elemento ovoide 1020, con respecto a la dirección del flujo de fluido en la cámara 1007.

El rotor 1009 se conforma para ser configurado para acoplarse al elemento ovoide 1020. Las dimensiones del rotor 1009 son de manera que ocupa sustancialmente la sección libre entero alrededor del elemento ovoide 1020.

El rotor 1009 se configura para un flujo entrante axial del fluido, en particular aguas arriba del elemento ovoide 1020, y para un flujo saliente axial del fluido, en particular, considerando la geometría global del rotor 1009, para un flujo saliente axial divergente alrededor del elemento ovoide 1020 en la cavidad 1007.

En particular, el rotor 1009 se configura para un flujo saliente divergente del fluido alrededor del elemento ovoide 1020. Además del rotor 1009, la turbina comprende un vástago de transmisión 1010 al que se conecta el rotor 1009 por medio de un sistema de engranajes, que es sustancialmente similar al vástago de transmisión 810, aunque en una posición diferente.

Como se muestra claramente en los dibujos, el eje de rotación del rotor 1009 está alineado sustancialmente con la dirección de traslación del obstructor 1005.

En particular, el eje de rotación del rotor 1009 está alineado sustancialmente con el eje deslizante del elemento cilíndrico, dentro del elemento ovoide 1020.

De esta manera, el rotor de turbina insertado en la válvula de control tendrá su eje de rotación alineado con la dirección de movimiento del obstructor 1005, y la forma interna del cuerpo de válvula 1002 permitirá reducir las dimensiones de la válvula y aumentar la eficiencia de la turbina.

En particular, en la solución de la válvula de control 1001 existe la ventaja de que el mecanismo de cierre de válvula no tiene que ser modificado profundamente, dado que el rotor se inserta aguas arriba del elemento ovoide 1020, en una región que no está implicada en la traslación del obstructor 1005.

La figura 11 muestra la válvula de control 1001 en la configuración cerrada, es decir, con el obstructor 1005 trasladado a una segunda posición. En esta segunda posición, el obstructor 1005 se configura para obstruir la sección de paso por medio de una pared lateral del cilindro 1005, que no tiene rendijas 1021. En esta configuración, el obstructor impide que fluya fluido a través de la válvula 1001.

Cuando se hace funcionar el sistema accionador 1006, el obstructor 1005 se moverá a la izquierda para despejar la válvula, provocando así que la sección de paso de las rendijas 1021 coincida con la sección libre.

En general, en la posición de la trasmisión mecánica descrita anteriormente para conexión al utilizador externo, se puede usar un sistema de impulsión magnética para transferir el movimiento del rotor fuera de cuerpo de válvula. Así será posible explotar la rotación del rotor mientras se limitan las disipaciones de energía debidas a acoplamientos mecánicos y se asegura la hermeticidad hidráulica de la válvula; esta solución alternativa también se puede emplear ventajosamente en condiciones particularmente exigentes, teniendo en consideración la naturaleza del fluido que tiene que ser controlado (líquidos o gases inflamables, o dispositivos de control para beber agua o fluidos que no deben contaminarse).

Aplicabilidad industrial

La presente solución permite fabricar una válvula de control que ofrece numerosas ventajas.

Esta válvula de control permite recuperar parte de la energía disipada durante los procesos para controlar fluidos presurizados.

Usando válvulas según la presente invención, será posible crear válvulas autónoma para aplicaciones no dependientes de la red, es decir, aplicaciones en donde una red eléctrica no suministra energía, sino por la energía recuperada del propio proceso de control.

Está claro que, a la luz de la presente descripción, el experto en la técnica podrá concebir muchas variantes que todavía se encuentren dentro del alcance de protección presentado en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, se puede concebir variantes de rotor que difieran esencialmente entre sí en el número y la forma de los álabes, cuyos rasgos se establecerán según técnicas ingenieriles conocidas. De hecho, se pueden concebir variantes diversificadas de rotor para una válvula según la presente invención, dependiendo de si tendrán generalmente que trabajar total o parcialmente abiertas, con fluidos compresibles o incompresible.

También será posible, por ejemplo, optimizar la forma y la construcción de los diversos elementos de la válvula según las condiciones predominantes de funcionamiento de la propia válvula.

En lo que concierne a los materiales de construcción, se adoptarán los criterios de buena práctica ingenieril, usando aleaciones metálicas conocidas típicamente empleadas para válvulas de control comunes, y teniendo en cuenta las presiones y temperaturas de funcionamiento implicadas, la agresividad del entorno de trabajo, y la corrosión del fluido.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Válvula de control para un flujo de fluido, que comprende: un cuerpo de válvula (602, 802, 1002) que define una entrada (603, 803, 1003) y una salida (604, 804, 1004) para dicho fluido, un obstructor (605, 805, 1005) insertado ^{en dicho cuerpo de válvula (}602^{, 802, 1002), y un sistema accionador (606, 806, 1006) configurado para trasladar} reversiblemente dicho obstructor (605, 805, 1005) entre una primera posición, en la que dicho obstructor (605, 805, 1005) permite el paso de dicho fluido entre dicha entrada (603, 803, 1003) y dicha salida (604, 804, 1004), y una segunda posición, en la que dicho obstructor (605, 805, 1005) impide el paso de dicho fluido entre dicha entrada (603, 803, 1003) y dicha salida (604, 804, 1004), dicha válvula de control comprende además un rotor de turbina (609, 809, 1009) alojado dentro de dicho cuerpo de válvula (602, 802, 1002), en donde dicho rotor (609, 809, 1009) comprende una pluralidad de álabes y se configura para rotar continuamente bajo la acción de dicho fluido que fluye entre dicha entrada (603, 803, 1003) y dicha salida (604, 804, 1004), dicho rotor (609, 809, 1009) rota alrededor de un eje de rotación sustancialmente alineado con la dirección de traslación de dicho obstructor (605, 805, 1005), en donde

dicho cuerpo de válvula (602) comprende internamente paredes que delimitan una cámara de entrada de fluido (607) que tiene un asiento sustancialmente circular (608), y en donde dicho obstructor (605) es en forma sustancialmente de disco, y en donde dicho obstructor (605) se configura para al menos no restringir parcialmente una sección de paso en dicho asiento (608) en dicha primera posición, y en donde dicho obstructor (605) se configura además para trasladarse adentro de dicha segunda posición, para topar sobre dicho asiento (608), a fin de ocluir dicha sección de paso, en que dicho rotor (609) se dimensiona para acoplarse sustancialmente a dicha sección de paso entera en dicho asiento (608), y en donde dicho rotor (609) se configura para un flujo entrante axial de dicho fluido adentro de él, y para un flujo saliente perimétrico de dicho fluido desde dicho rotor, y caracterizado por que dicho rotor (609) se configura para permitir al menos una acomodación parcial de dicho obstructor (605) dentro de él, para permitir traslación de dicho obstructor (605) adentro de dicha primera posición.

2. Válvula de control según la reivindicación 1, en donde dicho rotor se configura además para trasladarse conjuntamente con dicho obstructor, pasando a través de dicho asiento.

3. Válvula de control según la reivindicación 1, en donde dicho rotor se dimensiona para acoplarse sustancialmente a dicha sección de paso entera en dicho asiento, y en donde dicho rotor se configura para un flujo entrante perimétrico de dicho fluido adentro de él, y para un flujo saliente axial de dicho fluido desde dicho rotor, dicho rotor se posiciona en dicha cámara de entrada de fluido.

4. Válvula de control según la reivindicación 3, en donde dicho cuerpo de válvula comprende, proximal a dicha entrada, un desviador de flujo configurado para dirigir dicho flujo de fluido asimétricamente sobre el perímetro de dicho rotor, para desencadenar la rotación de dicho rotor.

5. Válvula de control según la reivindicación 1, en donde dicho cuerpo de válvula (802, 1002) comprende internamente un elemento ovoide (820, 1020) que se fija con respecto a las paredes laterales de dicho cuerpo de válvula (802, 1002), en donde dicho elemento ovoide (820, 1020) aloja internamente dicho obstructor (805, 1005), en donde dicho obstructor (805, 1005) es sustancialmente en forma de cilindro, preferiblemente comprende una pluralidad de rendijas (821, 1021), y en donde dicho obstructor (805, 1005) se configura para no restringir al menos parcialmente una sección de paso (804, 1004) para dicho fluido aguas abajo de dicho elemento ovoide (820, 1020) en dicha primera posición, y en donde dicho obstructor (805, 1005) se configura además para trasladarse adentro de dicha segunda posición, para ocluir dicha sección de paso (804, 1004) por medio de la pared lateral de dicho cilindro, en particular por medio de una parte de dicho pared lateral sin dichas rendijas (821, 1021).

6. Válvula de control según la reivindicación 5, en donde dicho rotor (809, 1009) se forma para emparejarse con dicho elemento ovoide (820, 1020), y se dimensiona para ocupar sustancialmente la sección libre entera (807, 1007) alrededor de dicho elemento ovoide (820, 1020), y en donde dicho rotor (809, 1009) se configura para un flujo entrante axial de dicho fluido adentro de él, y para un flujo saliente axial de dicho fluido desde dicho rotor (809, 1009).

7. Válvula de control según la reivindicación 6, en donde dicho rotor (1009) se ubica aguas arriba de dicho elemento ovoide (1020) con respecto a la dirección de dicho fluido entre dicha entrada (1003) y dicha salida (1004), y en donde dicho flujo saliente desde dicho rotor (1009) es divergente alrededor de dicho elemento ovoide (1020).

8. Válvula de control según la reivindicación 6, en donde dicho rotor (809) se ubica aguas abajo de dicho elemento ovoide (820) con respecto a la dirección de dicho fluido entre dicha entrada (803) y dicha salida (804), y en donde dicho flujo saliente desde dicho rotor (809) es convergente para entrar a dicha salida (804).

9. Válvula de control según la reivindicación 8, en donde dicho rotor (809) comprende un orificio central configurado para permitir que dicho obstructor (805) sea alojado en el mismo, tanto en dicha primera posición como en dicha segunda posición.

10. Válvula de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde dicha turbina comprende dicho rotor (609, 809, 1009), en donde dicho rotor (609, 809, 1009) es soportado por elementos rodantes (611, 811, 1011) permitiéndole rotar alrededor de dicho eje de rotación, y en donde dicha turbina comprende además una trasmisión adaptada para hacer rotar un vástago (610, 810, 1010) que sobresale de dicho cuerpo de válvula (602, 802, 1002) y configurado para ser conectado a un utilizador externo mecánico o eléctrico.

11. Válvula de control según la reivindicación 10, en donde dicha trasmisión es una trasmisión mecánica, que comprende preferiblemente una trasmisión de engranajes que tiene una relación de trasmisión predefinida.

12. Válvula de control según la reivindicación 10, en donde dicha trasmisión es una trasmisión de impulsión magnética.