ITCO20130060A1

ITCO20130060A1 - Valvola di controllo multistadio

Info

Publication number: ITCO20130060A1
Application number: IT000060A
Authority: IT
Inventors: Lorenzo Bergamini; Vincenzo Pietanza
Original assignee: Nuovo Pignone Srl
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2015-05-16
Also published as: KR102242216B1; EP3069060A1; EP3069060B1; US20160281880A1; JP2016540937A; US9890874B2; WO2015071398A1; CN105899863B; KR20160085871A; JP6609731B2; CN105899863A

Description

Multistage control valve/ Valvola di controllo multistadio DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad una valvola di controllo multistadio. STATO DELLA TECNICA

Lo stato della tecnica del trim multistadio per valvole di controllo ha molte possibili configurazioni. Uno dei tipi più comuni è composto da cilindri cavi perforati concentrici.

Questo tipo di trim ha due soluzioni principali:

a) in una prima soluzione, mostrata nelle figure allegate 1a-b, la corsa viene divisa in livelli assiali separati. Una spina centrale scorre all'interno del cilindro più interno da un'estremità assiale, corrispondente alla posizione completamente chiusa della valvola, all'estremità assiale opposta, corrispondente alla posizione completamente aperta della valvola, del trim. Lungo la sua corsa, la spina apre progressivamente in serie i livelli assiali della valvola, dal primo all'ultimo;

b) una seconda soluzione è descritta nel documento EP1408265. In questo caso, la spina centrale scorre all'interno del cilindro più interno aprendo progressivamente una pluralità di fori previsti lungo il cilindro interno, un pieno anulare essendo previsto tra il cilindro interno e un secondo cilindro esterno dotato di una seconda pluralità di fori. Il pieno anulare è in comunicazione con tutti i fori dei cilindri interno ed esterno. Attraversando i fori del cilindro interno, un gas si espande nel pieno anulare e quindi lascia il trim attraversando i fori nel cilindro esterno. Caratteristiche svantaggiose di queste soluzioni sono, rispettivamente: a) mantenere la velocità del fluido al di sotto di certi limiti all'espansione del gas attraverso il trim, la dimensione dei fori deve essere aumentata procedendo dai cilindri di ingresso ai cilindri di uscita. Ciò aumenta il rumore nell'ultimo stadio, corrispondente al cilindro più esterno, del trim; b) allo scorrere della spina, la distribuzione della caduta di pressione tra gli stadi viene modificata. In particolare, alle aperture di valvola ridotte, il primo stadio è sottoposto ad una perdita di pressione e a una generazione di rumore molto elevate. Inoltre, i getti a monte dell'ultimo stadio non vengono del tutto deviati e mascherati.

Sarebbe pertanto desiderabile fornire una valvola migliorata che possa mantenere i vantaggi ed evitare gli inconvenienti di entrambe le soluzioni di cui sopra.

RIASSUNTO

Tale scopo è raggiunto attraverso una valvola di controllo comprendente:

- un trim cavo cilindrico che definisce un alesaggio interno che si estende lungo un asse tra una prima apertura e una seconda apertura, detta prima apertura definendo un ingresso di detta valvola, detto trim comprendendo:

- un primo cilindro esterno che si estende lungo detto asse e comprende una prima pluralità di fori passanti radiali che definiscono un'uscita di detto trim,

- un secondo cilindro, alloggiato in detto primo cilindro e coassiale con esso, detto secondo cilindro comprendendo una seconda pluralità di fori passanti radiali,

- una spina che ha una dimensione tale da adattarsi all'interno dell'alesaggio e mobile in modo scorrevole lungo detto asse tra una posizione chiusa prossimale a detta prima apertura ed una posizione completamente aperta prossimale a detta seconda apertura, attraverso una pluralità di posizioni parzialmente aperte, in cui in detta posizione completamente aperta tutti i fori di detta prima e seconda pluralità di fori passanti sono in comunicazione con detto alesaggio interno e in cui in ciascuna di dette posizioni parzialmente aperte soltanto una rispettiva porzione di fori di detta prima e seconda pluralità di fori passanti è in comunicazione con detto alesaggio interno,

caratterizzata dal fatto:

- detti fori di detta prima pluralità sono più piccoli in termini di diametro rispetto ai fori di detta seconda pluralità,

- detti fori di detta prima pluralità sono maggiori in termini di numero rispetto ai fori di detta seconda pluralità,

- per ciascun foro di uno tra detti primo e secondo cilindro, la sporgenza lungo una direzione radiale sull'altro tra detto primo e secondo cilindro è distanziata da ciascun foro dell'altra tra detta prima e seconda pluralità. La soluzione di cui sopra permette di ottenere i seguenti vantaggi:

- minore rumore rispetto alla prima soluzione della tecnica anteriore (figure 1 a-b) a tutti i regimi di flusso.

- Minore rumore rispetto alla seconda soluzione della tecnica anteriore (EP1408265) ad una apertura di valvola parziale.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Altri scopi, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione delle forme di realizzazione dell'invenzione considerate insieme ai disegni seguenti, in cui:

- le figure 1a-b sono, rispettivamente, una vista assonometrica e una in sezione di un componente di una valvola secondo la tecnica anteriore; - la figura 2 è una vista assonometrica in sezione di una valvola secondo la presente invenzione;

- le figure 3a-b sono, rispettivamente, due viste in sezione di due diverse forme di realizzazione di un componente della valvola in figura 2.

- le figure 4 e 5 sono viste dettagliate del componente in figura 3a.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI ALCUNE FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE

Facendo riferimento alla prima forma di realizzazione della presente invenzione (figure 2, 3a, 4 e 5), una valvola di controllo multistadio 1 comprende un trim cilindrico cavo 2 che si estende lungo un asse longitudinale Y e una spina 6 che ha una dimensione tale da adattarsi all'interno dell'alesaggio 5 e mobile in modo scorrevole lungo l'asse Y. Il trim cavo 2 definisce un alesaggio interno 5 orientato lungo l'asse Y tra una prima apertura circolare 3 e una seconda apertura circolare 4. La prima apertura 3 definisce un ingresso della valvola 1. Il trim 2 comprende un primo cilindro esterno 11 che si estende lungo l'asse Y e che comprende una prima pluralità 14 di fori passanti radiali che definiscono un'uscita della valvola 1. Il trim 2 comprende anche un secondo cilindro 12, alloggiato nel primo cilindro 11 e coassiale con esso. Il secondo cilindro 12 comprende una seconda pluralità 15 di fori passanti radiali.

La spina 6 scorre tra una posizione chiusa prossimale alla prima apertura 3 e una posizione completamente aperta prossimale alla seconda apertura 4, attraverso una pluralità di posizioni parzialmente aperte. Nella posizione completamente aperta, tutti fori della prima e della seconda pluralità 14, 15 dei fori passanti sono in comunicazione con l'alesaggio interno 5. In ciascuna di dette posizioni parzialmente aperte, solo una rispettiva porzione di fori della prima e della seconda pluralità 14, 15 di fori passanti è in comunicazione con detto alesaggio interno 5.

Il trim 2 comprende inoltre una pluralità di pareti anulari 20 ortogonali all'asse Y e che si estendono attraverso un interspazio anulare 11 a da uno all'altro di detto primo e secondo cilindro 11, 12 per dividere detto trim 2 in una pluralità di livelli (nove livelli 2a-i) nelle forme di realizzazione delle figure allegate 2-4) distribuiti assialmente lungo l'asse Y tra detta prima e seconda apertura 3, 4. Ciascun livello 2a-i comprende rispettive porzioni del primo e del secondo cilindro 11, 12 e rispettive porzioni della prima e della seconda pluralità di fori 13, 14. Ciascuno dei livelli 2a-i definisce una delle posizioni parzialmente aperte.

Nella prima forma di realizzazione della presente invenzione, la valvola 1 comprende due stadi e il trim 2 comprende esclusivamente il primo e il secondo cilindro 11, 12. Quando la valvola 1 è completamente o parzialmente aperta, ovvero quando la spina 6 è distante dalla prima apertura 3, un fluido scorre dalla prima apertura 3 verso almeno parte dei livelli 2a-i riducendo la sua pressione energetica. Il fluido passa prima attraverso il secondo cilindro interno 12 che costituisce un primo stadio della caduta di pressione, poi attraverso l'interspazio anulare 11 a e infine attraverso il primo cilindro esterno 11 che costituisce un secondo e ultimo stadio della caduta di pressione.

I fori della prima e della seconda pluralità 13, 14 hanno una dimensione e posizione tali per cui:

a) la prima pluralità 14 è più piccola in termini di diametro rispetto ai fori della seconda pluralità 15,

b) i fori della prima pluralità 14 sono maggiori in termini di numero rispetto ai fori di detta seconda pluralità,

c) per ciascun foro 14, 15 di uno tra detto primo e secondo cilindro 11, 12, la sporgenza lungo una direzione radiale sull'altro tra il primo e il secondo cilindro 12, 11 è distanziata da ciascun foro 15, 14 dell'altra tra detta prima e seconda pluralità di fori.

Per la configurazione di cui sopra, i fori della prima pluralità 14 non sono allineati parzialmente, lungo la direzione radiale ortogonale all'asse Y, con i fori della seconda pluralità 15.

I fori della prima e della seconda pluralità 13, 14 hanno inoltre una dimensione e una posizione tali per cui:

- la distanza I tra i centri dei due fori adiacenti 14 della prima pluralità è compresa tra 1 ,3d e 3d, dove d è il diametro medio dei fori della prima pluralità 14. In particolare, secondo una forma di realizzazione possibile della presente invenzione, i fori della prima pluralità 14 hanno tutti lo stesso diametro d;

- in ciascun livello 2a-i, l’area in sezione trasversale totale A dei fori della prima pluralità 14 è compresa tra 1 ,1 B e 3B, dove B è l’area in sezione trasversale totale B dei fori della seconda pluralità di fori 15.

In una seconda forma di realizzazione della presente invenzione (figura 3b), la valvola 1 comprende tre stadi e il trim 2 comprende anche un terzo cilindro 13 alloggiato nel secondo cilindro 12 e coassiale con esso. Il terzo cilindro 13 comprende una terza pluralità 16 di fori passanti radiali. Analogamente al primo e al secondo cilindro 11, 12, anche i fori della coppia dei cilindri adiacenti costituita dal secondo e dal terzo cilindro 12, 13 sono disposti in modo tale che per ciascun foro di uno tra il secondo e il terzo cilindro, la sporgenza lungo una direzione radiale dell'altro tra il secondo e il terzo cilindro sia distanziata da ciascun foro dell'altra tra detta seconda e terza pluralità di fori. Il trim della seconda forma di realizzazione comprende un secondo interspazio anulare 12a da uno all'altro di detto secondo e terzo cilindro 12, 13. In tale seconda forma di realizzazione, il fluido scorre dalla prima apertura 3 ad almeno parte dei livelli 2a-i riducendo la sua pressione energetica. Il fluido passa prima attraverso il terzo cilindro 13, che costituisce un primo stadio della caduta di pressione, e poi attraverso il secondo interspazio anulare 12a. Dal secondo interspazio anulare 12a il fluido passa al secondo cilindro interno 12 che costituisce un secondo stadio della caduta di pressione, poi attraverso l'interspazio anulare 11 a e infine attraverso il primo cilindro esterno 11 che costituisce un terzo e ultimo stadio della caduta di pressione.

Secondo altre forme di realizzazione (non mostrate), la valvola 1 comprende quattro o più stadi e il trim 2 comprende quattro o più cilindri, corrispondenti ciascuno ad un rispettivo stadio della caduta di pressione. In generale, per tutte le forme di realizzazione, è tuttavia necessario che i fori della prima e seconda pluralità 13, 14 abbiano inoltre una dimensione e una posizione tali per cui le condizioni di cui sopra a), b) e c) siano rispettate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Valvola di controllo (1) comprendente: - un trim cavo cilindrico (2) che definisce un alesaggio interno (5) che si estende lungo un asse (Y) tra una prima apertura (3) e una seconda apertura (4), detta prima apertura (3) definendo un ingresso di detta valvola (1), detto trim (2) comprendendo: - un primo cilindro esterno (11) che si estende lungo detto asse (Y) e comprende una prima pluralità (14) di fori passanti radiali che definiscono un’uscita di detto trim, - un secondo cilindro (12), alloggiato in detto primo cilindro (11) e coassiale con esso, detto secondo cilindro comprendendo una seconda pluralità (15) di fori passanti radiali, - una spina (6) che ha una dimensione tale da adattarsi all'interno dell'alesaggio (5) e mobile in modo scorrevole lungo detto asse (Y) tra una posizione chiusa prossimale a detta prima apertura (3) e una posizione completamente aperta prossimale a detta seconda apertura (4), attraverso una pluralità di posizioni parzialmente aperte, in cui in detta posizione completamente aperta tutti i fori di detta prima e seconda pluralità (14, 15) di fori passanti sono in comunicazione con detto alesaggio interno (5) e in cui in ciascuna di dette posizioni parzialmente aperte soltanto una rispettiva porzione di fori di detta prima e seconda pluralità (14, 15) di fori passanti è in comunicazione con detto alesaggio interno (5), caratterizzata dal fatto che: - detti fori di detta prima pluralità (14) sono più piccoli in termini di diametro rispetto ai fori di detta seconda pluralità (15), - detti fori di detta prima pluralità (14) sono maggiori in termini di numero rispetto ai fori di detta seconda pluralità (15), - per ciascun foro (14, 15) di uno tra detto primo e secondo cilindro (11, 12) la sporgenza lungo una direzione radiale sull'altro tra detto primo e secondo cilindro (12, 11) è distanziata da ciascun foro (15, 14) dell'altra tra detta prima e seconda pluralità.
2. Valvola di controllo secondo la rivendicazione 1 , in cui detto trim (2) comprende inoltre una pluralità di pareti anulari (20) ortogonali a detto asse (Y) e che si estendono attraverso uno spazio anulare (11 a) da uno all'altro di detto primo e secondo cilindro (11, 12) per dividere detto trim (2) in una pluralità di livelli (2a-i) assialmente distribuiti lungo detto asse (Y) tra detta prima e seconda apertura (3, 4), ciascuno di detti livelli (2ai) definendo una di dette posizioni parzialmente aperte.
3. Valvola di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui detto trim (2) comprende inoltre almeno un terzo cilindro (13) alloggiato in detto secondo cilindro (12) e coassiale con esso, detto almeno terzo cilindro (13) comprendendo una rispettiva terza pluralità (16) di fori passanti radiali, i fori di ciascuna coppia (11, 12; 12, 13) di cilindri adiacenti in detto trim (2) essendo disposti in modo tale che per ciascun foro di uno (11, 12; 12, 13) di detti cilindri adiacenti la sporgenza lungo una direzione radiale sull'altro (12, 11; 13, 12) di detti cilindri adiacenti sia distanziata da ciascun foro della pluralità di fori sull'altro di detti cilindri adiacenti.
4. Valvola di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui la distanza (I) tra i centri dei due fori (14) di detta prima pluralità è maggiore di 1,3d e minore di 3d, in cui d è il diametro medio dei fori di detta prima pluralità.
5. Valvola di controllo secondo la rivendicazione 4, in cui i fori (14) di detta prima pluralità hanno tutti lo stesso diametro (d).
6. Valvola di controllo secondo la rivendicazione 2, in cui in ciascun livello l'area totale in sezione trasversale (A) dei fori di detta pluralità (14) è maggiore di 1,1 B e minore di 3B, dove B è l'area in sezione trasversale totale (B) dei fori di detta seconda pluralità (15).