ITPD990058A1 - Gruppo valvolare per la regolazione della portata di un gascombustibile. - Google Patents

Description

La presente invenzione si riferisce ad un gruppo valvolare per la regolazione della portata di un gas combustibile secondo il preambolo della rivendicazione principale .

Tali gruppi valvolari sono notoriamente utilizzati per regolare la portata di un gas combustibile erogato ad un bruciatore od altra simile utenza attraverso un condotto di erogazione.

Sono noti gruppi in cui la regolazione della portata di gas è effettuata attraverso la regolazione controllata della pressione di erogazione, tra valori di pressione minimo e massimo, svolta tramite una servo-valvola asservita ad un gruppo di modulazione con comando a membrana. Sulla membrana di questo gruppo agiscono, da un lato la pressione di erogazione del gas, come rilevata nel condotto di erogazione alla utenza, e dall'altro lato un carico elastico assoggettato all'azione dell'equipaggio mobile di un attuatore elettromagnetico. In tal modo la pressione di erogazione può essere modulata in modo correlato alla corrente elettrica alimentata al solenoide dell 'attuatore elettromagnetico e variabile tra un valore minimo ed un valore massimo.

Uno degli inconvenienti riscontrati con tali gruppi consiste nel fatto che le isteresi meccanica ed in particolare magnetica indotte nell'attuatore elettromagnetico nelle corse di regolazione tra i valori minimo e massimo di pressione comportano imprecisioni nel posizionamento dell'attuatore tali da indurre valori di pressione di erogazione diversi (dovuti alle curve di isteresi) a parità di corrente alimentata al solenoide. Tali imprecisioni non sono tollerabili in quelle applicazioni in cui sia richiesto un controllo preciso della modulazione della portata di gas erogata all'utenza. Sono altresì noti gruppi valvolari in cui la regolazione della portata è effettuata mantenendo costante la pressione di erogazione e regolando in modo controllato l'apertura di una luce di efflusso del gas nel condotto di erogazione. Tuttavia gli attuatori previsti per il comando dell'otturatore associato a questa luce di efflusso, in particolare quelli di tipo elettromagnetico di normale utilizzo nella tecnica del gas, presentano gli stessi inconvenienti sopra indicati e non si prestano pertanto favorevolmente ad applicazioni in cui sia richiesta una elevata precisione nella modulazione della portata di gas erogato .

Il problema alla base della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un dispositivo regolatore della portata di un gas strutturalmente e funzionalmente concepito così da ovviare a tutti gli inconvenienti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata.

Le caratteristiche ed i vantaggi dell'invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue di due suoi preferiti esempi di attuazione illustrati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento ai disegni acclusi in cui,

- la figura 1 è una vista schematica in sezione di un primo esempio di un gruppo valvolare realizzato in accordo con l'invenzione,

- la figura 2 è una vista schematica in sezione di un secondo esempio di realizzazione del gruppo valvolare secondo 1'invenzione,

- la figura 3 è una vista parziale in sezione ed in scala ingrandita di un particolare del gruppo valvolare di figura 2,

la figura 4 è una vista in alzato frontale di un particolare del gruppo valvolare della figura 2,

la figura 5 è una vista corrispondente a quella di figura 4 in una variante di realizzazione del particolare di figura 4,

- la figura 6 è una vista in pianta dall'alto di un ulteriore particolare del gruppo valvolare di figura 2,

- la figura 7 è una vista in sezione secondo la linea VII-VII di figura 6.

Con riferimento alla figura 1, con 1 è complessivamente indicato un gruppo valvolare per la regolazione della portata di un gas combustibile erogato ad un bruciatore o altra simile utenza, non rappresentato in figura. Il gas è alimentato al gruppo 1 in corrispondenza di un condotto di alimentazione 2 ed è erogato da esso attraverso un condotto di erogazione 3.

I condotti 2 e 3 sono separati da una servo-valvola 4 comprendente un otturatore 5 elasticamente sollecitato in chiusura di una sede 6 dal carico elastico di un molleggio 7 e comandabile in apertura da una membrana 8 sensibile al differenziale di pressione esistente tra la pressione Pu nel condotto di erogazione 3, da un lato ed il valore della pressione Pt in una camera di pilotaggio 9, dall'altro lato. Il valore della pressione Pt è controllato attraverso il comando mediato da una valvola di modulazione della pressione a membrana, indicata con 10 e costituente con la servo-valvola 4 un dispositivo regolatore di pressione servo-assistito a membrana.

La valvola di modulazione 10 comprende un'asta di manovra il avvitata ad una sua estremità assiale in una formazione a bicchiere 12. Una molla 13 è attiva tra la formazione a bicchiere 12 ed un piattello 14 portaotturatore 15 suscettibile di intercettare una sede 16. Il piattello 14 è solidarizzato ad una membrana 17 della valvola modulatrice assoggettata da un lato al carico esercitato tramite l'asta di manovra il e dall'altro lato alla pressione esistente in una camera 18. Detta camera 18 è in comunicazione con il condotto di erogazione 3, tramite un travaso 19, e con una seconda camera 20, tramite la sede di valvola 16. La seconda camera 20 è sempre in comunicazione con la camera di pilotaggio 9 tramite un secondo travaso 21, mentre è selettivamente comunicante con un condotto 22 di spillamento del gas alimentato all'ingresso del gruppo valvolare e con un condotto 23 aperto nella camera 18, attraverso una valvola di intercettazione globalmente indicata con 24.

La valvola di intercettazione 24 comprende un otturatore 25 sollecitato in chiusura di una sede 26 e spostabile in chiusura di una contrapposta sede 27, in modo tale che le sedi 26, 27 siano alternativamente aperte o chiuse mediante comando della valvola di intercettazione. Nel condotto 22 è prevista una strozzatura 22a tale da indurre una perdita di carico per derivare la pressione di pilotaggio Pt da ima frazione della portata di gas spillata all'ingresso del gruppo valvolare dalla portata alimentata attraverso il condotto 2.

L'asta di manovra 11 è provvista di una filettatura esterna 28 suscettibile di impegnare in avvitamento una madre-vite 29 formata internamente ad una boccola 30.

Detta boccola 30 è rigidamente collegata e coassiale con il rotore 31 di un motore elettrico 32 associato alla valvola 10. Il motore 32 è un motore elettrico a corrente continua e preferibilmente è un motore del tipo passopasso.

L'asta di manovra 11 è collegata tramite l'accoppiamento vite-madrevite con l'albero cavo del rotore 31 con rapporto di trasmissione unitario.

L'asta di manovra 11 è altresì provvista di una coppia di risalti radiali 33 sporgenti e diametralmente opposti per l'impegno di rispettive gole 34 formate in un involucro 35 del motore, collegato rigidamente alla parte statorica del motore stesso. Grazie all'impegno delle gole 34 da parte dei risalti 33, l'asta di manovra filettata 11 è guidata lungo la direzione del suo sviluppo assiale in modo tale che, per effetto dell'accoppiamento vitemadrevite, ad una rotazione della boccola 30 corrisponda uno scorrimento assiale dell'asta 11, con conseguente variazione del carico elastico generato sulla molla 13 ed a sua volta indotto sulla membrana 17.

Una molla 36 è attiva tra la formazione a bicchiere 12 e l'involucro 35 {solidarizzato alla parte statorica del motore) e serve a mantenere i corrispondenti fianchi delle filettature dell'accoppiamento vite-madrevite in continuo e reciproco contatto annullando così i giochi presenti nell'accoppiamento.

Con 37 è indicata una battuta regolabile ricavata sulla superficie di una vite 38 avvitata in un foro assiale 39 filettato dell'involucro del motore 32.

Una elettrovalvola di sicurezza, complessivamente indicata con 40, è collocata a monte del gruppo valvolare 1 e serve ad intercettare il flusso di gas principale alimentato attraverso il condotto 2.

A seguito di un comando in rotazione del motore 32, l'asta di manovra 11 è spostata assialmente tra una prima posizione in cui è attestata contro la battuta 37, per indurre un carico elastico minimo sulla molla 13, e conseguentemente un valore minimo di pressione di erogazione Pu, ed una seconda posizione in cui l'asta è spostata a comprimere la molla per indurre un prescelto carico elastico massimo correlato al valore di pressione di erogazione Pu massima ammissibile per la valvola modulatrice.

Nel funzionamento, è previsto che il motore 32 venga azionato in rotazione per un prescelto numero di giri il quale numero di giri è correlato, tramite il passo di filettatura nell'accoppiamento vite-madrevite con una prefissata corsa assiale dell'asta di manovra. La corsa effettuata dall'asta è tale da indurre un carico elastico nella molla 13 a sua volta correlato proporzionalmente con la pressione di erogazione Pu indotta nel condotto di erogazione 3 dalla valvola di modulazione 10, come chiarito in maggior dettaglio nel seguito della descrizione .

Il carico elastico della molla 13 preme la membrana 17 la quale sollecita in parziale chiusura l'otturatore 15 nella corrispondente sede 16. Detta parziale chiusura determina un aumento della pressione Pt esistente nella camera 20 e, tramite il travaso 21, nella camera di pilotaggio 9. Questa pressione incrementata Pt agisce sulla membrana 8 sollecitando in apertura l'otturatore 5. La parziale apertura dell'otturatore 5, per effetto di una diminuzione delle perdite di carico, determina un aumento della pressione Pu di erogazione. Tale pressione Pu è attiva altresì, attraverso il condotto 19, sul lato di membrana 17 della camera 18 così da bilanciare conseguentemente il carico elastico esercitato dalla molla 13 . Il valore della pressione di erogazione Pu così indotto è infine correlato alla portata erogata attraverso il condotto di erogazione 3. Per ciascun valore di carico elastico esercitato sulla membrana 17 (il quale è proporzionale al numero di giri effettuati dal rotore 31) è ottenuto pertanto un valore di pressione Pu e di portata fra loro proporzionalmente correlati. La portata di gas può quindi essere regolata in continuo attraverso il comando del motore 32 associato alla valvola di modulazione 10.

Il motore 32 è provvisto di un rotore 31 a rotazione reversibile così che la pressione di erogazione del gas possa essere modulata in continuo dal valore massimo a quello minimo e viceversa a seguito della rotazione del rotore 31 in un verso o, rispettivamente nel verso opposto di rotazione.

In figura 2 è rappresentato un secondo esempio di realizzazione del gruppo valvolare dell'invenzione complessivamente indicato con 50, in cui parti corrispondenti a quelle dell'esempio precedente sono contrassegnate dai medesimi riferimenti numerici.

Il gruppo valvolare 50 si differenzia dal gruppo 1 per il fatto di prevedere, in sostituzione della valvola di modulazione 10 del gruppo 1, una valvola di regolazione 51 comprendente una vite 52 di regolazione del massimo valore della pressione Pu. Tramite la vite 52, sulla quale è attestata la molla 13, viene mantenuto un prescelto carico elastico sulla membrana 17 correlato proporzionalmente ad un valore di pressione di erogazione Pu nel condotto 3. La pressione Pu è la pressione, come nell'esempio precedente, rilevata attraverso il condotto 19.

Il gruppo 50 comprende altresì mezzi parzializzatori del condotto di erogazione 3, comprendenti un otturatore 53 sollecitato in chiusura di una luce 54 di efflusso del gas .

La luce 54 è ricavata in un setto a lamina 55 (figura 4) montato nel condotto 3 contro il quale è in contatto di appoggio l'otturatore 53. Detto otturatore comprende una prima porzione lastriforme 53a elasticamente sollecitata in chiusura della luce 54. La porzione lastriforme 53a è raccordata con una seconda porzione 53b ripiegata e costituente mezzo di molleggio, la quale è a sua volta prolungata in una terza porzione 53c, estesa a squadra dalla seconda porzione (figure 6 e 7). La terza porzione 53c presenta contrapposte appendici 53d estese equiversamente da una anima 53e tramite le quali l'otturatore è rigidamente collegato con il mantello esterno di una boccola 56. la cavità assiale della boccola 56 è provvista di una filettatura interna 57 suscettibile di impegnare in avvitamento uno stelo 58 esternamente filettato e rigidamente connesso al rotore 31 del motore 32. Preferibilmente lo stelo 58 è collegato all'albero del rotore 31 per il tramite di un giunto di accoppiamento 59 calettato sull'albero motore e provvisto di un risalto 59a assiale conformato a punta di cacciavite a taglio ed accolto in una corrispondente sede dello stelo. L'estremità dello stelo contrapposta al giunto 59 è accolta in una cava 60 ricavata nel corpo del gruppo valvolare 1. Una molla 61 è attiva tra la boccola 56 e la parte statorica del motore e serve al recupero dei giochi dell' accoppiamento vite-madrevite, in modo del tutto analogo a quanto previsto nell'esempio precedente.

A seguito di un comando in rotazione del motore 32 e conseguentemente dello stelo 58, la boccola 56 e, solidale con essa l'otturatore 53, sono spostati assialmente tra una prima posizione in cui la luce 54 di efflusso è completamene intercettata dalla porzione 53a di otturatore ed una seconda posizione, in cui l'otturatore è spostato in completa apertura della luce. La porzione 53c di attacco dell'otturatore alla boccola 56, impedendo la rotazione della boccola attorno al proprio asse, costituisce altresì mezzo di guida per guidare assialmente la boccola a seguito della rotazione dello stèlo 58 attorno al suo asse per effetto dell'accoppiamento vitemadrevite. La porzione 53b è oscillata nel montaggio dell'otturatore verso la porzione 53a e serve ad esercitare su quest'ultima un carico elastico per mantenere l'otturatore in contatto continuo di strisciamento contro la luce di efflusso 54, nello spostamento dell'otturatore 53 dalla prima alla seconda posizione. Con 62 è indicata una boccola di regolazione del minimo valore della corsa dell'otturatore 53, la quale è avvitata su di una porzione di corpo del gruppo valvolare 1.

Nel funzionamento è previsto che il motore 32 venga azionato in rotazione per un prescelto numero di giri il quale numero di giri è proporzionalmente correlato, tramite il passo di filettatura nell'accoppiamento vitemadrevite con la corsa assiale dell'otturatore 53 e di conseguenza con la parzializzazione della luce 54 di efflusso. Per ciascun posizionamento dell'otturatore 53 tra la prima e la seconda posizione (il quale è proporzionale al numero di giri effettuati dal rotore 31) è ottenuto pertanto un valore della sezione di efflusso e conseguentemente della portata erogata, fra loro proporzionalmente correlati. La portata di gas può quindi essere modulata in continuo attraverso il comando del motore 32 associato alla valvola di parzializzazione del condotto di erogazione 3.

Analogamente all'esempio precedente, è previsto che il motore 32 sia provvisto di un rotore a rotazione reversibile così che la portata di gas possa essere modulata in continuo dal valore massimo al valore minimo e viceversa, a seguito della rotazione del rotore 31 in un verso o, rispettivamente nel verso opposto di rotazione.

Si fa notare che la legge di modulazione della portata è altresì correlata alla conformazione della luce di efflusso 54. Preferibilmente la luce 54 è realizzata a conformazione triangolare (figura 4) in cui almeno due lati sono scelti ad andamento rettilineo o curvilineo (figura 5) per ottenere a parità di posizionamento dell'otturatore differenti valori della portata di gas erogata.

L'invenzione risolve così il problema proposto conseguendo i vantaggi sopra citati rispetto alle soluzioni note.

In particolare si evidenzia il fatto che il gruppo valvolare dell'invenzione permette una maggiore precisione nella modulazione della portata di gas rispetto ai dispositivi noti in cui le isteresi meccaniche e magnetiche inducono errori di posizionamento dell'asta di manovra del regolatore di pressione ovvero dell'otturatore nel condotto di erogazione. Il gruppo secondo l'invenzione consente vantaggiosamente di ottenere in modo univoco un valore di pressione e/o portata per ciascun valore della corsa di posizionamento dell'asta di manovra del regolatore di pressione ovvero dell'otturatore nel condotto di erogazione.

La migliorata precisione nella modulazione della pressione e/o della portata conseguita con il gruppo valvolare secondo l'invenzione comporta inoltre il vantaggio di poter allargare l'intervallo di pressioni regolabili e consente quindi la regolazione di pressioni minime inferiori a quelle regolabili con i gruppi noti. Con il gruppo valvolare dell'invenzione sono regolabili pressioni minime dell'ordine circa dell'1% delle pressioni massime ammissibili e di conseguenza con potenze minime dell'ordine del 10% delle potenze massime.

Un ulteriore vantaggio è costituito dal fatto che queste potenze minime ottenibili (a parità di potenze massime raggiunte con i dispositivi noti), inferiori ai valori raggiunti dalle soluzioni note, consentono di mantenere nelle apparecchiature una combustione minima evitando frequenti cicli di spegnimento/accensione del gas determinando una considerevole diminuzione delle emissioni nocive di gas di scarico che notoriamente aumentano nel caso di frequenti accensioni e spegnimenti.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo valvolare per la regolazione della portata di un gas combustibile erogata attraverso un condotto di erogazione, detto gruppo comprendente: - una servo-valvola avente un otturatore con comando a membrana, detta membrana essendo assoggettata da un lato alla pressione di erogazione del gas e dall'altro lato ad una pressione di pilotaggio stabilita in una camera di pilotaggio della servo-valvola. - un dispositivo regolatore di pressione associato a detta servo -valvola e comprendente una valvola di regolazione per il controllo della pressione di pilotaggio nella camera di pilotaggio, mezzi regolatori addizionali per modulare la pressione di erogazione e/o la portata di efflusso di gas attraverso il condotto di erogazione in funzione di un comando esterno, detti mezzi regolatori addizionali essendo alternativamente attivi su detto dispositivo regolatore di pressione ovvero su mezzi parzializzatori del condotto di erogazione per il comando di modulazione della pressione di erogazione o, rispettivamente per il comando di modulazione della portata erogata attraverso il condotto di erogazione, e mezzi attuatori di detti mezzi regolatori addizionali, caratterizzato dal fatto che detti mezzi attuatori comprendono un motore a rotazione reversibile con un rotore collegato ad un accoppiamento vite-madrevite attivo sul dispositivo regolatore di pressione o su detti mezzi parzializzatori per il comando operativo dei medesimi.
2. 2. Gruppo valvolare secondo la rivendicazione 1, in cui detto motore è un motore elettrico a corrente continua.
3. 3. Gruppo secondo la rivendicazione 2, in cui detto motore è un motore passo-passo.
4. 4 . Gruppo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui l'una o l'altra di dette vite e madrevite è collegata con il rotore del motore tramite accoppiamento diretto con rapporto di trasmissione unitario .
5. 5. Gruppo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta valvola di regolazione comprende un'asta di manovra attiva su un otturatore con comando a membrana, detta asta essendo collegata rigidamente con l'una o con l'altra di dette vite e madrevite.
6. 6. Gruppo secondo la rivendicazione 5, in cui detta madrevite è ricavata su di una boccola coassiale e rigidamente collegata con il rotore di detto motore ed in impegno di avvitamento con detta asta di manovra.
7. 7. Gruppo secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui mezzi di guida sono previsti su detta valvola di regolazione per guidare assialmente l'asta di manovra nel comando di detto otturatore a seguito di una rotazione del rotore attorno al proprio asse.
8. 8 . Gruppo secondo una o più delle rivendicazioni da 5 a 7, in cui sono previsti mezzi elastici attivi tra l'asta di manovra e la parte statorica di detto motore per il recupero dei giochi dell'accoppiamento vite-madrevite.
9. 9. Gruppo secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detti mezzi parzializzatori comprendono un secondo otturatore collegato rigidamente all 'una o all'altra di dette vite e madrevite.
10. 10. Gruppo secondo la rivendicazione 9, in cui detta madrevite è ricavata su di una seconda boccola in impegno di avvitamento con uno stelo recante detta vite, lo stelo essendo solidarizzato in rotazione con detto rotore.
11. 11. Gruppo secondo la rivendicazione 10, in cui detto secondo otturatore comprende un elemento lastriforme elasticamente sollecitato in chiusura di una luce di detti mezzi parzializzatori, detto elemento lastriforme essendo solidarizzato in traslazione con detta seconda boccola.
12. 12. Gruppo secondo la rivendicazione 11, in cui detto elemento otturatore lastriforme è sollecitato in contatto di strisciamento contro detta luce per la parzializzazione di detta luce a seguito di un comando in traslazione di detta seconda boccola.
13. 13. Gruppo secondo la rivendicazione 11 o 12, in cui detta luce presenta una conformazione sostanzialmente triangolare.
14. 14. Gruppo secondo una o più delle rivendicazioni da 10 a 13, in cui sono previsti mezzi elastici tra la seconda boccola e la parte statorica del motore per il recupero dei giochi dell'accoppiamento vite-madrevite.