WO2017021572A1 - Válvula de flujo constante para instalaciones de protección contra incendios - Google Patents

Válvula de flujo constante para instalaciones de protección contra incendios Download PDF

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WO2017021572A1
WO2017021572A1 PCT/ES2016/070308 ES2016070308W WO2017021572A1 WO 2017021572 A1 WO2017021572 A1 WO 2017021572A1 ES 2016070308 W ES2016070308 W ES 2016070308W WO 2017021572 A1 WO2017021572 A1 WO 2017021572A1
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pressure
valve
fluid
constant flow
outlet
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PCT/ES2016/070308
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Inventor
Raúl Melgosa Arcos
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Rg Green Systems, S.L.
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • G05D16/166—Control of fluid pressure with auxiliary non-electric power derived from the controlled fluid using pistons within the main valve
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05D16/14—Control of fluid pressure with auxiliary non-electric power
    • G05D16/18—Control of fluid pressure with auxiliary non-electric power derived from an external source
    • G05D16/187—Control of fluid pressure with auxiliary non-electric power derived from an external source using pistons within the main valve

Definitions

  • the invention refers to a constant flow valve, which has advantages and characteristics, which will be described in detail below, which represent a remarkable novelty in the current state of The technique.
  • the object of the present invention lies, specifically, in a valve for control of discharge of the gas stored under pressure in preferably cylindrical tanks, hereinafter "cylinders", of a fire installation, which has an innovative structural configuration that improves its effectiveness and provides advantages to the whole of the installation that represent a remarkable improvement over what is currently known for the same purpose.
  • Field of application of the invention is part of the fire protection industry sector dedicated to the manufacture of valves, in particular discharge fluid control valves of a container or cylinder that stores said high pressure fluid.
  • inert gases used in firefighting are nitrogen, argon and combinations thereof, alone or with other gases.
  • inerts are stored in a gaseous state instead of liquid, which requires storage pressures greater than HFCs.
  • the most common are currently 150 bars, 200 bars and 300 bars, but you can work at other pressures. This requires that all the elements of the installation must be designed and manufactured to withstand a pressure higher than the working or storage pressure, which according to regulations must be once and a half the working or storage pressure. Obviously, the higher the pressure an element must withstand, the greater its manufacturing cost, and therefore less competitive.
  • the gas In fire installations for inert gas, the gas is stored in a cylinder in which a valve that controls the discharge of said gas is assembled.
  • the valve does not regulate the gas outlet, so the outlet pressure of the valve is the same as the pressure at which the gas is stored in the cylinder, that is, if the gas pressure in the container is 300 bars, the initial outlet pressure will also be 300 bars.
  • the pressure is maintained at 300 bars in all the components until the connection of the manifold to the pipe is reached, where a restrictor is placed with a disc with a hole that reduces the pressure to 60 bars.
  • These facilities are also called hole installations.
  • An automatic gas extinguishing installation essentially comprises the following:
  • a gas container usually called a cylinder or tank
  • the gas discharge valve has several main functions: Retain the gas in the cylinder when it is at rest; discharge the gas when needed; and, in the case of regulated valves, reduce the outlet pressure.
  • Every gas valve comprises an internal body, chambers and passage for the gas to flow and a trigger or opening means.
  • most current valves also incorporate a main shaft that closes the gas outlet, and a spring that helps its operation.
  • Patent W02004079678 describes a system with a regulated discharge valve.
  • This valve regulates the gas outlet pressure by balancing the pressure between different effective surfaces of several chambers, the closing and opening effect of a movable shutter and the setting of a spring that presses the shutter.
  • the main element that regulates the gas is the filling and emptying of a chamber and the force of a spring that makes the regulation pulsating, so that consistent regulation is not achieved.
  • the correct functioning of this system depends on the balance with the pressure of the spring, rather, with its setting, and in this size of springs achieving uniformity is productively very expensive, which is likely to be a variation between the different units, therefore the discharge pressure varies. If an important variation is allowed during the setting of the spring, this affects the regulation from one valve to another and varies greatly and affects the accuracy of the hydraulic calculation. In fact, the valve has a screw for manual regulation.
  • this type of regulation has the disadvantage that the dynamic equilibrium that it achieves during the discharge is different from the static equilibrium, which means that at the initial moment of the discharge there is a pressure peak.
  • This valve It has a very important problem, which is that it does not achieve the balance of pressures if for any reason the outlet or installation duct does not allow unloading. That is, if the outlet duct is blocked, for example a malfunction of a directional valve, the discharge pressure could increase up to 300 bar, which poses a risk if the appropriate overpressure measures have not been taken, but also entails that, for the hydraulic calculation, the 300 bar outlet pressure must be considered.
  • Another reason for a poor balance of pressures is that the spring loses tension over time, which creates uncertainty in not knowing exactly what pressure it will regulate. In addition, the spring can be compressed block by opening, which does not regulate the valve.
  • Patent EP2241794A1 also describes a regulated discharge valve. Like the previously described valve of Fike corporation, the regulation is achieved between different effective surfaces and a mobile element, shutter, which moves by opening and closing the exit passage. In this case, equilibrium is achieved using a helical spring, with the same set-up problems already mentioned previously, since in order for the spring setting to be accurate, it must be regulated one by one manually. Unlike the Fike valve, this valve needs pressure to push down a piston that allows gas to escape and therefore the operation of flows and balances is different.
  • the chamber design prevents the pressure from reaching 300 and is regulated over 100 bar, but this pressure requires the use of components and pipes with more pressure, and therefore, a higher manufacturing cost.
  • the gas outlet is blocked in a fortuitous way, the gas pressure will increase once and a half above the desired discharge pressure, since in order to achieve the pressure balance it requires that the outlet port be open, if it is closed, the balance is achieved at a pressure higher than desired.
  • WO 2006/108931 (Siemens) also describes a regulated discharge valve operating similar to that of LPG, and therefore, with the same problems. Additionally, in this case, the designs of the cameras and steps are very small, with which the output flow is very small, which makes it an inefficient valve for discharge. The smaller the flow, the longer the download takes.
  • valve must be designed, in each case, according to the pressure at which the gas is stored in the cylinder;
  • valve can be adjusted at different discharge pressures.
  • the constant flow valve that the invention proposes is configured as a remarkable novelty within its field of application, since according to its implementation the aforementioned objectives are satisfactorily achieved, the characterizing details making it possible and which distinguish it from what is already known, conveniently set forth in the final claims that accompany the present specification.
  • what the invention proposes is a constant flow valve applicable for discharge control of the gas stored under pressure in cylinders of a fire protection installation with the function of retaining the gas in the cylinder when it is at rest, unloading the gas when needed, and reduce the outlet pressure, said valve presenting a novel structural configuration that improves its efficiency.
  • the problem of dynamic equilibrium difference and static equilibrium is solved, by providing an externally tripped pressure, independent of the pressure stored in the cylinder, and this firing pressure is stored in a sealed chamber, which remains constant throughout the download.
  • the valve of the invention has been designed so that the outlet pressure of the valve is equal to the inlet pressure in said chamber, that is, if a trip pressure of 50 bar is used, the outlet pressure will be 50 bar, if a pressure of 15 bars is used, the outlet pressure will be 15 bars, and this relationship is maintained with the same Valve is the pressure stored in the cylinder of 150 bars, 200 bars, 300 bars or any other pressure.
  • valve of the invention operates by a pneumatic opening produced by the entry of the firing gas into the sealed chamber, therefore, the effect of the spring setting is practically zero, since it is only for the piston to return to its position, so there is no fluctuating dynamic equilibrium during the download.
  • valve of the invention has a configuration comprising a piston whose axis is designed horizontally and the closure form that has been designed for when the gas is at rest, contemplating, on the other hand, that the outflow occurs in the same direction as the inlet flow, that is, aligning with the axis of the mouth of the cylinder, rather than perpendicular to it. This makes the rest of the system easier to install and design since the position of the cylinder is given by the pressure gauge, since it does not have a lateral outlet that forces the design of the hoses and the manifold in accordance with the above.
  • the advantages of the valve are, essentially, that it allows to unload during all the unloading time with a regulated, constant and consistent pressure. This fact makes it easier to represent the discharge in the hydraulic calculations of the installation and, together with the large free passage section that this valve has, allows the use of smaller diameter pipes, optimizing the discharge network.
  • a regulated, constant discharge pressure without pressure peaks allows the components and pipes to be used to be of lower pressure than one with peaks.
  • valve is safer, since the discharge pressure is regulated even if the outlet port is blocked. If the valve outlet is blocked for any reason (improperly placed check valve, etc.), the discharge pressure would be the regulated pressure, that is, it would not increase.
  • Pneumatic regulation is cheaper to manufacture than an installation that balances pressures with a spring as a critical element of it.
  • this mode of regulation requires fewer steps and chambers, so the valve is cheaper than manufacture.
  • a valve with spring as a critical element is larger, so that the manufacture of the valve of the invention is cheaper by having less brass.
  • valve allows to design a valve with much more flow, which is a very important advantage in reducing the diameter of the discharge pipe and also in the discharge time.
  • design of the valve allows to regulate the outlet pressure exactly at the inlet pressure of the trigger means, allows said gas to be a more efficient propulsion system for other extinguishing agents, for example, water mist, HFC ' s , foam or powder.
  • valve design allows the same valve to be used for different storage pressures in the cylinder.
  • inert gases at 150 bars, 200 bars or 300 bars, but it could also be used for lower or higher pressures without any modification, in addition to being used with C0 2 .
  • the described constant flow valve for fire protection installations therefore, consists of an innovative structure of unknown characteristics to date for the purpose for which it is intended, which, together with its practical utility, provide it with sufficient grounds to obtain the exclusivity privilege requested.
  • Figure number 1 Shows a schematic sectional view of a preferred embodiment of the constant flow valve, object of the invention, which is it has represented in a closed position, appreciating in it the main parts and elements that it comprises;
  • Figure number 2.- Shows a view of the valve of the invention similar to the previous one, in this case, represented in an open position; Y
  • Figure number 3. Shows a sectional view of the valve itself, according to the invention, once coupled to the cylinder and connected to the compressed gas cartridge that drives its opening.
  • the valve (1) in question comprises a body (2) having a fluid inlet port (3), suitable for coupling to the mouth of the fluid container cylinder (4) under pressure, an outlet orifice (5) of fluid, suitable for coupling to the pipes of the installation, and a sealing / closing shaft (6) whose displacement, determined by means of firing means (7), opens or closes the passage of fluid inside the body (2) from the inlet (3) to the outlet (5).
  • the valve of the invention (1) is distinguished by the fact that the regulation of the fluid pressure at the outlet (5) is determined by the firing means (7) which are pneumatic, which are determined by the pressure exerted by a cartridge, bottle or any other source of pressure (8) of compressed gas associated with an actuator (9) external to the body (2) of the valve (1), and by which applies the desired pressure in a sealed chamber (10) provided in the body (2) of the valve (1), this pneumatic pressure being a constant and predetermined pressure, which is what determines at the time the controlled displacement of the sealing shaft / closing (6) and, consequently, the opening of the valve (1).
  • the firing means (7) are pneumatic, which are determined by the pressure exerted by a cartridge, bottle or any other source of pressure (8) of compressed gas associated with an actuator (9) external to the body (2) of the valve (1), and by which applies the desired pressure in a sealed chamber (10) provided in the body (2) of the valve (1), this pneumatic pressure being a constant and predetermined pressure, which is what determines at the time the controlled displacement of the sealing shaft /
  • the body (2) has an actuation hole (1 1) through which the gas is introduced at a preset pressure from a cartridge, bottle or any other source of gas pressure (8) to which the aforementioned are connected.
  • firing means (91-92-9) and which, through a non-return valve (12) allows gas to enter the sealed chamber (10).
  • This sealed chamber (10) and independent of the passage chamber (13) is responsible for the movement of the sealing shaft (6) which, when the valve (1) is open ( Figure 2), allows fluid to pass through controlled from the input (3) to the output (5). In figure 1 the valve is closed.
  • the sealed chamber (10) is associated with a piston (14) that slides depending on the pressure exerted on said sealed chamber (10), the more pressure the more displacement of the piston (14).
  • the displacement of the piston (14) transmits the movement to a rod (15) that is linked to the sealing / closing axis (6) whose displacement closes or more or less opens the flow passage through the chamber bypass (13) depending on the pressure of the repeated sealed chamber (10).
  • the valve (1) not only opens or closes the fluid flow from the cylinder (4), it also regulates the pressure or discharge of said fluid, that is, the valve (1) also functions as a pressure reducing device
  • the cylinder contains the fluid at a pressure of 150, 200 or 300 bar, and may have others, but the output pressure is given by the pneumatic actuation pressure, that is, if there is no pressure in the actuation hole (1 1) and therefore in the sealed chamber (10), the valve (1) is kept closed. If in this hole (1 1) and in said chamber (10) the pressure is 15 bars, then the outlet pressure will be 15 bars, and if the pressure in the actuating hole (1 1) and in the sealed chamber (10) is 60 bars, the outlet pressure will be 60 bars, etc. regardless of the fluid inlet pressure from the cylinder (4).
  • the firing means (7) are pneumatic, comprising at least the actuation hole (1 1) and the sealed chamber (10) that are associated with the sealing axis (6) in such a way that determine the regulation of the fluid pressure at the outlet (5) by making the outlet pressure come given by the pressure pneumatic drive, regardless of the fluid inlet pressure from the cylinder (4).
  • the valve only closes when the pressure in the pneumatic actuation hole (1 1) and in the sealed chamber (10) is zero thanks to the existence of a spring (16) that tends to maintain the sealing axis (6) of the closed valve, but which does not affect the inlet pressure since said sealing shaft (6) is arranged perpendicularly to the inlet port (3) of flow.
  • the entire pneumatic displacement assembly that is, piston (14), rod (15) and sealing shaft (6) are arranged perpendicularly to the flow inlet port (3) and travel perpendicular to said orifice of entry (3).
  • the actuation hole (1 1) is arranged perpendicularly to the entrance hole (3), while the exit hole (5) is axially aligned with the entrance hole (3).
  • the opening of the valve (1) is performed when pressure is exerted on the actuation orifice (1 1).
  • the pressure passes to the sealed chamber (10), where it is maintained, due to the existence of the non-return valve (12) that allows the flow of pneumatic gas in said chamber, but not its relief.
  • the sealing shaft (6) and the piston (14) are linked so that, if one of them moves, the other is also displaced. In this way, when there is no actuation pressure and the shaft closes the valve, due to the action of the spring (16), the piston (14) also moves. In the same way, when there is actuation pressure in the sealed chamber (10), the piston (14) moves, which in turn moves the shaft (6) and determines the opening of the valve.
  • the incorporation of the actuator (9) is contemplated, which is preferably of type electric (91), which can also be manual (92), or combine both types in which case, as shown in figure 3, the manual (92) being mounted on the electric (91).
  • type electric 91
  • manual 92
  • the manual being mounted on the electric (91).
  • pneumatic, pneumatic-manual, pyrotechnic, etc. there are many more types, pneumatic, pneumatic-manual, pyrotechnic, etc., with the electric actuator and manual being the most commonly used.
  • the cartridge, bottle or any other pressure source (8) preferably is a 0.08 or 0.18 liter cartridge or a 2, 6.7 or 13.4 liter bottle, or any other pressure source loaded with nitrogen or any other type of gas, including compressed air, and is equipped with a pressure gauge to check the pressure within said pressure source.
  • Another form of activation is through the use of the diaphragm valve installed in the manifold, which derives part of the discharge gas from the first cylinder to the firing line to activate the rest of the cylinders.
  • the cylinder (4) has a neck flange (17) together with a protective cap.
  • valve (1) has pressure relief safety means, constituted by a rupture disk (18) that communicates with the inlet port (3).
  • pressure relief safety means constituted by a rupture disk (18) that communicates with the inlet port (3).

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Abstract

Controla la descarga de fluido almacenado a presión en cilindros (4) y comprende un cuerpo (2) con un orificio de entrada (3) y un orificio de salida (5) del fluido, así como un eje de obturación (6) cuyo desplazamiento, determinado por unos medios de disparo (7), abre o cierra el paso del fluido caracterizándose porque los medios de disparo (7) son neumático, comprendiendo, al menos, un orificio de actuación neumática (11) con válvula antirretorno (12) y una cámara estanca (10) asociados a dicho eje de obturación (6) determinando así la regulación de la presión del fluido en la salida (5) y de modo que la presión de salida vienen dada por la presión neumática de accionamiento, independientemente de la presión de entrada del fluido desde el cilindro (4). Los medios de disparo (7) comprenden un cartucho de presión (8) de gas comprimido asociado a un accionador (9) eléctrico y manual externo al cuerpo (2) y la cámara estanca (10), la cual está asociada al eje de obturación (6) a través de un pistón (14) que se desliza dependiendo de la presión ejercida en dicha cámara estanca (10), el cual, a su vez, transmite el movimiento a un vástago (15) vinculado a dicho eje de obturación (6). Incorpora un resorte (16) que tiende a mantener el eje de obturación (6) cerrado, cuando la presión en el orificio (11) y en la cámara estanca (10) es cero o cuando el cilindro (4) está vacío.

Description

MEMORIA DESCRIPTIVA
VÁLVULA DE FLUJO CONSTANTE PARA INSTALACIONES DE PROTECCION CONTRA INCENDIOS Objeto de la invención
La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a una válvula de flujo constante, la cual presenta unas ventajas y características, que se describirán en detalle más adelante, las cuales suponen una destacable novedad en el estado actual de la técnica.
El objeto de la presente invención recae, concretamente, en una válvula para control de descarga del gas almacenado a presión en depósitos preferentemente cilindricos, en adelante "cilindros", de una instalación contra incendios, la cual, presenta una innovadora configuración estructural que mejora su efectividad y aporta ventajas al conjunto de la instalación que suponen una destacable mejora frente a lo actualmente conocido para el mismo fin.
Campo de aplicación de la invención El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria de protección contra incendios dedicada a la fabricación de válvulas, en particular válvulas de control de fluido de descarga de un contenedor o cilindro que almacena dicho fluido a altas presiones.
Antecedentes de la invención
Uno de los agentes extintores más comunes para la supresión automática de incendios son los sistemas de gas, especialmente los HFC, los gases inertes y el C02.
La creciente preocupación por el medio ambiente y la necesidad de reducción de gases con alto efecto de calentamiento global (GWP) están llevando a los consumidores a optar por gases más ecológicos y, a los organismos reguladores a limitar o prohibir el uso de HFC. Este nuevo marco regulatorio tiene un efecto importante en la elección del agente extintor usado en los sistemas de extinción contra incendios. La limitación del uso de HFC y el cambio de preferencias del consumidor hacia gases menos dañinos para el medio ambiente ha generado un crecimiento del consumo de gases inertes, que son 100% ecológicos.
Los gases inertes utilizados en la extinción de incendios son el Nitrógeno, el argón y combinaciones de estos, solos o con otros gases. Por su naturaleza los inertes se almacenan en estado gaseoso en lugar de líquido lo que requiere presiones de almacenado superior a los HFC. Las más comunes actualmente son 150 bares, 200 bares y 300 bares, pero se puede trabajar a otras presiones. Esto requiere que todos los elementos de la instalación deben ser diseñados y fabricados para aguantar una presión superior a la presión de trabajo o almacenamiento, que según normativa debe ser una vez y media la presión de trabajo o almacenamiento. Evidentemente cuanto mayor presión debe resistir un elemento, mayor es su coste de fabricación, y por lo tanto menos competitivo.
Por otro lado cuanto mayor sea la presión del gas superior será la distancia de cobertura y menor será el tiempo de descarga. Sin embargo presiones de descarga altas generan sobrepresiones en el espacio a proteger que pueden dañar el contenido de la sala, con lo que es necesario prever medidas anti sobrepresión que hacen las instalaciones más onerosas.
En las instalaciones contra incendios por gas inerte, el gas es almacenado en un cilindro en el que se ensambla una válvula que controla la descarga de dicho gas. En las instalaciones estándar la válvula no regula la salida del gas, con lo que la presión de salida de la válvula es la misma que la presión en la que está almacenado el gas en el cilindro, es decir, si la presión del gas en el recipiente son 300 bares, la presión inicial de salida será también de 300 bares. La presión se mantiene a 300 bares en todos los componentes hasta llegar a la conexión del colector con la tubería donde se coloca un restrictor con un disco con orificio que reduce la presión a 60 bares. Estas instalaciones también se denominan instalaciones de orificio.
Existen otros tipos de instalaciones, denominados de flujo constante, en los cuáles la válvula regula la presión de salida del gas de manera que se consiguen presiones diferentes de las almacenadas. Esto permite utilizar componentes de menor presión y, por tanto, son más económicos.
También es importante tener en cuenta que la cantidad de gas necesaria para una correcta extinción dentro de los parámetros definidos por las normativas viene definida por el cálculo hidráulico. Un cálculo hidráulico que se realice correctamente debe considerar el pico de presión más alto, incluso si éste es de milisegundos. El cálculo hidráulico tiene en cuenta el comportamiento de la presión y caudal del gas desde el puerto de descarga de la válvula, por lo tanto una descarga regulada pero constante será más fácil de reproducir en el algoritmo del cálculo hidráulico que una descarga no constante, con picos de presión o con presiones pulsantes.
Otro factor importante para el cálculo de la cantidad de gas es el caudal de salida de la válvula, por lo tanto es crítico en el diseño de la válvula que la regulación se haga con el mínimo de pérdida de carga y con la máxima sección libre de paso posible. Una descarga constante y consistente ayuda a que el cálculo hidráulico sea más eficiente y consigue reducir el diámetro de la tubería de descarga, abaratando la instalación.
Una instalación de extinción automática por gas comprende, esencialmente, lo siguiente:
- Un recipiente contenedor de gas, normalmente denominado cilindro o tanque
- Una válvula de descarga
- Instalaciones de disparo
- Instalaciones de control de presión (manómetros, manocontactos,..)
- Un gas
- Latiguillos
- Válvulas antirretorno
- Tuberías y colectores para canalizar el gas
- Válvulas direccionales
- Otros elementos no relevantes, tales como los herrajes
- Un cálculo hidráulico que garantice que el instalaciones descarga bajo unas condiciones normativas determinadas. Es decir que descarga cierta cantidad de gas en un tiempo limitado. Entre otros parámetros esto viene determinado por la presión de descarga del gas y el caudal de salida de este gas.
La válvula de descarga de gas tiene varias funciones principales: Retener el gas en el cilindro cuando está en reposo; descargar el gas cuando se necesite; y, en el caso de las válvulas reguladas, reducir la presión de salida.
Toda válvula de gas comprende un cuerpo, unas cámaras y paso internos para que fluya el gas y un medio de disparo o abertura. Además, la mayoría de válvulas actuales incorporan, también un eje principal que cierra la salida del gas, y un muelle que ayuda a su funcionamiento.
Como documentos del estado de la técnica más cercanos al objeto de la presente invención, cabe mencionar los siguientes: WO2006/108931 / EP1869534B1 / US8079567B2 (Siemens); WO2004/079678 (Fike Corp.); WO2007/073390 (Chubb LTD); EP2241794A1 (LPG Técnicas en Extinción de Incendios SL).
La patente W02004079678 (Fike) describe un sistema con una válvula de descarga regulada. Esta válvula regula la presión de salida del gas equilibrando la presión entre diferentes superficies efectivas de varias cámaras, el efecto cierre y apertura de un obturador desplazable y el tarado de un muelle que presiona al obturador. El elemento principal que regula el gas es el llenado y vaciado de una cámara y la fuerza de un muelle que hace que la regulación sea pulsante, con lo que no se consigue una regulación consistente. Además, el correcto funcionamiento de este sistema depende del equilibrio con la presión del muelle, mejor dicho, con su tarado, y en este tamaño de muelles conseguir una uniformidad es productivamente muy caro, con lo que es probable que haya una variación entre las diferentes unidades, por lo tanto varía la presión de descarga. Si en el tarado del muelle se permite una variación importante esto afecta a que la regulación de una válvula a otra varíe bastante y afecta a la veracidad del cálculo hidráulico. De hecho la válvula posee un tornillo para regulación manual.
Por otro lado este tipo de regulación presenta el inconveniente que el equilibrio dinámico que consigue durante la descarga es diferente del equilibrio estático, lo que significa que en el momento inicial de la descarga hay un pico de presión. Esta válvula tiene un problema muy importante, que consiste en que no consigue el equilibrio de presiones si por cualquier motivo el conducto de salida o instalación no permite la descarga. Es decir, que si el conducto de salida está bloqueado, por ejemplo un mal funcionamiento de una válvula direccional, la presión de descarga podría aumentar hasta 300 bares, lo que supone un riesgo si no se han tomado las medidas sobrepresión adecuadas, pero además conlleva que, para el cálculo hidráulico, hay que considerar como presión de salida los 300 bares. Otro motivo para un mal equilibrio de presiones es que el muelle va perdiendo tensión con el tiempo, lo que genera una incertidumbre al no saber a qué presión regulará exactamente. Además, el muelle puede quedar comprimido a bloque en su apertura, lo que hace que no regule la válvula.
La patente EP2241794A1 (LPG) describe también una válvula de descarga regulada. Al igual que la válvula anteriormente descrita de Fike corporation, la regulación se consigue entre diferentes superficies efectivas y un elemento móvil, obturador, que se desplaza abriendo y cerrando el paso de salida. En este caso el equilibrio se consigue usando un muelle helicoidal, con los mismos problemas de tarado ya mencionados previamente, puesto que para que el tarado del muelle sea exacto debe regularse uno a uno manualmente. A diferencia de la válvula de Fike, esta válvula necesita presión para empujar hacia abajo un pistón que permite la salida del gas y por lo tanto el funcionamiento de flujos y equilibrios es diferente.
No obstante presenta exactamente el mismo problema de equilibrio dinámico distinto del equilibrio estático. En este caso el diseño de cámaras evita que la presión llegue a 300 y se regula sobre los 100 bares, pero esta presión obliga a utilizar componentes y tuberías de más presión, y por lo tanto, de coste de fabricación más elevado. Al mismo tiempo si la salida del gas se bloquea de una manera fortuita, la presión del gas aumentará una vez y media por encima de la presión de descarga deseada, ya que para conseguir el equilibrio de presiones requiere que el puerto de salida esté abierto, si éste está cerrado, el equilibrio se consigue a una presión mayor que la deseada.
La patente WO 2006/108931 (Siemens) describe asimismo una válvula de descarga regulada de funcionamiento parecido al de LPG, y por lo tanto, con los mismos problemas. Adicionalmente, en este caso, los diseños de las cámaras y pasos son muy pequeños, con lo cual el caudal de salida es muy pequeño, lo que hace que sea una válvula poco eficiente para la descarga. Cuanto más pequeño es el caudal, más tiempo tarda la descarga.
Las tres válvulas someramente descritas poseen presiones de salida aproximadas y con variaciones importantes de una válvula a otra.
El objetivo de la presente invención es, pues, el desarrollo de una nueva válvula del tipo mencionado que solvente los inconvenientes señalados que presentan las válvulas hasta ahora conocidas y que se resumen, básicamente, en:
- que la regulación de la presión de salida se efectúa en base a la geometría de la válvula para su disminución respecto de la presión almacenada;
- que la paulatina pérdida de presión del gas contenido en el cilindro, al abrirse la válvula, repercute en la presión de salida;
- que el pico de presión que se produce en el momento de apertura de la válvula obliga a que pueda ser soportado por dicha válvula y por los otros elementos de la instalación;
- que el muelle esté siempre fabricado con exacta precisión y tarado para no variar su trabajo de retención ni afectar al resultado de la presión obtenida de salida;
- que la válvula ha de diseñarse, en cada caso, según la presión a que se almacena el gas en el cilindro;
- que el flujo de salida es perpendicular al flujo de entrada, y por tanto al eje de la embocadura del cilindro, limitando el diseño de las disposiciones de la instalación;
- que permita un mayor recorrido de tubería;
- que tenga un mayor flujo de descarga;
- que hay que suprimir los muelles de tarado que limitan el flujo de descarga; y
- que se pueda regular la válvula a distintas presiones de descarga.
Conviene recordar, finalmente, que una válvula regulada a presiones por debajo de 60 bares aporta importantes ventajas a la instalación. A más presión de carga del gas, mayor volumen se puede colocar en un cilindro y por lo tanto menos coste por Kg/m3 de gas. Los demás componentes de un sistema y su coste vienen determinados en gran parte por la presión a la que estarán sometidos en una descarga, a menor presión de descarga menor coste de los componentes. Por lo tanto el coste de una instalación viene determinado por un equilibrio entre la presión a la que el gas está almacenado en el cilindro y la presión en el momento de la descarga. Menor presión de descarga también conlleva menor sobrepresión en la sala protegida y por lo tanto menores costes de instalación. Por debajo de 60 bares se generan ahorros importantes. Explicación de la invención
La válvula de flujo constante que la invención propone, se configura, pues, como una destacable novedad dentro de su campo de aplicación, ya que a tenor de su implementación se alcanzan satisfactoriamente los objetivos anteriormente señalados, estando los detalles caracterizadores que lo hacen posible y que la distinguen de lo ya conocido, convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva.
Concretamente, lo que la invención propone, es una válvula de flujo constante aplicable para control de descarga del gas almacenado a presión en cilindros de una instalación de protección contra incendios con la función de retener el gas en el cilindro cuando está en reposo, descargar el gas cuando se necesite, y reducir la presión de salida, presentando dicha válvula una novedosa configuración estructural que mejora su eficiencia.
Ventajosamente, con las innovaciones de la válvula de la invención se soluciona el problema de diferencia de equilibrio dinámico y equilibrio estático, al aportar una presión de disparo de manera externa, independiente de la presión almacenada en el cilindro, y esta presión de disparo se almacena en una cámara estanca, que se mantiene constante durante toda la descarga.
La válvula de la invención se ha diseñado para que la presión de salida de la válvula sea igual a la presión de entrada en dicha cámara, es decir, si se usa una presión de disparo de 50 bares, la presión de salida será 50 bares, si se usa una presión de 15 bares la presión de salida será de 15 bares, y esta relación se mantiene con la misma válvula sea la presión almacenada en el cilindro de 150 bares, 200 bares, 300 bares o cualquier otra presión.
Además, la válvula de la invención funciona por una apertura neumática producida por la entrada del gas de disparo en la cámara estanca, por tanto, el efecto que presenta el tarado del muelle es prácticamente cero, ya que es sólo para que el pistón vuelva a su posición, por lo que no se produce un equilibrio dinámico fluctuante durante la descarga. Asimismo, la válvula de la invención presenta un configuración que comprende un pistón cuyo eje está diseñado en horizontal y la forma de cierre que se ha diseñado para cuando el gas está en reposo, contemplando, por otra parte, que el flujo de salida se produzca en la misma dirección que el flujo de entrada, es decir alineándose con el eje de la embocadura del cilindro, en lugar de perpendicularmente al mismo. Esto consigue que el resto del sistema sea más fácil de instalar y diseñar puesto que la posición del cilindro viene dada por el manómetro, ya que no posee una salida lateral que obliga a diseñar los latiguillos y el colector acorde con lo señalado.
Con todo ello, las ventajas de la válvula son, esencialmente, que permite descargar durante todo el tiempo de descarga con una presión regulada, constante y consistente. Este hecho permite que sea más sencillo el representar la descarga en los cálculos hidráulicos de la instalación y unido a la gran sección libre de paso que posee esta válvula permite utilizar tuberías de menor diámetro, optimizando la red de descarga. Una presión de descarga regulada, constante y sin picos de presión permite que los componentes y tuberías a utilizar sean de menor presión que una que tiene picos.
La válvula es más segura, ya que la presión de descarga está regulada aún si el puerto de salida queda bloqueado. Si la salida de la válvula está bloqueada por cualquier razón (válvula de retención mal colocada, etc.) la presión de descarga sería la presión regulada, es decir no aumentaría.
La regulación neumática es más barata de fabricar que una instalación que equilibra presiones con un muelle como elemento crítico de la misma. Además, este modo de regulación exige menos pasos y cámaras, con lo que la válvula es más barata de fabricar. Además de conseguir una mayor sección libre de paso con un menor volumen de válvula, ya que una válvula con muelle como elemento crítico es más grande, por lo que se abarata la fabricación de la válvula de la invención al tener menos latón.
Esta configuración permite diseñar una válvula con mucho más caudal, lo cual es una ventaja muy importante en la reducción del diámetro de la tubería de descarga y también en el tiempo de descarga. El hecho de que el diseño de la válvula permita regular la presión de salida exactamente a la presión de entrada del medio de disparo, permite a dicho gas ser un sistema de propulsión más eficiente para otros agentes extintores, por ejemplo agua nebulizada, HFC's, espumógenos o polvo.
El diseño de la válvula permite usar la misma válvula para diferentes presiones de almacenado en el cilindro. Actualmente las más usuales son gases inertes a 150 bares, 200 bares o 300 bares, pero se podría usar también para presiones inferiores o superiores sin ninguna modificación, además de poder utilizarse con C02.
La descrita válvula de flujo constante para instalaciones de protección contra incendios consiste, pues, en una estructura innovadora de características desconocidas hasta la fecha para el fin a que se destina, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de planos en el que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
La figura número 1 .- Muestra una vista esquemática en sección de un ejemplo de realización preferido de la válvula de flujo constante, objeto de la invención, la cual se ha representado en posición cerrada, apreciándose en ella las principales partes y elementos que comprende;
La figura número 2.- Muestra una vista de la válvula de la invención similar a la anterior, en este caso, representada en posición abierta; y
La figura número 3.- Muestra una vista en sección de la propia válvula, según la invención, una vez acoplada al cilindro y conectada al cartucho de gas comprimido que acciona su apertura.
Realización preferente de la invención
A la vista de las descritas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede apreciar en ellas un ejemplo no limitativo de la válvula de flujo constante de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.
Así, tal como se observa en dichas figuras, la válvula (1 ) en cuestión comprende un cuerpo (2) que presenta un orificio de entrada (3) de fluido, apto para su acoplamiento a la embocadura del cilindro (4) contenedor del fluido a presión, un orificio de salida (5) de fluido, apto para su acople a las conducciones de la instalación, y un eje de obturación/cierre (6) cuyo desplazamiento, determinado por unos medios de disparo (7), abre o cierra el paso del fluido en el interior del cuerpo (2) desde la entrada (3) a la salida (5).
A partir de esta configuración ya conocida, la válvula de la invención (1 ) se distingue por el hecho de que la regulación de la presión del fluido en la salida (5) viene determinada por los medios de disparo (7) que son neumáticos, los cuales están determinados por la presión ejercida por un cartucho, botellín o cualquier otra fuente de presión (8) de gas comprimido asociado a un accionador (9) externo al cuerpo (2) de la válvula (1 ), y mediante los cuales se aplica la presión deseada en una cámara estanca (10) prevista en el cuerpo (2) de la válvula (1 ), siendo esta presión neumática una presión constante y prefijada, que es la que determina en su momento el desplazamiento controlado del eje de obturación/cierre (6) y, consecuentemente, la apertura de la válvula (1 ). Más concretamente, el cuerpo (2) presenta un orificio de actuación (1 1 ) por el que se introduce el gas a una presión prefijada desde un cartucho, botellín o cualquier otra fuente de presión de gas (8) al que se conectan los citados medios de disparo (91 -92- 9) y que, a través de una válvula antirretorno (12) permite la entrada de gas a la cámara estanca(10). Esta cámara estanca (10) e independiente de la cámara de paso (13) es la responsable del desplazamiento del eje de obturación (6) que, cuando la válvula (1 ) está abierta (figura 2), permite el paso del fluido de manera controlada desde la entrada (3) hacia la salida (5). En la figura 1 la válvula está cerrada.
Por su parte, la cámara estanca (10) está asociada a un pistón (14) que se desliza dependiendo de la presión ejercida en dicha cámara estanca (10), cuanto más presión más desplazamiento del pistón (14). El desplazamiento del pistón (14), a su vez, transmite el movimiento a un vástago (15) que está vinculado al eje de obturación/cierre (6) cuyo desplazamiento cierra o abre más o menos el paso de flujo a través de la cámara de paso (13) dependiendo de la presión de la repetida cámara estanca (10).
Es importante destacar que la válvula (1 ) no sólo abre o cierra el flujo de fluido desde el cilindro (4), también regula la salida a presión o de descarga de dicho fluido, es decir, la válvula (1 ) también funciona como un dispositivo reductor de presión. Normalmente, el cilindro contiene el fluido a una presión de 150, 200 o 300 bares, pudiendo tener otras, pero la presión de salida viene dada por la presión neumática de accionamiento, es decir, si no hay presión en el orificio de actuación (1 1 ) y por tanto en la cámara estanca (10), la válvula (1 ) se mantiene cerrada. Si en este orificio (1 1 ) y en dicha cámara (10) la presión es de 15 bares, entonces la presión de salida será de 15 bares, y si la presión en el orificio de actuación (1 1 ) y en la cámara estanca (10) es de 60 bares la presión de salida será de 60 bares, etc. independientemente de la presión de entrada del fluido desde el cilindro (4).
En definitiva, por tanto, los medios de disparo (7) son neumáticos, comprendiendo, al menos, el orificio de actuación (1 1 ) y la cámara estanca (10) que están asociados al eje de obturación (6) de manera tal que determinan la regulación de la presión del fluido en la salida (5) haciendo que la presión de salida venga dada por la presión neumática de accionamiento, independientemente de la presión de entrada del fluido desde el cilindro (4).
Por otra parte, la válvula sólo se cierra cuando la presión en el orificio de actuación neumática (1 1 ) y en la cámara estanca (10) es cero gracias a la existencia de un resorte (16) que tiende a mantener el eje de obturación (6) de la válvula cerrado, pero al que no afecta la presión de entrada puesto que dicho eje de obturación (6) está dispuesto perpendicularmente al orificio de entrada (3) de flujo. En concreto todo el conjunto de desplazamiento neumático, es decir, pistón (14), vástago (15) y eje de obturación (6) están dispuestos perpendicularmente al orificio de entrada (3) de flujo y se desplazan en sentido perpendicular a dicho orificio de entrada (3). También el orificio de actuación (1 1 ) está dispuesto perpendicularmente al orificio de entrada (3), mientras que el orificio de salida (5) está alineado axialmente con el orificio de entrada (3).
Así, la apertura de la válvula (1 ) se realiza cuando se ejerce presión sobre el orificio de actuación (1 1 ). Cuando dicho orificio se presuriza, la presión pasa a la cámara estanca (10), donde se mantiene, debido a la existencia de la válvula antirretorno (12) que permite el flujo de gas neumático en dicha cámara, pero no su alivio.
Por lo tanto, con la existencia de la válvula de retención, no es necesario un flujo regular de la presión en el orificio de actuación neumática (1 1 ). Un cartucho (8) lleno de gas a la presión deseada es suficiente.
El eje de obturación (6) y el pistón (14) están vinculados de modo que, si uno de ellos se desplaza, el otro es también desplazado. De esta manera, cuando no hay presión de accionamiento y el eje cierra la válvula, debido a la acción del resorte (16), el pistón (14) también se mueve. De la misma manera, cuando hay presión de accionamiento en la cámara estanca (10), se desplaza el pistón (14) que, a su vez, mueve el eje (6) y determina la apertura de la válvula.
Para introducir presión a través del orificio de actuación (1 1 ) con el cartucho o botellín o cualquier otra fuente de presión (8) de gas a presión, se contempla la incorporación del accionador (9), el cual es, preferentemente, de tipo eléctrico (91 ), pudiendo también ser manual (92), o combinar ambos tipos en cuyo caso, como muestra la figura 3, montándose el manual (92) sobre el eléctrico (91 ). A parte de estos dos actuadores, existen muchos más tipos, neumático, neumático-manual, pirotécnico, etc., siendo el actuador eléctrico y el manual los más utilizados comúnmente.
El cartucho, botellín o cualquier otra fuente de presión (8), preferentemente es un cartucho de 0,08 ó 0,18 litros o un botellín de 2, 6,7 ó 13,4 litros, o cualquier otra fuente de presión cargado con nitrógeno o cualquier otro tipo de gas, incluido aire comprimido, y está dotado de un medidor de presión para comprobar la presión dentro de dicha fuente de presión. Otra forma de activación es mediante el uso de la válvula diafragmada instalada en el colector, que deriva parte del gas de descarga del primer cilindro a la línea de disparo para activar el resto de cilindros.
Finalmente, cabe señalar que, para proteger la válvula (1 ) durante el transporte y la manipulación del conjunto, el cilindro (4) posee una brida de cuello (17) junto con un tapón protector.
También conviene mencionar que, preferentemente, la válvula (1 ) dispone de unos medios de seguridad de alivio de presión, constituidos por un disco de ruptura (18) que comunica con el orificio de entrada (3). Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otros modos de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1 . - Válvula de flujo constante, para instalaciones de protección contra incendio que controla la descarga de fluido almacenado a presión en cilindros (4) que comprende un cuerpo (2) con un orificio de entrada (3) de fluido, apto para su acople a la embocadura del cilindro (4) contenedor del fluido a presión, un orificio de salida (5) de fluido, apto para su acople a las conducciones de la instalación, y un eje de obturación (6) cuyo desplazamiento, determinado por unos medios de disparo (7), abre o cierra el paso del fluido en el interior del cuerpo (2) desde la entrada (3) a la salida (5), está caracterizada porque los medios de disparo (7) son neumáticos, comprendiendo, al menos, un orificio de actuación neumática (1 1 ) y una cámara estanca (10) asociados al eje de obturación (6) de tal manera que determinan la regulación de la presión del fluido en la salida (5) y de modo que la presión de salida viene dada por la presión neumática de accionamiento, independientemente de la presión de entrada del fluido desde el cilindro (4).
2. - Válvula de flujo constante, según la reivindicación 1 , caracterizada porque los medios de disparo (7) comprenden un cartucho, botellín o cualquier otra fuente de presión (8) de gas comprimido asociado a un accionador (9) externo al cuerpo (2) de la válvula (1 ), y la cámara estanca (10) prevista en el cuerpo (2) de la válvula (1 ) a la que se aplica la presión deseada con dicho cartucho, botellín o cualquier otra fuente de presión (8).
3. - Válvula de flujo constante, según la reivindicación 2, caracterizada porque el orificio de actuación neumática (1 1 ) incorpora una válvula antirretorno (12).
4. - Válvula de flujo constante, según la reivindicación 3, caracterizada porque la cámara estanca (10) está asociada al eje de obturación (6) a través de un pistón (14) que se desliza dependiendo de la presión ejercida en dicha cámara estanca (10), el cual, a su vez, transmite el movimiento a un vástago (15) que está vinculado a dicho eje de obturación (6).
5. - Válvula de flujo constante, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque incorpora un resorte (16) que tiende a mantener el eje de obturación (6) de la válvula cerrado, cuando la presión en el orificio de actuación (1 1 ) y en la cámara estanca (10) es cero o cuando el cilindro (4) está vacío.
6. - Válvula de flujo constante, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el eje de obturación (6) está dispuesto perpendicularmente al orificio de entrada (3) del flujo.
7. - Válvula de flujo constante, según la reivindicación 5, caracterizada porque el orificio de actuación (1 1 ) está dispuesto perpendicularmente al orificio de entrada (3) del flujo.
8. - Válvula de flujo constante, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el orificio de salida (5) está alineado axialmente con el orificio de entrada (3) del flujo.
9. - Válvula de flujo constante, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el accionador (9) es de tipo eléctrico (91 ), es de tipo manual (92), es una combinación de ambos tipos o es cualquier otro tipo de actuador.
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