ES2275609T3 - Valvula de control en linea. - Google Patents
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Abstract
Una válvula de control en línea para controlar el flujo de un fluido a presión, que comprende: un alojamiento (10) que tiene un puerto de entrada (17), un puerto de salida (18) aguas abajo del puerto de entrada (17), y un asiento de válvula (19) entre dichos dos puertos (17, 18); un miembro de válvula (21) que puede moverse a las posiciones abierta y cerrada con respecto a dicho asiento de válvula (19); y un accionador (CP2, 26, 150) para accionar dicho miembro de válvula (21) a sus posiciones abierta y cerrada, en la que dicho alojamiento (10) incluye adicionalmente superficies que definen, con superficies de dicho miembro de válvula (21), una cámara de control (C1), y en la que un pasaje (50, 36a, 58) se define a través de dicho miembro de válvula (21) y es está comunicado con dicha cámara de control (C1); y en la que dicho miembro de válvula (21) incluye: un cuerpo de válvula (21b); y un vástago de válvula (23) fijado al cuerpo de válvula; caracterizada porque el miembro de válvula (21)tiene una cara aguas arriba (21a) orientada hacia el asiento de válvula (19), y una cara aguas abajo (24) orientada hacia dicho puerto de salida (18); la cámara de control (C1) se define aguas abajo del miembro de válvula (21) e incluye una primera cámara de control (C1) definida mediante una primera superficie del alojamiento (10) y una cara aguas abajo superficie de dicho vástago de válvula (23); el cuerpo de válvula (21b) lleva un precinto elástico (22) alrededor de su periferia externa engranable con dicho asiento de válvula (19) en la posición cerrada del miembro de válvula (21); el vástago de válvula (23) se extiende aguas abajo del cuerpo de válvula (21b); y porque el pasaje se define a través de dicho miembro de válvula desde su cara aguas arriba a través de su cara aguas abajo e incluye una perforación axial (50) formada a través de dicho cuerpo de válvula (21b) y vástago de válvula (23) que conduce a dicha primera cámara de control (C1) de manera que una presión de entrada de un fluido a dicho puerto de entrada (17) se aplica a dicha cámara de control (C1) mediante el pasaje para producir una primera fuerza de cierre que tiende a mover el miembro de válvula (21) a su posición cerrada y opuesta a una fuerza de abertura que tiende a mover el miembro de válvula (21) a su posición abierta, y se produce por la presión de entrada aplicada a la cara aguas arriba (21a) del miembro de válvula (21).
Description
Válvula de control en línea.
La presente invención se refiere a válvulas para
controlar el flujo de un fluido (líquidos o gases) a través de una
tubería. La invención es particularmente útil con respecto al tipo
de válvula de control en línea descrito en nuestra Patente de
Estados Unidos 4.681.130, y que, por lo tanto, se describe a
continuación con respecto a este tipo de válvula de control.
La patente citada anteriormente describe una
válvula de control en línea que normalmente está abierta y que se
acciona a una posición cerrada aplicando una presión de fluido, por
ejemplo, la presión de entrada, a dos cámaras de control dentro de
la válvula actuando ambas juntas para producir una fuerza de cierre
combinada sustancialmente mayor que la fuerza de abertura producida
por la presión de entrada aplicada a la cara aguas arriba del
miembro de válvula, asegurando mejor de esta manera un cierre rápido
y seguro de la válvula contra la presión de entrada.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar válvulas de control en línea que pueden ser una
construcción similar a las de la patente citada anteriormente pero
que incluyen numerosas mejoras y variaciones que permiten construir
las válvulas para una amplia variedad de aplicaciones
diferentes.
El documento
DE-A-1161732 describe una válvula en
línea que incluye un retén de válvula móvil dispuesto adyacente al
punto más estrecho de un tubo de Venturi. Se proporciona un canal a
través del retén que pone el flujo de fluido en comunicación con
una cámara aguas arriba. El cambio en la presión provocado por la
forma del tubo de Venturi saca el fluido de la cámara a través del
retén que crea un vacío en la cámara. De esta manera, el retén se
lleva hacia la cámara y la válvula se mantiene en su configuración
abierta. Se proporciona un manillar para efectuar el cierre.
De acuerdo con la presente invención, una
válvula de control en línea, para controlar el flujo de un fluido a
presión comprende:
un alojamiento que tiene un puerto de entrada,
un puerto de salida aguas abajo del puerto de entrada, y un asiento
de válvula entre dichos dos puertos;
un miembro de válvula móvil a posiciones abierta
y cerrada con respecto a dicho asiento de válvula;
y un accionador para accionar dicho miembro de
válvula a sus posiciones abierta y cerrada,
incluyendo adicionalmente dicho alojamiento
superficies que definen, con las superficies de dicho miembro de
válvula, una cámara de control, y en el que se define un pasaje a
través de dicho miembro de válvula y está comunicado con dicha
cámara de control;
y donde dicho miembro de válvula incluye: un
cuerpo de válvula; y un vástago de válvula fijado al cuerpo de
válvula;
caracterizado porque el miembro de válvula tiene
una cara aguas arriba orientada hacia el asiento de válvula, y una
cara aguas abajo orientada hacia dicho puerto de salida;
la cámara de control se define aguas abajo del
miembro de válvula e incluye una primera cámara de control definida
por una primera superficie del alojamiento y una superficie aguas
abajo de dicho vástago de válvula;
el cuerpo de válvula lleva un precinto elástico
alrededor de su periferia externa que puede engranarse con dicho
asiento de válvula en la posición cerrada del miembro de
válvula;
el vástago de válvula se extiende aguas abajo
del cuerpo de válvula; y porque
el pasaje se define a través de dicho miembro de
válvula desde su cara aguas arriba a su cara aguas abajo e incluye
una perforación axial formada a través de dicho cuerpo de válvula y
vástago de válvula que conduce a dicha primera cámara de control de
manera que se aplica una presión de entrada de un fluido en dicho
puerto de entrada a dicha cámara de control mediante el pasaje para
producir una primera fuerza de cierre que tiende a mover el miembro
de válvula a su posición cerrada y opuesta a una fuerza de abertura,
que tiende a mover el miembro de válvula a su posición abierta, y
se produce por la presión de entrada aplicada a la cara aguas
arriba del miembro de válvula.
Otras características de la invención resultarán
evidentes a partir de la siguiente descripción.
La invención se describe en este documento,
únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos,
en los que:
La Fig. 1 es una vista de sección longitudinal
que ilustra una forma de válvula de control abierta normalmente
como un ejemplo comparativo, mostrándose el miembro de válvula en su
posición abierta normalmente que asume en presencia de una presión
de entrada de fluido;
La Fig. 2 es una vista similar a la de la Fig. 1
pero ilustra el miembro de válvula en su posición cerrada cuando se
aplica una presión de control a su puerto de control;
La Fig. 3 es una vista de sección transversal
similar a la de la Fig. 2 pero a lo largo de una sección lineal
girada 45º para mostrar mejor la estructura interna;
La Fig. 4 es una vista fragmentada ampliada que
ilustra la construcción de una purga de una vía de la cámara de
amortiguación en la válvula de control de las Figs.
1-3;
La Fig. 5 ilustra en forma de diagrama una
batería de válvulas de control de acuerdo con la Fig. 1 y una manera
en la que las válvulas pueden controlarse;
La Fig. 6 es una vista de sección longitudinal
que ilustra una forma de válvula de control cerrada normalmente
construida de acuerdo con la presente invención;
La Fig. 6a es una vista de sección transversal a
lo largo de la línea 6a--6a de la Fig. 6;
La Fig. 7 es una vista similar a la de la Fig. 6
pero a lo largo de una sección lineal girada 45º para mostrar mejor
la estructura interna;
La Fig. 8 ilustra la válvula de control de las
Figs, 6 y 7 en su estado abierto;
La Fig. 9 es una vista de sección longitudinal
que ilustra otra forma de válvula de control cerrada normalmente de
acuerdo con la presente invención;
La Fig. 10 ilustra la válvula de la Fig. 9 en su
estado accionado abierto;
La Fig. 11 es una vista fragmentada ampliada que
ilustra más particularmente la construcción del precinto elástico
en el conjunto de válvula.
Las Figs. 11a-11c ilustran
diversos estados del precinto elástico de la Fig. 11;
La Fig. 12 es una vista tridimensional,
parcialmente abierta para mostrar su estructura interna, que ilustra
una válvula de control accionada con motor interno construida de
acuerdo con la invención;
La Fig. 13 es una vista de sección longitudinal
de la válvula de control de la Fig. 12 que muestra la válvula en su
estado cerrado;
La Figura. 14 es una vista similar a la de la
Fig. 13, pero que muestra la válvula en su estado abierto;
La Fig. 15 es una vista de sección longitudinal,
similar a la de la Fig. 14, pero tomada a lo largo de una sección
lineal girada 45º con respecto a la de la Fig. 14;
La Fig. 16 es una vista de sección longitudinal
que ilustra una válvula de control accionada por un motor externo
construida de acuerdo con la invención y que muestra la válvula es
su estado cerrado;
y la Fig. 17 es una vista similar a la de la
Fig. 16 pero que muestra la válvula en su estado abierto.
La válvula de control abierta normalmente
ilustrada en las Figs. 1-4 comprende un alojamiento,
denominado en su conjunto como 10, que incluye una sección
cilíndrica externa 11, preferiblemente de metal, una sección
cilíndrica interna 12, preferiblemente de plástico, un conducto de
acoplamiento de entrada 13 en el extremo aguas arriba del
alojamiento, y un conducto de acoplamiento de salida 14 en el
extremo aguas abajo del alojamiento. Los dos conductos de
acoplamiento 13, 14, también preferiblemente de metal, son de
configuración cónica y están soldados a la pared lateral metálica
externa 11. Las juntas de brida 15 refuerzan las uniones soldadas
de los dos conductos de acoplamiento 13, 14 a la sección cilíndrica
externa 11, y el precinto 16 cierra herméticamente la sección
cilíndrica interna 12 con respecto a los conductos de acoplamiento
13, 14.
El conducto de acoplamiento de entrada 13
incluye un puerto de entrada 17 para la entrada de fluido hacia el
alojamiento, y el conducto de acoplamiento de salida 14 incluye un
puerto de salida 18 para la salida del fluido. El conducto de
acoplamiento de entrada 13 está formado sobre su superficie interna
con un asiento de válvula cónico 19 que coopera con el conjunto de
válvula dentro del alojamiento para controlar el flujo del fluido
desde el puerto de entrada 17 al puerto de salida 18.
El conjunto de válvula dentro del alojamiento 10
se denomina en su conjunto como 20. Incluye un miembro de válvula
21 formado hidrodinámicamente, constituido por una cubierta de
válvula cónica 21a y un cuerpo de válvula 21b, que aseguran un
precinto elástico anular 22 alrededor de la periferia externa de la
cubierta de válvula y que puede moverse hacia y desde el asiento de
válvula cónico 19. El miembro de válvula 21 está conectado a un
accionador que incluye un vástago de válvula 23 unido de manera
roscada al miembro de válvula 21 y extendiéndose aguas abajo del
mismo. El extremo aguas abajo del vástago de válvula 23 lleva un
cabezal del pistón 24 que tiene una junta de estanqueidad 24a que
puede moverse dentro de un cilindro 25, en forma de un revestimiento
cilíndrico, dentro de la sección de alojamiento 12.
El miembro de válvula 21 es forzado al estado de
válvula cerrada ilustrado en la Fig. 1 mediante un resorte 26 entre
el cabezal del pistón 24 y una pared radial, definida mediante una
tapa trasera 27, en el extremo aguas abajo del alojamiento 10
adyacente a su puerto de salida 18. La tapa 27 tiene una
configuración de cruceta, estando formada por una pluralidad de
rebordes 27a que se extienden radialmente (Fig. 1) para definir
entre ellos una pluralidad de pasajes 27b que se extienden
axialmente (Fig. 3) al puerto de salida 18. Las superficies
externas de los rebordes 27a se conforman complementarias a la cara
cónica interna 14a del conducto de acoplamiento de salida 14 de
manera que el resorte 26 comprime firmemente la tapa 27 contra el
conducto de acoplamiento 14 mientras los pasajes 27b entre los
rebordes 27a definen grandes pasajes axiales para el flujo del
fluido al puerto de salida 18.
La sección de alojamiento 12 se forma
similarmente con una pluralidad de rebordes 12b que se extienden
radialmente (Fig. 1) alineados con los rebordes 27a de la tapa 27 y
definiendo una pluralidad de pasajes 12b que se extienden
axialmente (Fig. 3) alineados con los pasajes 27b de la tapa 27 para
el flujo del fluido a través de la válvula de control cuando el
conjunto de válvula 20 está en su posición abierta (Fig. 3).
El conjunto de válvula 20 incluye adicionalmente
un faldón cilíndrico 28 formada integralmente con el cuerpo 21b del
miembro de válvula 21 y extendiéndose aguas abajo del mismo para
incluir la parte respectiva del vástago de válvula 23. El faldón
cilíndrico 28 puede moverse dentro de un hueco cilíndrico 29 formado
axialmente a través de los rebordes 12a de la sección de
alojamiento 12. La superficie interna del faldón cilíndrico 28 está
sellada con respecto al alojamiento mediante una junta de
estanqueidad 30, mientras que la superficie externa del faldón no
está sellada y permite el flujo libre del fluido a través de los
pasajes axiales 12b en la sección de alojamiento 12.
El vástago de válvula 23 está formado con una
sección aguas arriba 23a delimitada por un faldón 28 del miembro de
válvula 21, y una sección aguas abajo 23b adyacente al cabezal del
pistón 24. La sección aguas abajo 23b es de mayor diámetro externo
que la sección aguas arriba 23ª, para definir una pared anular 23c
entre las dos secciones. La sección aguas arriba 23b está sellada
con respecto al alojamiento mediante una junta de estanqueidad 31,
y la sección aguas abajo 23b está sellada con respecto al
alojamiento mediante una junta de estanqueidad 32. Los anillos de
estanqueidad 30 y 31 los soporta una pared que se extiende
radialmente 12c desde la sección de alojamiento 12 y se retienen en
su sitio mediante una placa de retención 33 asegurada a la misma
mediante sujeciones 34.
Se observará que la construcción de la válvula
de control, en la medida en que se ha descrito anteriormente,
define varias cámaras con alojamiento 10, en particular la sección
de alojamiento 12, de la siguiente manera:
(1) La cámara C1 se define mediante la cara
aguas abajo del cabezal del pistón 24, la superficie 10a del
cilindro de alojamiento 25, y la cara enfrentada de la tapa 27.
Como se describirá más particularmente a continuación, la cámara C1
sirve como primera cámara de control, y produce una fuerza que
tiende a mover el miembro de válvula 21 desde su posición abierta
normalmente a una posición cerrada cuando el fluido a presión se
aplica mediante un puerto de control CP1 que comunica con la cámara
C1 mediante un pasaje en uno de los rebordes del alojamiento 12a.
La cámara C1 incluye un drenaje 35 a la atmósfera, aunque este
drenaje está obturado de manera que no es eficaz en la construcción
abierta normalmente de las Figs. 1-3.
(2) La cámara C2 se define mediante la cara
aguas abajo del cuerpo de válvula 21b incluyendo la cara interna de
su faldón cilíndrico 28, la superficie 10b (sobre la placa de
retención 33 de la pared radial 12c) de la sección de alojamiento
12, y la superficie externa del vástago de válvula 23. La cámara C2
comunica con la cámara C1 mediante un pasaje axial 36a y un pasaje
radial 36b en el vástago de válvula 23. La cámara C2 sirve también,
por lo tanto, como cámara de control produciendo una fuerza que
intensifica la producida en la cámara C1 para mover el miembro de
válvula 21 de su posición abierta normalmente a su posición cerrada
cuando se aplica una presión de control mediante el puerto de
control CP1.
(3) La cámara C3 se define mediante la cara
aguas arriba del cabezal del pistón 24, las porciones adyacentes
del vástago de válvula 23, y la superficie 10c del cilindro de
alojamiento 25. La cámara C3 comunica con un segundo puerto de
control CP2 mediante un pasaje en uno de los rebordes del
alojamiento 12a de manera que cuando el miembro de válvula 21 está
cerrado y se aplica un fluido a presión al puerto de control CP2, el
miembro de válvula 21 se mueve a su posición abierta, como se
describirá más particularmente a continuación.
(4) La cámara C4 se define mediante una pared
anular 23c del vástago de válvula 23 y la superficie 10d sobre la
pared radial 12c de la sección de alojamiento 12. La cámara C4 sirve
como cámara de amortiguación para amortiguar el movimiento del
miembro de válvula 21 hasta su posición de cierre final para evitar
el impacto repentino del miembro de válvula contra el asiento de
válvula 19. La cámara de amortiguación C4 está cerrada
herméticamente mediante la junta de estanqueidad 32 sobre el vástago
de válvula 23 y la junta de estanqueidad 31 sobre la pared radial
12c del alojamiento.
Para purgar el fluido de la cámara de
amortiguación C4, el vástago de válvula 23 se forma con una purga de
pequeño diámetro, que incluye una perforación axial 37 que comunica
con un surco anular 38, en una locación en el vástago del pistón 23
ligeramente por debajo de su junta de estanqueidad 32. Como se
muestra particularmente en la Fig. 4, el surco anular 38 tiene un
extremo interno 38a cerrado mediante una junta de estanqueidad 39.
La purga producida de esta manera es una purga de una vía, que
permite el flujo de fluido únicamente desde las cámaras de
amortiguación C4 en la dirección del puerto de control CP2.
La sección de alojamiento 12 está formada
adicionalmente por una pluralidad de ranuras que se extienden
axialmente 40 desde el puerto de control CP2 pero que terminan
cerca de la pared radial 12c.
Como se describirá más particularmente a
continuación, la construcción es tal que la cámara de amortiguación
C4 es eficaz para retrasar o amortiguar el movimiento de cierre del
conjunto de válvula 20 únicamente en el movimiento final a su
posición cerrada para amortiguar el impacto del miembro de válvula
21 contra el asiento de válvula 19. La fuerza producida en la
cámara C4 es eficaz también para intensificar el movimiento de
abertura final del conjunto de válvula.
La válvula de control ilustrada en las Figs.
1-4 funciona de la siguiente manera:
Cuando la válvula de control no está conectada a
la tubería o, si está conectada, la tubería aún no está a presión,
el conjunto de válvula estará en la posición cerrada ilustrada en la
Fig. 2 bajo la influencia del resorte 26. Sin embargo, cuando la
válvula de control está conectada a la tubería y la tubería está a
presión, la presión de entrada se aplica a la cara aguas arriba del
miembro de válvula 21, moviendo de esta manera el conjunto de
válvula 20 a su estado abierto como se ilustra en la Fig. 1. De esta
manera, la válvula ilustrada está en un estado abierto normal
cuando la tubería está a presión.
En el caso de un fallo en la presión de entrada,
la fuerza aplicada por la presión aguas abajo contra la superficie
288 del faldón de la válvula 28, y también la fuerza aplicada
mediante el resorte 26, mueven el conjunto de válvula 20 a su
estado cerrado (Fig. 1), evitando de esta manera el contraflujo de
fluido desde la tubería aguas abajo (no mostrada) mediante el
puerto de salida 18, el puerto de entrada 17, y la tubería aguas
arriba (no mostrada) conectada al puerto de entrada.
Cuando se desea cerrar la válvula, se aplica el
fluido a presión al puerto de control CP1. Normalmente esto se
realiza usando una válvula piloto (por ejemplo, la válvula piloto 45
en la Fig. 5) que conecta el puerto de control CP1 a la presión de
entrada. Cuando ocurre esto, la presión de entrada se aplica a la
cámara de control C1 y también, mediante los pasajes 36a y 36b a
través del vástago de válvula 23, a la cámara de control C2.
La presión dentro de la cámara de control C1
produce una fuerza contra el cabezal del pistón 24 permitiendo que
el conjunto de válvula 20 se mueva hacia su posición cerrada (es
decir, hacia la derecha en la Fig. 3), siendo la magnitud de esta
fuerza igual a la presión dentro de la cámara C1 multiplicada por el
área del diámetro externo (D1) del cabezal del pistón 24. La
presión dentro de la cámara C2 produce una fuerza que actúa también
en la dirección para mover el conjunto de válvula 20 hacia su estado
cerrado; es decir, incrementando la fuerza producida en la cámara
C1. La fuerza producida en la cámara C2, sin embargo, actúa sobre la
cara aguas abajo del miembro de válvula 21 y es de una magnitud
correspondiente al diámetro interno (D2) del faldón cilíndrico 28,
menos el diámetro externo (D3) de la sección de vástago de válvula
23a.
Cuando el conjunto de válvula está en su estado
abierto como se ilustra en la Fig. 1, la fuerza que actúa para
mantener el conjunto de válvula en su estado abierto es igual a la
presión de entrada multiplicada por el área correspondiente al
diámetro externo (D4) o por el manguito cilíndrico 28. Esta fuerza
que actúa para mantener la válvula abierta es menor que la suma de
las fuerzas producidas por la presión aplicada mediante el puerto
de control CP1 a las cámaras C1 y C2, y mediante la presión aguas
abajo aplicada a la superficie 28a del faldón 28, actuando todas
ellas para cerrar el conjunto de válvula. Por lo tanto, el conjunto
de válvula empezará a moverse hacia su estado cerrado.
Durante el movimiento inicial del conjunto de
válvula 20 hacia su estado cerrado, la cámara C4 comunica con la
atmósfera mediante las ranuras 40 y el puerto de control CP2 de
manera que no hay acumulación de presión dentro de la cámara C4 que
pudiera retardar el movimiento del conjunto de válvula hacia su
posición cerrada. Según el conjunto de válvula se aproxima a su
posición cerrada, en la que su junta de estanqueidad 32 pasa por el
extremo (extremo derecho) de las ranuras 40, la cámara C4 se
convierte en una cámara sellada y, por lo tanto, actúa para
amortiguar los movimientos de cierre del conjunto de válvula. El
grado de amortiguación, particularmente cuando se controla el flujo
de un líquido (no compresible) depende del caudal permitido por la
perforación de purga 37 y el surco anular 38.
La superficie 28a del faldón 28 actúa también
para amortiguar el movimiento de cierre final del conjunto de
válvula. Como se ha indicado anteriormente, la presión aguas abajo
actúa contra la superficie del faldón 28a en la dirección que
permite mover el conjunto de válvula a su posición cerrada. Según el
conjunto de válvula se aproxima a su posición cerrada, aumenta la
presión diferencial a través del conjunto de válvula, debido a la
mayor resistencia al flujo, reduciéndose de esta manera la presión
de salida aplicada a la superficie del faldón 28a cuando el
conjunto de válvula se aproxima a su posición de cierre final.
La reapertura de la válvula de control puede
realizarse simplemente interrumpiendo la presión al puerto de
control CP1, en cuyo caso la presión de entrada aplicada al miembro
de válvula 21 moverá el conjunto de válvula a la posición abierta
ilustrada en la Fig. 1.
La válvula puede reabrirse también
interrumpiendo la presión al puerto de control CP1, y aplicando
presión al puerto de control CP2. Cuando se hace esto, el fluido a
presión dentro de la cámara C3 produce un fuerza de abertura contra
la cara aguas arriba del cabezal del pistón 24, que, junto con la
fuerza de abertura producida por la presión de entrada contra el
miembro de válvula 21, mueve el conjunto de válvula a su estado
abierto como se ilustra en la Fig. 3.
El puerto de control CP2 puede usarse solo para
reabrir la válvula cuando la presión de entrada es baja o cuando se
aplica vacío a la entrada. Este puerto de control puede usarse
también, junto con el puerto de control CP1, para regular o
amortiguar los movimientos del conjunto de válvula.
Cuando la válvula está cerrada y el fluido a
presión se aplica al puerto de control CP2 para abrir la válvula,
la junta de estanqueidad 39 evita que este fluido a presión pase a
través de la perforación de purga 37 y el surco anular 38 hacia la
cámara de amortiguación C4. De esta manera, al comienzo de la
abertura de la válvula sólo el área superficial de la cámara C3
(definida por el diámetro D1 menos D5), junto con la presión de
entrada aplicada al miembro de válvula 21, es eficaz para abrir el
conjunto de válvula. Sin embargo, tan pronto como la junta de
estanqueidad 32 del vástago de válvula 23 pasa el extremo derecho de
las ranuras 40, la presión dentro de la cámara C3 se aplica también
a la cámara C4, aumentando de esta manera la fuerza de abertura.
La presencia de la junta de estanqueidad 39
permite también poder controlar selectivamente una batería de
válvulas de una manera más sencilla cuando todas las válvulas están
cerradas. De esta manera, como se muestra en la Fig. 5, una batería
de válvulas 41-43 conectadas en paralelo a una
tubería de suministro común 44 puede controlarse individualmente
mediante una válvula piloto separada 45-47 conectada
cada una al puerto de control CP1 de su válvula respectiva, y una
válvula piloto 48 común conectada al puerto de control CP2 de todas
las válvulas. Por lo tanto, aplicando presión (por ejemplo, la
presión de entrada) a todos los puertos de control CP2 mediante la
válvula piloto 48 común, cada una de las válvulas
41-43 puede cerrarse selectivamente, con respecto a
la tubería aguas abajo 49, interrumpiendo la aplicación de fluido a
presión al puerto de control CP1 respectivo mediante la válvula
piloto 45-47 respectiva.
Las Figs. 6-8 ilustran una
válvula de generalmente la misma construcción que la descrita
anteriormente con respecto a las Figs. 1-4, aunque
incluyendo varias modificaciones para hacerla una válvula cerrada
normalmente (cuando la presión de entrada se aplica a la misma), en
lugar de una válvula abierta normalmente como en la construcción de
las Figs. 1-4. Una ventaja importante de una válvula
cerrada normalmente es que proporciona un cierre sin fallos de la
válvula, debería haber un fallo del sistema de control de presión.
Para facilitar la comprensión, aquellos elementos que son
generalmente los mismos que en la válvula de las Figs.
1-4 se identifican con los mismos números de
referencia.
Un cambio en la construcción es que la válvula
cerrada normalmente de las Figs. 6-8 está formada
con el pasaje axial 50 a través de su miembro de válvula 21
estableciendo comunicación con el pasaje axial 36a en el vástago de
válvula de manera que la presión de entrada se aplica también a la
cámara C1 actuando sobre la cara aguas abajo del cabezal del pistón
24, y a la cámara C2 actuando sobre la cara aguas abajo del cuerpo
de válvula 21b, produciendo ambas fuerza que tienden a mover el
conjunto de válvula 20 a su estado cerrado como se ilustra en las
Figs. 6 y 7. Otro cambio es que no requiere el puerto de control CP1
a través de la sección de alojamiento 12 que comunica con las
cámaras C1 y C2 y, por lo tanto, el puerto de control CP1 está
obturado, dejando un único puerto de control CP2 en comunicación
con la cámara C3. Otro cambio es que la cámara C3 está en
comunicación continua con la cámara C4 mediante la ranura 40 y una
perforación 51 de mayor diámetro que la perforación de purga 37 en
la construcción de las Figs. 1-3, omitiéndose
también las juntas de estanqueidad 32 y 39 de la construcción de
las Figs. 1-3.
La construcción de las Figs. 6-8
incluye un pistón 52 formado con una pluralidad de lengüetas de
montaje 53 que se extienden radialmente espaciadas alrededor de su
circunferencia para montarla en el extremo aguas abajo del pistón
24. El pistón 52 está cerrado en su extremo aguas arriba por una
pared final 55. Su extremo aguas abajo está alojado de forma
desplazable dentro de una cavidad cilíndrica 56 en la tapa 27 e
incluye una junta de estanqueidad 56a para definir de esta manera
otra cámara C5. Esta última cámara incluye el resorte 26 y está
purgada a la atmósfera mediante el drenaje 35. Por lo tanto, el
drenaje 35 en la construcción de las Figs. 6-8 no
está obturado como lo está en la construcción de las Figs.
1-3.
La pared final 55 del pistón 52 está separada
del pasaje axial 36a a través del vástago de válvula 23 para no
bloquear este pasaje axial. Este espacio 57 comunica con la cámara
C1 mediante los espacios 58 (Figs. 6a, 7) entre las lengüetas de
montaje 53. De esta manera, la presión de entrada se aplica a la
cámara C1 mediante los pasajes axiales 50 y 36a, y los espacios 57
y 58. Como en la construcción de las Figs. 1-3, la
presión producida en la cámara C1 se aplica también a la cámara C2,
y las fuerzas producidas en ambas cámaras tiende a cerrar la
válvula opuestamente a la fuerza producida por la presión de entrada
contra el miembro de válvula 21 que tiende a abrir la válvula. Como
puede distinguirse a partir de la construcción en las Figs.
1-3, sin embargo, la fuerza de cierre producida en
la cámara C1 se reduce mediante el área de sección transversal
externa del pistón 52 (ya que la cámara C5 está purgada a la
atmósfera). La fuerza de cierre es opuesta a la fuerza de abertura
producida en las cámaras C3 y C4 cuando se aplica una presión de
control mediante el puerto de control CP2.
Cuando la válvula de control ilustrada en las
Figs. 6-8 está conectada a una tubería de suministro
de agua, la presión de entrada se aplica a la cara aguas arriba del
miembro de válvula 21, produciendo de esta manera una fuerza que
tiende a abrir la válvula. Sin embargo, la presión de entrada se
aplica también mediante los pasajes 50 y 36a a la cámara C1, y
mediante el pasaje 36b a la cámara C2, produciendo ambas fuerzas que
tienen a cerrar la válvula. Estas últimas fuerzas, junto con la
fuerza producida por la presión aguas abajo (cuando la válvula no
está cerrada) contra la superficie 28a, y la fuerza producida por el
resorte 26, son suficientemente mayores que la fuerza de abertura
de manera que la válvula está en un estado cerrado normalmente como
se ilustra en la Fig. 6.
Cuando la válvula de las Figs.
6-8 debe abrirse, una presión de control (por
ejemplo, la presión de entrada) se aplica al puerto de control CP2.
Esta presión de control se aplica a ambas cámaras C3 y C4 (siendo la
última mediante las ranuras 40 y la perforación 51), produciendo
una fuerza de abertura que, junto con la fuerza de abertura
aplicada mediante la presión de entrada contra la cara aguas arriba
del miembro de válvula 21, es suficiente para mover el conjunto de
válvula a su estado abierto como se ilustra en la Fig. 8. Cuando la
presión se retira del puerto de control CP2, la válvula volverá a su
estado cerrado normalmente.
En todos los demás aspectos, la válvula de
control ilustrada en las Figs. 6-8 se construye y
funciona sustancialmente de la misma manera que la descrita
anteriormente.
Las Figs. 9 y 10 ilustran una construcción de
válvula cerrada normalmente similar a la de las Figs.
6-8. En este caso, sin embargo, los pasajes axiales
50 a través del miembro de válvula 21 y su vástago de válvula 23 se
extienden mediante el pasaje axial 36a a la cámara C5 entre el
extremo aguas abajo del vástago de válvula 23 y la tapa trasera 27.
Mientras en la construcción de las Figs. 6-8 la
cámara C5 se purga a la atmósfera, en la construcción de las Figs.
9 y 10 la cámara C5 no se purga, sino que se cierra herméticamente
mediante una junta de estanqueidad 60 entre la superficie externa
del extremo aguas abajo del vástago de válvula 23 y la superficie
interna de la cavidad 61 en la tapa trasera 27. En esta
construcción, por lo tanto, el drenaje 35 (Fig. 8) está obturado,
aunque el puerto de control CP1 (por ejemplo, Fig. 1) se purga a la
atmósfera.
También, la superficie externa del faldón de la
válvula 28 lleva un junta de estanqueidad 62, y la superficie de la
sección de alojamiento 12 formada con el hueco anular 29 para el
faldón de la válvula está formada con una pluralidad de ranuras 63
que se extienden axialmente, estableciendo de esta manera
comunicación entre las cámaras C6 y C2.
Se observará que en la construcción de las Figs.
9 y 10, la presión de entrada aplicada a la cara aguas arriba del
miembro de válvula 21 produce una fuerza de abertura que se
equilibra sustancialmente con la suma de las fuerzas de cierre
producidas por la presión de entrada en las cámaras C5, C2 y C6. La
fuerza de cierre producida por el resorte 26 será suficiente, por
lo tanto, para mover el conjunto de válvula a su estado cerrado
normalmente.
Cuando se desea abrir la válvula, se aplica una
presión de control al puerto de control CP2 (Fig. 8), siendo esta
habitualmente la presión de entrada. Cuando la presión se aplica al
puerto CP2, se produce una fuerza de abertura en las cámaras C3 y
C4 que, cuando se añade a la fuerza de abertura producida por la
presión de entrada contra la cara aguas arriba del miembro de
válvula 21, es suficiente para abrir la válvula.
En todos los demás aspectos, la válvula cerrada
normalmente ilustrada en las Figs. 9 y 10 puede construirse y
hacerse funcionar sustancialmente de la misma manera que la descrita
anteriormente con respecto a las Figs. 6-8.
La Fig. 11 ilustra una construcción preferida
que puede usarse en cualquiera de las válvulas de control descritas
anteriormente para el miembro de válvula 21 y su junta de
estanqueidad anular 22 engranable con el asiento cónico 19 del
conducto de acoplamiento de entrada 13. La Fig. 11a ilustra el
precinto elástico anular en su posición de cierre inicial; la Fig.
11b lo ilustra en su posición de cierre final; y la Fig. 11c ilustra
esquemáticamente cómo el miembro de válvula elimina sustancialmente
el fenómeno de vibración.
El precinto elástico anular, denominado de
manera general 22 en la Fig. 11, incluye un faldón cónico 70 formado
con una periferia externa 71 más gruesa que se engrana con el
asiento de válvula cónico 19 en el estado cerrado del conjunto de
válvula. El faldón cónico 70 está sujeto por un perno 72 entre la
cubierta de válvula cónica 21a en el lado aguas arriba, y el cuerpo
de válvula 21b en el lado aguas abajo apoyado contra un anillo de
apoyo 73, y es de configuración complementaria cónica como estas dos
partes del miembro de válvula 21.
La cara aguas arriba del cuerpo de válvula 21b
está formada con una ranura anular 75 que recibe la cara aguas
abajo de la periferia anular más gruesa 71 del precinto elástico 22.
La ranura 75 tiene una sección transversal trapezoidal, estando
formada con una cara inferior 75a sustancialmente paralela a la cara
aguas arriba del miembro de válvula cónico 21, y caras laterales
opuestas 75b, 75c sustancialmente paralelas al eje longitudinal del
conjunto de válvula 20.
Un miembro de anclaje 77 se recibe dentro de la
ranura 75 y tiene una configuración complementaria a la de la
ranura. Además, está formada con un reborde anular en cola de milano
76 recibido dentro de un surco complementario en cola de milano 78
formado en la cara aguas abajo de la periferia anular más gruesa 71
de la junta de estanqueidad 22.
La cara aguas arriba de la periferia anular más
gruesa 71 de la junta de estanqueidad 22 está formada con la
sección anular externa 79 de espesor ahusado, disminuyendo el
espesor en la dirección hacia fuera. La sección anular 79 se define
mediante una pared anular interna 79a en ángulo obtuso respecto a la
cara aguas arriba del miembro de válvula cónico 21, y una pared
anular externa 79b en un ángulo obtuso menor respecto a la cara
aguas arriba del miembro de válvula cónico 21. La cara externa 79c
de la sección anular 79, que entra en contacto hermético con el
asiento de válvula cónico 19, es de una configuración curvada.
El extremo externo de la cubierta de válvula 21a
termina en la cara 79a del precinto elástico 22 y tiene una
configuración complementaria a la de esta cara. El extremo externo
de la sección anular externa 79 del precinto elástico 22, como se
define mediante la cara 79b, está espaciado normalmente de la cara
21c en el extremo externo del cuerpo de válvula 21b.
Según el miembro de válvula 21 se aproxima al
asiento de válvula cónico 19, la cara 79c del precinto elástico 22
se engrana en primer lugar al asiento cónico 19 (Fig. 11a), y esta
sección del precinto elástico se deforma contra la cara 21c del
cuerpo de válvula 21b en la posición de cierre final (Fig. 11b) del
miembro de válvula 12. De esta manera, como se muestra en la Fig.
11b la cara 79b del precinto elástico 22 se comprime contra la cara
21c del cuerpo de válvula 21b para producir un precinto firme con
respecto al asiento cónico 19 en la posición cerrada de la
válvula.
Se ha descubierto que la construcción del
precinto de válvula 22 como se ilustra en la Fig. 11 asegura
firmemente el precinto 22 al miembro de válvula 21 contra fuerzas
muy grandes que tienden a desajustar el precinto del miembro de
válvula, particularmente en el caso de un flujo inverso del fluido a
través de la válvula. También, como se muestra particularmente en
la Fig. 11 c, la periferia externa del precinto 22 es
suficientemente flexible de manera que, cuando la válvula está solo
ligeramente abierta, esta periferia externa oscila por el flujo,
con respecto al asiento de válvula cónico 19 para efectuar la
regulación del flujo. Se ha descubierto también que dicha
construcción elimina sustancialmente la vibración según el miembro
de válvula se aproxima a su posición de cierre
final.
final.
La válvula de control en línea ilustrada en las
Figs. 12-14 comprende un alojamiento, denominado de
forma general 110, que tiene una sección cilíndrica principal 112,
un conducto de acoplamiento de entrada 113 en el extremo aguas
arriba, y un conducto de acoplamiento de salida 114 en el extremo
aguas abajo. Los dos conductos de acoplamiento 113, 114 son de
configuración cónica y se aseguran a la sección de alojamiento
principal 112 mediante un par de anillos de acoplamiento roscado
115, 116.
El conducto de acoplamiento de entrada 113
incluye un puerto de entrada 117, y el conducto de acoplamiento de
salida 114 incluye un puerto de salida 118. El conducto de
acoplamiento de entrada 113 está formado en su superficie interna
con un asiento de válvula cónico 119 que coopera con el miembro de
válvula, denominado de forma general 120, para controlar el flujo
del fluido desde el puerto de entrada 117 al puerto de salida
118.
El miembro de válvula 120 está conformado
hidrodinámicamente, incluye una cubierta de válvula cónica 121 y un
precinto elástico anular 122 alrededor de su periferia externa que
puede moverse hacia y desde el asiento de válvula cónico 119. El
miembro de válvula 120 incluye adicionalmente un vástago 123 unido
de manera roscada a la cara aguas abajo de la cubierta de válvula
121, y un cuerpo de válvula 124 en la cara aguas abajo de la
cubierta de válvula 121. El cuerpo de válvula 124 puede engranarse
con un anillo de apoyo 125 de manera que cuando el vástago 123 se
une de manera roscada a la cubierta de válvula 121, el precinto
elástico anular 122 se sujeta firmemente entre la cubierta de
válvula 121 y el cuerpo de válvula 124.
El vástago de válvula 123 se extiende aguas
debajo de la cubierta de válvula 121 y se recibe dentro de una
cavidad cilíndrica 126 formada en la tapa 127 que se engrana al
conducto de acoplamiento de salida 114 y constituyendo una pared
trasera del alojamiento 110.
El miembro de válvula 120 incluye también un
faldón cilíndrico 128 formado integralmente con el cuerpo de
válvula 124 y extendiéndose aguas abajo del miembro de válvula. El
faldón cilíndrico 128 se recibe dentro de una ranura cilíndrica 129
formada axialmente en el alojamiento 112.
El alojamiento 112 incluye una pared 130 que se
extiende radialmente en el extremo aguas arriba del hueco
cilíndrico 129. La pared 130 está formada con una abertura central
para recibir el vástago de válvula 123.
La sección de alojamiento principal 112 está
formada con una pluralidad de rebordes 112a que se extienden
radialmente (Figs. 13, 14) espaciados circunferencialmente entre sí
para definir pasajes 112b que se extienden radialmente (Fig. 15).
La tapa 127 se forma de manera similar con una pluralidad de brazos
de cruceta 127a que se extienden radialmente espaciados
circunferencialmente entre sí para definir los pasajes 127b. Los
brazos de cruceta 127a de la tapa 127 están alineados con los
rebordes radiales 112a del alojamiento 112 de manera que los
pasajes axiales 112b a través del alojamiento y 127b a través de la
tapa se alinean entre sí para permitir el flujo de fluido desde el
puerto de entrada 117 al puerto de salida 118 cuando el miembro de
válvula 120 está en su posición abierta. La superficie interna del
conducto de acoplamiento de salida 114 es de forma cónica, y la
superficie externa de los brazos de cruceta 127b son de forma cónica
complementaria como se muestra en 127c, de manera que los brazos de
cruceta se engranan firmemente con el conducto de acoplamiento de
salida 114 justo aguas arriba del puerto de salida 118.
La válvula de control ilustrada incluye los
siguientes precintos: juntas de estanqueidad 131 y 132 entre el
alojamiento 112 y su conducto de acoplamiento de entrada 113 y el
conducto de acoplamiento de salida 114, respectivamente, la junta
de estanqueidad 133 entre la pared del alojamiento 130 y el vástago
de válvula 123; la junta de estanqueidad 134 entre la tapa 127 y el
vástago de válvula 123; la junta de estanqueidad 135 entre la tapa
127 y la sección de alojamiento 112; y la junta de estanqueidad 136
entre la superficie externa del faldón de la válvula 128 y la
superficie 'correspondiente de la sección de alojamiento 112 formada
con la ranura 129 que recibe el faldón de la válvula.
Los precintos anteriores definen las siguientes
cámaras: (1) la cámara de control C1 entre la cara aguas abajo 123a
del vástago de válvula 123 y las paredes de la cavidad cilíndrica
126 formadas en la tapa 127; (2) la cámara de control C2 definida
por la cara aguas abajo del cuerpo de válvula 124, la cara interna
del faldón de la válvula 128, la cara aguas arriba de la pared del
alojamiento 130, y la porción de vástago de válvula 123 entre la
pared del alojamiento 130 y el cuerpo de válvula 124 y rodeada por
el faldón de la válvula 128; (3) la cámara de control C3 definida
por la cara aguas abajo 128a del faldón de la válvula 128 y las
paredes de la ranura cilíndrica 129 formada en la sección de
alojamiento 112; y (4) una cámara C4 definida por la superficie
interna de la de sección de alojamiento 112, la cara aguas debajo de
su pared radial 130, la cara aguas arriba de su tapa 127, y la
superficie externa del vástago de válvula 123 entre la pared 130 y
la tapa 127.
Un pasaje axial 140 se forma a través del
miembro de válvula 120, que incluye su cubierta 121, el cuerpo de
válvula 124, y el vástago de válvula 123, condiciendo a la cámara C1
en el extremo aguas debajo del vástago de válvula. La presión de
entrada se aplica, por lo tanto, mediante el pasaje axial 140 a la
cámara de control C1 produciendo una primera fuerza en la dirección
para mover el miembro de válvula 20 a su posición cerrada.
Un pasaje radial 141 se forma a través del
vástago de válvula 123 conduciendo desde el pasaje axial 140 a la
cámara C2. De esta manera, la presión de entrada aplicada a través
del pasaje axial 140 a la cámara C1 se aplica también mediante el
pasaje radial 141 a la cámara C2, para producir una segundo fuerza
que actúa en la misma dirección que la producida en la cámara C1
para mover el miembro de válvula 120 a su posición cerrada.
La cámara C3 está conectada a la cámara C2
mediante una pluralidad de ranuras 142 que se extienden
longitudinalmente formadas en la sección de alojamiento 112 a lo
largo de la cara interna del faldón de la válvula 128. De esta
manera, la presión de entrada aplicada a la cámara C2 se aplica
también mediante las ranuras 142 a la cámara C3 para producir una
tercera fuerza, que actúa en la misma dirección que las producidas
en las cámaras C1 y C2, para mover el miembro de válvula 120 a su
posición cerrada.
La cámara C4 se purga a la atmósfera mediante
una purga 143 formada a través de uno de los rebordes 112a en la
sección de alojamiento principal 112. Por lo tanto, no produce una
fuerza aplicada al miembro de válvula.
La cámara C4, sin embargo, incluye un accionador
para accionar el miembro de válvula 10 a su posición abierta o a su
posición cerrada. En el ejemplo ilustrado en las Figs.
12-14, el accionador, denominado de forma general
como 150, tienen la forma de un motor rotatorio eléctrico formado en
su superficie interna con una rosca 151 que se ajusta a las roscas
152 formadas sobre la superficie externa del vástago de válvula 123
de manera que, cuando el motor 150 gira, el vástago 123 y, por lo
tanto, el miembro de válvula 121, se mueven a la posición abierta o
a la posición cerrada, dependiendo de la dirección de rotación del
motor.
La válvula ilustrada en las Figs.
12-14 funciona de la siguiente manera: suponiendo
que el miembro de válvula está en su posición cerrada, como se
ilustra en las Figs. 12 y 13, cuando la presión de entrada se aplica
al conducto de entrada 117, la presión de entrada producirá una
fuerza de abertura igual a la presión de entrada multiplicada por
el área superficial de la cara aguas arriba del miembro de válvula
120.
Por otro lado, la presión de entrada se aplica
también (1) mediante el pasaje axial 140 a la cámara de control C1,
(2) mediante el pasaje radial 141 a la cámara de control C2, y (3)
mediante las ranuras 142 a la cámara de control C3. Por lo tanto,
se producirá una primera fuerza en la cámara de control C1 igual a
la presión de entrada multiplicada por el área superficial de la
cara aguas abajo 123a del vástago de válvula 123; se producirá una
segunda fuerza en la cámara C2 igual a la presión de entrada
multiplicada por el área superficial definida por la superficie
interna del faldón 128 y la superficie externa del vástago de
válvula 123; y se producirá una tercera fuerza en la cámara C3
igual a la presión de entrada multiplicada por el área superficial
de la cara aguas abajo 128a del faldón 128. Como puede observarse en
la Fig. 13, por ejemplo, la suma de las áreas superficiales
eficaces en las cámaras C1, C2 y C3, son sustancialmente iguales al
área superficial en la cara aguas arriba del miembro de válvula
120, de manera que las fuerzas de cierre producidas en las tres
cámaras de control serán sustancialmente iguales a, y equilibrarán,
la fuerza de abertura producida en la cara de entrada del miembro
de válvula 120.
En consecuencia, la válvula se abrirá y cerrará
únicamente por el funcionamiento del accionador 150. Debido al
equilibrio anterior de fuerzas, el funcionamiento del accionador 150
requerirá relativamente poca energía para mover el miembro de
válvula 120 a su posición cerrada (Figs. 12, 13) o a su posición
abierta (Figs. 14, 15).
Las Figs. 16 y 17 ilustran una válvula
construida sustancialmente como se ha descrito anteriormente con
respecto a las Figs. 12-15 y, por lo tanto, se han
usado los mismos números de referencia para identificar las piezas
correspondientes. La diferencia principal en la válvula ilustrada en
las Figs. 16 y 17 es que, en lugar de accionarse por un motor
eléctrico interno, se acciona por un motor eléctrico externo que
tiene un acoplamiento mecánico que se extiende a través del
alojamiento de válvula al miembro de válvula.
De esta manera, como se muestra en las Figs. 16
y 17, el mecanismo rotatorio dentro de la cámara C4 tiene la forma
de engranaje 160 que tiene roscas internas 161 que se ajustan a las
roscas externas 162 formadas en el vástago de válvula 123. El
engranaje 160 está formado a su vez por dientes cónicos 163 que se
engranan con un engranaje cónico 164 en la cámara C4 y que se
acoplan mediante un árbol motor 165 que se extiende a través de la
sección de alojamiento 112 y está accionado por un motor eléctrico
166 fuera del alojamiento. El engranaje 160 puede soportarse
adicionalmente para que gire mediante unos cojinetes rotatorios 167,
168 entre la superficie externa del engranaje 160 y las superficies
correspondientes de la sección de alojamiento 112.
En todos los demás aspectos, la válvula de
control ilustrada en las Figs. 16 y 17 se construye y funciona
sustancialmente de la misma manera descrita anteriormente con
respecto a las Figs. 12-15. De esta manera, como se
ha descrito anteriormente, la presión de entrada aplicada a las
cámaras C1, C2 y C3 actúan todas en la misma dirección para
producir una fuerza de cierre que equilibra la fuerza de abertura
producida por la presión de entrada aplicada a la cara aguas arriba
del miembro de válvula 120, de manera que el motor eléctrico 166
necesita poca energía para mover el miembro de válvula a su posición
abierta o a su posición cerrada.
Aunque la invención se ha descrito con respecto
a diversas realizaciones preferidas, se entenderá que éstas se
presentan simplemente con propósito de ejemplo, y que pueden
realizarse muchas variaciones. Por ejemplo, la construcción del
asiento de válvula ilustrada en la Fig. 11 puede usarse en
cualquiera de las construcciones de válvula en línea descritas en
este documento, y también en otras construcciones de válvula. Otras
muchas modificaciones y aplicaciones de la invención resultarán
evidentes, dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (24)
1. Una válvula de control en línea para
controlar el flujo de un fluido a presión, que comprende:
un alojamiento (10) que tiene un puerto de
entrada (17), un puerto de salida (18) aguas abajo del puerto de
entrada (17), y un asiento de válvula (19) entre dichos dos puertos
(17, 18);
un miembro de válvula (21) que puede moverse a
las posiciones abierta y cerrada con respecto a dicho asiento de
válvula (19);
y un accionador (CP2, 26, 150) para accionar
dicho miembro de válvula (21) a sus posiciones abierta y
cerrada,
en la que dicho alojamiento (10) incluye
adicionalmente superficies que definen, con superficies de dicho
miembro de válvula (21), una cámara de control (C1), y en la que un
pasaje (50, 36a, 58) se define a través de dicho miembro de válvula
(21) y es está comunicado con dicha cámara de control (C1);
y en la que dicho miembro de válvula (21)
incluye: un cuerpo de válvula (21b); y un vástago de válvula (23)
fijado al cuerpo de válvula;
caracterizada porque el miembro de
válvula (21) tiene una cara aguas arriba (21a) orientada hacia el
asiento de válvula (19), y una cara aguas abajo (24) orientada
hacia dicho puerto de salida (18);
la cámara de control (C1) se define aguas abajo
del miembro de válvula (21) e incluye una primera cámara de control
(C1) definida mediante una primera superficie del alojamiento (10) y
una cara aguas abajo superficie de dicho vástago de válvula
(23);
el cuerpo de válvula (21b) lleva un precinto
elástico (22) alrededor de su periferia externa engranable con
dicho asiento de válvula (19) en la posición cerrada del miembro de
válvula (21);
el vástago de válvula (23) se extiende aguas
abajo del cuerpo de válvula (21b); y porque
el pasaje se define a través de dicho miembro de
válvula desde su cara aguas arriba a través de su cara aguas abajo
e incluye una perforación axial (50) formada a través de dicho
cuerpo de válvula (21b) y vástago de válvula (23) que conduce a
dicha primera cámara de control (C1) de manera que una presión de
entrada de un fluido a dicho puerto de entrada (17) se aplica a
dicha cámara de control (C1) mediante el pasaje para producir una
primera fuerza de cierre que tiende a mover el miembro de válvula
(21) a su posición cerrada y opuesta a una fuerza de abertura que
tiende a mover el miembro de válvula (21) a su posición abierta, y
se produce por la presión de entrada aplicada a la cara aguas
arriba (21a) del miembro de válvula (21).
2. La válvula de acuerdo con la reivindicación
1, en la que dicho miembro de válvula (21) incluye
adicionalmente:
un faldón de la válvula (28) de configuración
cilíndrica fijado a y que se extiende aguas abajo del cuerpo de
válvula (21b) y que la envuelve, aunque espaciado del vástago de
válvula (23); incluyendo dicha cámara de control una segunda cámara
de control (C2) definida por una segunda superficie del alojamiento
(10), dicho faldón de válvula (28), la porción envuelta por el
vástago de válvula (23), y una porción de la cara aguas abajo del
cuerpo de válvula (21b) entre el vástago de válvula (23) y el faldón
de la válvula (28); incluyendo dicho pasaje una perforación radial
(36b) formada sobre el vástago de válvula (23) y que conduce desde
dicha perforación axial (50) a dicha segunda cámara de control (C2)
para aplicar la presión de entrada a dicha segunda cámara de
control (C2) para producir una segunda fuerza de cierre opuesta a
dicha fuerza de abertura.
3. La válvula de acuerdo con la reivindicación
2, en la que dicho faldón de la válvula (28) se recibe dentro de un
hueco cilíndrico formado axialmente en dicho alojamiento (10);
dicha cámara de control significa incluir una
tercera cámara de control (C3) definida por una tercera superficie
de dicho alojamiento (10) y la cara aguas abajo de dicho faldón de
la válvula (28) que comunica con dicha segunda cámara de control
(C2) de manera que dicha presión de entrada en dicha segunda cámara
de control (C2) se aplica también a dicha tercera cámara de control
(C3) y produce una tercera fuerza de cierre opuesta a dicha fuerza
de abertura.
4. La válvula de acuerdo con la reivindicación
3, en la que dicho faldón de válvula (28) que puede moverse dentro
del hueco cilíndrico (29), que se forma axialmente a través de los
rebordes (12a) de dicho alojamiento (10), y una superficie externa
de dicho faldón de la válvula (28) no está cerrado herméticamente,
permitiendo de esta manera el flujo de fluido libre a través de los
pasajes axiales (12b) formados en dicho alojamiento (10).
5. La válvula de acuerdo con la reivindicación 3
o la reivindicación 4, en la que dicha primera superficie del
alojamiento que define dicha primera cámara de control con la
superficie aguas abajo del vástago de válvula está en una tapa
(127) formada con una cavidad cilíndrica (126) para recibir el
extremo aguas abajo del vástago de válvula (123), y con una
pluralidad de brazos de cruceta (127a) que se extienden radialmente
que definen pasajes de flujo entre dichos brazos y el puerto de
salida (118).
6. La válvula de acuerdo con la reivindicación
5, en la que dicho alojamiento (10) define una cuarta cámara (C4)
con dicha tapa (127) y una parte aguas abajo del vástago de válvula
(123), purgándose dicha cuarta cámara (C4) a la atmósfera.
7. La válvula de acuerdo con la reivindicación
6, que comprende adicionalmente un puerto de control (CP2) que
comunica con dicha tercera cámara (C3), que está en comunicación
continua con dicha cuarta cámara (C4) mediante una ranura (40) y
una perforación (51), y que funciona como un único puerto de control
en dicha sección de alojamiento (12).
8. La válvula de acuerdo con la reivindicación
7, en la que se aplica una presión de control mediante dicho
segundo puerto de control (CP2) a dicha tercera y cuarta cámaras de
control (C3, C4) produciendo una fuerza que tiende a abrir dicha
válvula.
9. La válvula de acuerdo con la reivindicación
8, que comprende adicionalmente un pistón (52) que tiene un área de
sección transversal externa, en la que dicho pistón (52) está
cerrado en un extremo aguas arriba del mismo por una pared final
(55) e incluye un extremo aguas abajo que puede deslizarse y que se
recibe de manera hermética dentro de una cavidad cilíndrica (56) en
dicha (27) definiendo de esta manera una quinta cámara (C5), que se
purga a la atmósfera mediante un drenaje (35).
10. La válvula de acuerdo con la reivindicación
9, en la que dicha presión de entrada se aplica mediante los
pasajes (50, 36a, 36b) a una un área superficial de dicha primera
cámara (C1) y a un área superficial de dicha segunda cámara (C2)
reducida por el área de sección transversal externa de dicho pistón
(52) reduciendo de esta manera la fuerza de cierre producida en
dicha primera cámara (C1), produciendo ambas fuerzas que tienden a
cerrar dicha válvula.
11. La válvula de acuerdo con la reivindicación
10, en la que una suma de dichas fuerzas que tienden a abrir dicha
válvula, es suficiente para mover dicho conjunto de válvula a su
posición abierta, opuesta a dicha fuerza de cierre.
12. La válvula de acuerdo con la reivindicación
10, en la que cuando dicho conjunto de válvula está en un estado
cerrado y dicho puerto de control (CP2) se purga a la atmósfera, una
suma de dichas fuerzas que tienden a cerrar dicha válvula, junto
con una fuerza producida por una presión aguas abajo que accionaba
sobre una superficie (28a) de dicho faldón de la válvula (28) y una
fuerza producida mediante un resorte (26), es mayor que dicha suma
de fuerzas que tienden a abrir dicha válvula de manera que dicha
válvula está en un estado cerrado normalmente.
13. La válvula de acuerdo con la reivindicación
3, en la que hay una junta de estanqueidad (136) entre la cara
externa del faldón de la válvula (128) y el hueco del alojamiento
(110) para definir dicha tercera cámara de control (C3), y un
pasaje (142) entre la cara interna del faldón de la válvula (128) y
el hueco del alojamiento (110) para establecer dicha comunicación
entre dichas tercera cámara de control (C3) y dicha segunda cámara
de control (C2).
14. La válvula de acuerdo con la reivindicación
13, en la que este último pasaje (142) comprende una pluralidad de
ranuras que se extienden axialmente, espaciadas circunferencialmente
formadas en la superficie del alojamiento del hueco orientado hacia
la cara interna de dicho faldón de la válvula (128).
15. La válvula de acuerdo con la reivindicación
5, en la que dicha tapa (127) es un miembro separado, y sus brazos
de cruceta se comprimen, por la presión de entrada en dicha primera
cámara de control engranándose con la superficie interna del
alojamiento (110) adyacente a dicho puerto de salida (118).
16. La válvula de acuerdo con la reivindicación
15, en la que dicha superficie interna del alojamiento (110)
adyacente a dicho puerto de salida (118), y la superficie externa de
dichos brazos de cruceta (127a) engranables con el mismo, tienen
forma cónica complementaria.
17. La válvula de acuerdo con la reivindicación
15, en la que dicho alojamiento (110) incluye una pluralidad de
rebordes (112a) que se extienden radialmente alineados con los
brazos de cruceta (127a) de la tapa (127) y que definen con ello
pasajes axiales para el flujo del fluido desde dicho puerto de
entrada (117) a dicho puerto de salida (118) cuando el miembro de
válvula está en su estado abierto.
18. La válvula de acuerdo con la reivindicación
6, en la que dicha cuarta cámara (C4) se purga a la atmósfera
mediante una purga (143) que pasa a través de uno de dichos rebordes
(112a) que se extienden radialmente en el alojamiento.
19. La válvula de acuerdo con la reivindicación
6, en la que dicho alojamiento (110) incluye una pared (130) que se
extiende radialmente que incluye una junta 133 y que está formado
con una abertura a su través que recibe el vástago de válvula y que
define dichas segunda y cuarta cámaras (C2, C4).
20. La válvula de acuerdo con la reivindicación
6, en la que dicho accionador incluye un mecanismo (150) localizado
en dicha cuarta cámara.
21. La válvula de acuerdo con la reivindicación
20, en la que dicho mecanismo (150) es un mecanismo rotatorio que
tiene roscas (151) que se ajustan con las roscas (152) formadas en
una parte aguas abajo del vástago de válvula (123) de manera que la
rotación del mecanismo (150) en una dirección mueve el miembro de
válvula (121) a su posición cerrada, y la rotación del mecanismo
(150) en la dirección opuesta mueve el miembro de válvula (121) a
su posición abierta.
22. La válvula de acuerdo con la reivindicación
21, en la que dicho mecanismo rotatorio (150) es un motor eléctrico
dentro de dicha cuarta cámara (C4) del alojamiento.
23. La válvula de acuerdo con la reivindicación
21, en la que dicho mecanismo rotatorio (150) es un motor eléctrico
externo a dicho alojamiento y acoplado mecánicamente a dicho
mecanismo rotatorio en dicha cuarta cámara (C4) del
alojamiento.
24. La válvula de acuerdo con la reivindicación
4, en la que la suma de las áreas de las superficies aguas abajo en
dicha primera, segunda y tercera cámaras de control (C1, C2, C3) que
reciben dicha presión de entrada sustancialmente es igual al área
de la cara aguas arriba del miembro de válvula (121a) que recibe la
presión de entrada de manera que la suma de dicha primera, segunda y
tercera fuerzas de cierre es sustancialmente igual a dicha fuerza
de abertura.
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