ITCO990016A1 - Valvola a sfera perfezionata in metallo, in particolare per gas. - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo:

“Valvola a sfera perfezionata in metallo, in particolare per gas”

Riassunto del trovato

Valvola a sfera perfezionata (1) in metallo, in particolare per gas, nella quale nella camera (6) di alloggiamento dell'otturatore (7) sono previsti due lati o appiattimenti (26) contrapposti che consentono di eseguire sedi anulari (9) alloggienti sostanzialmente in modo integrale le guarnizioni (8) di tenuta dell'otturatore (7). L'otturatore (7) è vantaggiosamente alleggerito mediante ad esempio uno spianamento di fondo (28) ed un foro assiale (29) ed esso (7) inoltre forma con il vitone (11) preferibilmente un'unità (21) in un pezzo unico. Detta unità di vitone-otturatore (21) è fissata nel corpo di valvola (2) mediante ribordatura su di essa della corona di estremità assottigliata (23) di un colletto (12) del detto corpo di valvola (2).

(Figura 2)

Descrizione del trovato

Campo tecnico

La presente invenzione si riferisce ad una valvola a sfera perfezionata in metallo, in particolare per gas, secondo il preambolo della rivendicazione 1.

L’invenzione si riferisce inoltre ad un procedimento perfezionato di stampaggio dei corpo delia valvola in metallo, ad esempio di stampaggio a caldo nel caso di corpo di valvola in ottone.

Sfondo del'invenzione

Sebbene previste per l'impiego in impianti di conduzione del gas, il quale impiego deve soddisfare a severi requisiti specifici, ad esempio di resistenza ad elevate temperature esterne, come in caso di incendio, le valvole perfezionate secondo il trovato possono essere impiegate ovviamente anche per fluidi liquidi di qualsiasi genere.

Tra le valvole note del tipo indicato, quella che rappresenta, secondo l’inventore, lo stato della tecnica più vicino è rappresentata dalla valvola divulgata dal brevetto italiano per modello di utilità nr. 209.019, corrispondente al brevetto statunitense nr. 4 714 236, considerato nel preambolo della rivendicazione 1.

Mentre le valvole a sfera per la conduzione di liquidi possono essere realizzate in metallo o in materiale sintetico, le valvole a sfera per gas possono essere realizzate solamente in metallo, in quanto il materiale sintetico non sarebbe certamente in grado di resistere alle elevate temperature esterne che potrebbero verificarsi, ad esempio in casi di incendio.

Sebbene nelle valvole a sfera in materiale sintetico sia noto realizzare l’otturatore a sfera ed il vitone in un pezzo unico di materiale sintetico, al quale è possibile fissare inamovibilmente l’organo di comando, ad esempio una manopola, è evidente che sia l’esecuzione di detta unità in un pezzo unico di otturatore a sfera-vitone, sia l'esecuzione del corpo della valvola, nonché i relativi procedimenti di stampaggio ed assemblaggio non possono essere utilizzati semplicemente impiegando un metallo, ad esempio ottone, ai posto del materiale sintetico.

Ciò premesso, nel seguito della domanda si farà riferimento esclusivamente a valvole in metallo.

Poiché le valvole per gas devono soddisfare requisiti tecnici previsti da norme estremamente severe, è implicito il fatto che dette valvole debbano essere funzionalmente ineccepibili. Nonostante ciò si è rilevato che tali valvole possono essere perfezionate sia sotto l'aspetto funzionale che sotto l’aspetto strutturale.

Facendo riferimento alla figura 1 , che indica la tecnica nota del brevetto US 4 714 236, è rilevabile che nella valvola 1 il corpo di valvola 2 presenta, tra un raccordo di ingresso 3 ed un raccordo di uscita 4, una camera 6 per l'alloggiamento di un otturatore a sfera 7 supportato tra due guarnizioni di tenuta contrapposte 8, le quali sono alloggiate singolarmente in una sede anulare 9.

Data la conformazione sostanzialmente sferica della camera 6 nella sua parte inferiore e circolare nel piano orizzontale mediano, ne consegue che le guarnizioni 8 sul loro lato rivolto verso l’interno della camera 6 sporgono circonferenzialmente a sbalzo in misura differente dalla loro sede.

Pertanto la compressione delle guarnizioni esercitata dal fluido condotto, ovvero presente nella valvola, non è distribuita uniformemente in senso circonferenziale e, in presenza di elevate pressioni, ciò può portare a deformazioni delle guarnizioni e ad “indurimenti" nel movimento di rotazione della sfera.

Inoltre, per diminuire il peso dell'oturatore a sfera, nonché il dispendio di materiale per detto otturatore, l'interno dell’otturatore 7 è eseguito cavo mediante tornitura. Tale alleggerimento è quindi collegato ad una lunga fase di lavorazione, la quale, pur consentendo di recuperare il pregiato metallo, aumenta i costi di produzione.

Ritornando alla figura 1, in essa il vitone di comando è indicato con 11 ed esso è alloggiato nella sede 13 del colletto 12 del corpo di valvola 2. Il fissaggio del vitone ha luogo tramite un anello o rondella di frizione 14 ed un anello elastico 16, alloggiati in una scanalatura profilata 17 del colletto 12. Con 18 e 19 sono indicati rispettivamente un O-ring di tenuta ed una guarnizione di sostegno e tagliafiamma, alloggiati in relative gole nel vitone 11.

Strutturalmente le note valvole presentano inoltre i seguenti inconvenienti: - l’utilizzo di un rilevante numero di componenti, ad esempio di undici componenti nel caso della valvola secondo il US 4714236;

- l'utilizzo di un otturatore a sfera e di un vitone associabili amovibilmente, la qual cosa richiede l’impiego di due macchine utensili per la loro produzione indipendente partendo da una barra e, di riflesso, aumentati costi di produzione ed assemblaggio;

- l’alleggerimento della sfera è ottenibile solamente con una complicata e lunga tornitura sferica interna dell’otturatore;

- i riscontri di delimitazione della rotazione di 90° dell’otturatore sono presenti come aggetti sul corpo di valvola e cooperano con controriscontri sull'organo di manovra, ad esempio in forma di manopola, la qual cosa, in caso di perdita o asportazione indebita di detta manopola, non consente di posizionare con sicurezza l'otturatore nella posizione di intercettazione o di passaggio voluto; - la sede profilata nel colletto di alloggiamento del vitone aumenta i tempi di lavorazione e, di riflesso, i costi di produzione;

- i mezzi di fissaggio del vitone richiedono l'impiego di due componenti specifici, ovvero della rondella di posizionamento opportunamente dimensionata e dell’anello elastico di fissaggio.

Esposizione dell’invenzione

Lo scopo principale del presente trovato è quello di creare una valvola a sfera di metallo perfezionata, in particolare per gas, presentante guarnizioni di tenuta dell'otturatore sollecitabili circonferenzialmente in modo uniforme, con un otturatore che può essere alleggerito in modo rilevante con una lavorazione semplice ed eseguibile in tempi brevi, nonché con un ridotto numero di componenti.

Rientra parimenti nello scopo del trovato evitare ulteriori inconvenienti della tecnica nota e conseguire una riduzione generale dei tempi di fabbricazione e pertanto una riduzione dei costi di produzione, impedendo inoltre nello stesso tempo un’indebita asportazione dell’otturatore dopo una rimozione della manopola di fissaggio.

In una valvola a sfera, in particolare per gas, del tipo indicato, il compito principale viene risolto, secondo il trovato, con una valvola a sfera perfezionata presentante le caratteristiche della rivendicazione 1.

Con l'insegnamento della rivendicazione 2 si ottiene vantaggiosamente un'unità di vitone-otturatore in un pezzo unico di metallo, ad esempio ottone, utilizzando un'unica macchina utensile e con tempi di lavorazione ridotti, laddove come materiale di partenza si può impiegare una barra o semilavorato di stampaggio o pressofusione.

Gli accorgimenti proposti nella rivendicazione 3 consentono do ottenere un sostanziale alleggerimento della parte di otturatore a sfera, laddove l’operazione di foratura assiale si estende vantaggiosamente sino nella porzione di vitone.

L'insegnamento della rivendicazione 4 consente l’esecuzione dei riscontri di delimitazione di rotazione di 90° dell’otturatore in una zona tra la porzione di vitone e la porzione di otturatore da un lato e, dall’altro lato, all'interno del corpo della valvola, per cui l'unità di vitone-otturatore è comandabile in modo rapido e preciso nella posizione di intercettazione o di apertura, ovvero intermedia, anche in caso di manopola rimossa o indebitamente asportata. Secondo la rivendicazione 5 si consegue una semplificazione nell’esecuzione della sede del colletto alloggiente la porzione di vitone, per il fatto che detta sede è eseguita a guisa di sede cilindrica.

Con l’insegnamento della rivendicazione 6 si eliminano due componenti di fissaggio dell’unità di vitone-otturatore nel corpo della valvola, laddove si consegue vantaggiosamente un fissaggio inamovibile dell’unità di vitoneotturatore anche dopo l’asportazione della manopola o simile.

Con l’insegnamento del procedimento di stampaggio a caldo del corpo della valvola secondo la rivendicazione 7 si rende possibile un’esecuzione delle sedi di alloggiamento delle guarnizioni di tenuta dell'otturatore che garantisce un alloggiamento sostanzialmente integrale di dette guarnizioni, ovvero con una leggera sporgenza uniforme delle stesse in senso circonferenziale verso l’otturatore, senza richiedere lavorazioni supplementari o prolungati tempi di lavorazione.

Con la valvola a sfera in metallo perfezionata, in particolare per gas secondo l’invenzione si conseguono numerosi ed importanti vantaggi.

Innanzitutto si consegue un movimento di rotazione dell’otturatore dolce ed uniforme anche in presenza di elevate pressioni, in quanto l'azione di appoggio e serraggio tra otturatore e guarnizioni di tenuta è sempre uniforme sull'intero contorno circonferenziale delle guarnizioni. L'alleggerimento dell'otturatore, ovvero dell'unità vitone-otturatore in un pezzo unico è considerevole, detto alleggerimento avendo luogo inoltre in tempi brevi ed in un'unica fase di lavorazione su un'unica macchina utensile automatica.

L'avere incorporato in un pezzo unico lavorabile da barra il vitone e l’otturatore contribuisce a ridurre il numero di componenti ed a ridurre i tempi di lavorazione e di assemblaggio, la qual cosa si riflette positivamente sulla riduzione generale dei costi di produzione. Detti costi di produzione vengono ulteriormente ridotti per il fatto di eliminare due componenti (rondella antifrizione di posizionamento ed anello elastico), nonché per il fatto di eliminare la sede profilata di alloggiamento degli stessi nel colletto del corpo di valvola.

Anche il fatto di prevedere cilindrica la sede nel colletto del corpo di valvola per alloggiare la porzione di vitone contribuisce a ridurre i tempi di lavorazione ed i costi complessivi.

Il prevedere come mezzi di fissaggio del vitone nel corpo della valvola una ribordatura dell'estremità libera del colletto consente una rotazione univoca dell’otturatore in posizione di intercettazione, di conduzione completa o parziale, anche dopo la rimozione o asportazione della manopola di comando. Tale ribordatura non richiede alcuna parte di fissaggio addizionale ed è eseguibile in modo semplice e rapido con macchine tradizionali. Taie posizionamento corretto dell’otturatore in posizione di chiusura, ovvero di apertura totale o parziale, è conseguibile anche per il fatto di avere previsto riscontri di limitazione di rotazione che si trovano all’interno della valvola, dopo l'assemblaggio della stessa.

Nel procedimento di stampaggio a caldo del corpo di valvola è inoltre vantaggioso il fatto di ottenere direttamente nella fase di stampaggio gli appiattimenti contrapposti, paralleli tra loro e ortogonali rispetto all’asse longitudinale della valvola, per cui le sedi di alloggiamento sostanzialmente integrale delle guarnizioni di tenuta dell’otturatore è realizzabile praticamente senza alcuna lavorazione supplementare rispetto alle valvole note. Adottando una tecnica di stampaggio a caldo con finitura fine della superficie interna, risulta inoltre vantaggiosamente superflua qualsiasi lavorazione di finitura per asportazione di truciolo della parte inferiore della camera di alloggiamento dell’otturatore, come di per sé noto, per cui vengono parimenti ridotti i tempi di produzione complessivi.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche, vantaggi e dettagli della valvola a sfera in metallo perfezionata secondo il trovato risulteranno ulteriormente dalla descrizione seguente di un esempio di esecuzione di una valvola a sfera, in particolare per gas, secondo il trovato, con riferimento ai disegni allegati, nei quali mostrano: la figura 1 una valvola secondo la tecnica nota, per metà in vista e per metà nella sezione longitudinale mediana;

la figura 2 mostra una sezione longitudinale mediana attraverso la valvola a sfera perfezionata secondo il trovato;

la figura 3 mostra una sezione longitudinale mediana attraverso il corpo della valvola secondo la linea III-III di figura 4, senza unità di vitone-otturatore, in un pezzo unico,

la figura 4 mostra una vista dall’alto sul corpo di valvola di figura 3;

la figura 5 mostra una vista in prospettiva obliqua dall’alto sul corpo di valvola secondo il trovato;

la figura 6 mostra una sezione trasversale secondo la linea VI-VI di figura 3; la figura 7 mostra in scala ingrandita il dettaglio A di figura 3;

la figura 8 mostra, in una vista prospettica leggermente dal basso, l’unità di vitone-otturatore a sfera secondo il trovato;

la figura 9 mostra una vista frontale dell'unità di vitone-otturatore a sfera della figura 8;

la figura 10 mostra la sezione X-X di figura 12;

la figura 11 mostra la sezione XI-XI di figura 9;

la figura 12 mostra una vista frontale dell’unità di vitone-otturatore a sfera secondo il trovato, ruotata di 90° rispetto alle figure 9 e 10; e

la figura 13 mostra una sezione attraverso la zona intermedia tra porzione di vitone e porzione di otturatore a sfera secondo il trovato, e più precisamente secondo la linea di sezione XIII-XIII in figura 12.

Modalità di esecuzione della forma di esecuzione preferita

Nelle figure da 2 a 13, che rappresentano la valvola perfezionata che incorpora i concetti dell'invenzione, parti uguali come in figura 1 presentano uguali indici di riferimento.

Analogamente alle valvole della tecnica nota, la valvola in metallo 1, ad esempio in ottone, secondo l’invenzione comprende un corpo 2 stampato a caldo, preferibilmente in un pezzo unico, e presentante un condotto di ingresso 3, un condotto di uscita 4 ed una camera 6 di alloggiamento di un otturatore a sfera 7 comandabile in rotazione tramite un vitone 11.

Secondo l'invenzione, l'otturatore a sfera 7 ed il vitone 11 sono eseguiti preferibilmente come un'unità 21 di vitone-otturatore in un pezzo unico ricavato ad esempio da una barra di metallo, ad esempio ottone, oppure da un semilavorato di stampaggio a caldo, nel caso di ottone, oppure di pressofusione, laddove l'otturatore a sfera 7 presenta un condotto passante 22.

Secondo l'invenzione nel colletto 12 la sede 13 presenta una conformazione cilindrica. Secondo l’invenzione inoltre la valvola 1 è munita di mezzi di fissaggio della porzione di vitone 11 nella sede 13 eseguiti in forma di una corona di estremità 23 assottigliata, la quale, dopo l’introduzione dell'unità di vitone-otturatore 21 nel corpo di valvola 2, è ribordabile sulla porzione di vitone 11. A tale scopo lo spigolo superiore esterno della porzione di vitone 11 è smussato in 24, figura 9, così da garantire un posizionamento corretto ed un movimento dolce dell'unità di vitone-otturatore 21.

Secondo l’invenzione la sezione orizzontale mediana della camera 6 di alloggiamento della porzione di otturatore 7 non è, come abituale, circolare, bensì, in corrispondenza degli sbocchi dei condotti di ingresso 3 e di uscita 4 presenta due superfici piane o appiattimenti 26 contrapposti, paralleli tra loro ed ortogonali rispetto all'asse longitudinale L del corpo di valvola 2. Detti appiattimenti 26 sono ottenuti, secondo l’invenzione, durante il procedimento di stampaggio a caldo del corpo di valvola 2 contemporaneamente alla fase di stampaggio, mediante un apposito punzone. In tal modo le sedi 9 di alloggiamento delle guarnizioni 8 sfociano verso la camera 6 su una superficie piana e presentano una profondità uniforme, per cui le guarnizioni 8 di tenuta dell’otturatore 7 sono alloggiate praticamente sostanzialmente integralmente ed uniformemente nelle sedi 9 e sporgono solo per un limitato importo, e più precisamente in modo esattamente uniforme su tutto il loro contorno circonferenziale.

La porzione di otturatore 7 presenta in modo noto due appiattimenti 27, formati dagli sbocchi del condotto passante 22. Per il desiderato alleggerimento della porzione di otturatore 7, secondo l'invenzione viene previsto un ulteriore appiattimento 28 sulla parte inferiore della porzione di otturatore 7, nonché un foro 29 assiale che attraversa ortogonalmente il foro passante 22 e preferibilmente penetra con la sua estremità 31, di diametro minore, nella porzione di vitone 11.

Secondo l’invenzione i mezzi e contromezzi di riscontro o battuta per delimitare la rotazione di 90° dell’unità di vitone-otturatore 21 sono previsti, dopo l’assemblaggio della valvola 1, all'interno della valvola 1, e più precisamente rispettivamente sull’unità di vitone-otturatore 21 e sul corpo di valvola 2. Come rilevabile in particolare dalle figure 8, 9, 12 e 13, i mezzi di riscontro sull’unità di vitone-otturatore 21 consistono in due segmenti obliqui a listello 32, previsti in una porzione 33 complanare ed intermedia dell’unità di vitone-otturatore 21 tra la porzione di vitone 11 e la porzione di otturatore 7. Essi delimitano la rotazione di 90° dell’unità di vitone-otturatore 21 rispettivamente nell'uno e nell’altro senso di rotazione.

I contromezzi di battuta 34 nel corpo di valvola 2 consistono in segmenti rettilinei 34 ricavati leggermente sfalsati verso l’esterno rispetto agli appiattimenti 26 e paralleli rispetto agli stessi.

Infine, si osserva che la porzione di vitone 11 presenta superiormente un codolo profilato 36 con lati paralleli 37 ed un foro assiale 38. Il codolo 36 accoglie con impegno geometrico l’organo di comando 39, ad esempio una maniglia o simile. Nel foro 38 si impegna una vite 41 per il fissaggio della maniglia 39 all'unità di vitone-otturatore 21.

Dalla descrizione strutturale e funzionale soprastante è rilevabile sia l'ottenimento di un sicuro movimento dolce dell'unità di vitone-otturatore 21 in ogni condizione di funzionamento, anche in presenza di elevate pressioni, in seguito ad un precarico circonferenzialmente uniforme sulle guarnizioni limitatamente sporgenti uniformemente in senso circonferenziale, che ne prolunga inoltre la durata utile, come pure la notevole semplificazione strutturale, la diminuzione del numero di componenti, con conseguenti riduzioni dei tempi di lavorazione e di assemblaggio, nonché la notevole diminuzione di peso e relativo elevato recupero di metallo pregiato.

Nello stesso tempo si sono conservate le caratteristiche vantaggiose delle valvole note, come ad esempio la conformazione di principio della porzione di vitone alloggiente ΓΟ-ring di tenuta 18 e la guarnizione di sostegno ed antifiamma 19 e l’esecuzione del corpo di valvola 2 preferibilmente in un pezzo unico.

In pratica gli esperti del ramo potranno liberamente utilizzare i diversi insegnamenti del concetto inventivo nel loro insieme, come illustrato e descritto più sopra, oppure parzialmente, in combinazioni a piacere, senza abbandonare l’ambito di protezione dell’invenzione. Inoltre si potranno apportare modifiche o varianti a piacere, ad esempio in funzione del caso considerato, per esempio prevedendo un corpo di valvola in due o più parti oppure in altri metalli o leghe, ad esempio in bronzo, oppure un corpo di valvola ad angolo o integrante altri componenti, come filtri, e così via, senza per questo fuoriuscire dal’ambito di protezione dell'invenzione come illustrata e definita nelle rivendicazioni seguenti.

Claims (7)

1. Rivendicazioni 1. Valvola a sfera perfezionata in metallo, ad esempio di ottone, in particolare per gas, comprendente: - un corpo di valvola (2) stampato a caldo e presentante un ingresso (3), un'uscita (4), una camera intermedia (6) di alloggiamento di un otturatore (7) con. sedi (9) contrapposte, parallele tra loro ed ortogonali rispetto all’asse longitudinale (L) del corpo di valvola (2) per l’alloggiamento di rispettivamente una guarnizione (8) di tenuta dell’otturatore (7), e con un colletto (12), - un otturatore a sfera (7) alloggiato tra dette guarnizioni di tenuta (8), - un vitone (11) alloggiato in una sede (13) del detto colletto (12) del corpo di valvola (2) ed associato operativamente a detto otturatore a sfera (7), - mezzi di fissaggio del vitone (11) nel detto colletto (12) del corpo di valvola (2), e - un organo (39) di rotazione del vitone (11) in forma di manopola, leva, volantino o simile, caratterizzata dal fatto che: i) il corpo di valvola (2), eseguito preferibilmente in un pezzo unico, nella camera (6) di alloggiamento dell’otturatore (7) in corrispondenza degli sbocchi dei condotti di ingresso e di uscita (3, 4) presenta due appiattimenti contrapposti (26), paralleli tra loro ed ortogonali rispetto all'asse longitudinale (L) del corpo di valvola (2), laddove in detti appiattimenti (26) è ricavata rispettivamente una sede (9) atta ad alloggiare sostanzialmente in modo integrale rispettivamente una guarnizione (8) di tenuta dell’otturatore, e ii) l’otturatore (7) presenta preferibilmente ulteriori accorgimenti per il suo alleggerimento.
2. 2. Valvola a sfera secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l’otturatore (7) ed il vitone (11) formano un'unità di vitone-otturatore (21) in un pezzo unico, laddove detta unità (21) è ottenuta partendo da una barra o da semilavorati di stampaggio o pressofusione.
3. 3. Valvola secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che detti accorgimenti di alleggerimento consistono in: - un appiattimento (28) della parte inferiore dell'otturatore (7), e in - un foro assiale (29) che attraversa ortogonalmente il foro passante (22) dell'otturatore e termina (31) preferibilmente all’interno della porzione di vitone (17).
4. 4. Valvola a sfera secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i mezzi e contromezzi (32, 34) di riscontro e delimitazione di rotazione di 90° dell'otturatore (7) sono previsti, i primi (32), come segmenti a listello obliquo (32) su una porzione intermedia (33) dell’unità di vitone-otturatore (21) tra la porzione di vitone (11) e la porzione di otturatore (7), mentre i secondi (34) sono formati da segmenti lineari (34) ricavati all’interno del corpo di valvola (2) al di sopra dei detti appiattimenti (26), paralleli tra loro e sfalsati lateralmente verso l'esterno rispetto a detti appiattimenti (26).
5. 5. Valvola a sfera secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzata dal fatto che la sede (13) di alloggiamento della porzione di vitone (11) nel colletto (12) è eseguita a guisa di sede cilindrica.
6. 6. Valvola a sfera secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i mezzi di fissaggio della porzione di vitone (11), ovvero dell’unità di vìtoneotturatore (21), consistono in una corona di estremità libera (23) assottigliata della parete del colletto (12), laddove detto assottigliamento (23) favorisce una ribordatura ineccepibile di detta corona assottigliata (23) sulla porzione di vitone (11) corrispondentemente smussata (24).
7. 7. Procedimento di stampaggio a caldo di corpi di valvola (2) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che nella stessa fase di stampaggio nella camera (6) di alloggiamento dell’otturatore (7) in corrispondenza dei lati contrapposti di sbocco dei condotti di entrata e di uscita (3, 4) vengono ottenute due superfici piane o appiattimenti (26), paralleli tra loro ed ortogonali rispetto all’asse longitudinale (L) del corpo di valvola (2), nei quali (26) vengono successivamente ricavate in modo noto per tornitura le sedi (9) per un alloggiamento sostanzialmente integrale ed uniforme delle guarnizioni (8) di tenuta dell'otturatore (7).