ITMI20092210A1 - Disposizione di tenuta in valvola industriale - Google Patents

Description

DISPOSIZIONE DI TENUTA IN VALVOLA INDUSTRIALE

La presente invenzione si riferisce ad una disposizione di tenuta migliorata in valvola industriale.

La valvola industriale è un prodotto meccanico che permette il controllo del passaggio o meno del fluido in una generica tubazione (pipeline) dovendo garantire la sicura apertura e soprattutto chiusura del citato passaggio, impedendo comunque l’insorgere di eventuali trafilamenti e perdite.

E’ noto che vi sono parecchie tipologie di valvole, le più svariate, che vengono classificate, ad esempio, per il tipo di otturatore usato piuttosto che per la specifica applicazione alla quale sono destinate. Tra queste valvole note, in particolare tra quelle usate nell'applicazione oil&gas, le tipologie di valvola più diffuse sono la valvola a sfera, la valvola “gate” usualmente detta valvola a saracinesca e la valvola a farfalla.

La valvola a sfera, mostrata in figura 1, comprende in un corpo 50 un otturatore a sfera 51 dotato di movimento rotatorio attorno ad un asse A per apertura e chiusura di un passaggio 52.

La valvola “gate”, usualmente detta valvola a saracinesca mostrata in figura 2, prevede anch’essa in un corpo 60 un passaggio 62 nel quale è spostabile un otturatore a disco 61 con movimento lineare secondo la direzione di un asse A.

Infine, la valvola a farfalla di tipo similare prevede un otturatore a disco dotato di movimento rotatorio per la chiusura e l’apertura del passaggio.

In buona parte di queste valvole appena citate, la tenuta della valvola, ovvero la non fuoriuscita del generico fluido durante il funzionamento, viene determinata da un componente interno denominato "seggio" che deve garantire la tenuta. In figura 3 viene mostrata infatti in parte in sezione una valvola nella quale la tenuta di un seggio 73 si svolge sia rispetto ad un corpo valvola 70 vero e proprio che ad un otturatore 71 in un passaggio 72 della valvola.

Nel primo caso, mediante opportuna e specifica guarnizione 74 collocata in una sede 75 la tenuta avviene tra il seggio stesso 73 ed il corpo della valvola 70 (cosiddetta tenuta retro seggio).

Nel secondo caso la tenuta avviene tra il seggio stesso 73 e l'otturatore 71 con guarnizione schematizzata in 76 disposta in un alloggiamento non meglio specificato (cosiddetta tenuta frontale).

Venendo ora specificatamente al seggio 73 si deve precisare che lo stesso è caratterizzato dal tipo di guarnizione che determina proprio questa tenuta frontale. Una generica classificazione usata, che comprende i principali tipi di guarnizioni, può prevedere un seggio denominato a tenuta morbida (guarnizione in elastomero), un seggio denominato a tenuta rigida (guarnizione in termoplastico) oppure un seggio cosiddetto “metal” (con assenza di guarnizione e tenuta metallo/metallo).

La prima di queste applicazioni note, proprio grazie al tipo di guarnizione, determina un'ottima tenuta. Infatti, l'elastomero si adatta molto bene alle eventuali imperfezioni dell'otturatore garantendo quindi il contatto e quindi la tenuta su tutto lo sviluppo della guarnizione stessa.

La guarnizione in elastomero è ideale per realizzare la tenuta con i fluidi gassosi.

Il limite della guarnizione elastomerica è la sua bassa resistenza ai carichi e la conseguente eccessiva deformazione nelle condizioni di utilizzo. Tale caratteristica impone dei limiti nella pressione massima di esercizio al di sopra della quale il seggio, per effetto della pressione, viene spinto contro l'otturatore portando la guarnizione in elastomero ad una deformazione tale da provocare il contatto metallico tra seggio e otturatore ed il conseguente danneggiamento dei due componenti meccanici.

In questa tipologia di guarnizione in elastomero, attualmente sul mercato sono disponibili varie soluzioni, con diversi disegni e disposizioni di parti. In una prima soluzione, sempre per una tenuta frontale con l’otturatore 71, si prevede la disposizione di un anello o-ring 76, cioè un anello a sezione circolare, come mostrato in figura 4, collocato in una cava di alloggiamento 77 ricavata nel seggio 73.

Questa soluzione determina, ad esempio, quale vantaggio principale l’ottima adattabilità dell'elastomero alla superficie dell'otturatore con buona tenuta.

Peraltro si prevedono anche svantaggi dovuti a limitate prestazioni in termini di pressione massima di utilizzo per rischio estrusione (adatta per classe 600 max ovvero 103 bar) e di criticità della cava dell’o-ring nel seggio al fine di garantire la tenuta tra l'o-ring stesso e la cava di alloggiamento del seggio.

In una seconda soluzione per la tenuta frontale con l’otturatore 71 si prevede la disposizione di una guarnizione a diversa geometria che dovrebbe essere atta a ottenere migliori prestazioni del prodotto finito (tenuta).

Come emerge dalla figura 5, si ha una guarnizione con anello con sezione a delta 78 (delta-ring) collocato in una cava di alloggiamento 79 del seggio 73 per svolgere la tenuta rispetto all’otturatore 71. Poi, associato alla guarnizione con sezione a delta 78, si prevede un anello di contenimento 80, disposto in una relativa cava 81, il quale anello 80 agisce su un fianco della guarnizione con sezione a delta 78.

I vantaggi di tale soluzione sono parecchi, tra cui una ottima adattabilità dell'elastomero alla superficie dell'otturatore con buona tenuta e buona resistenza della geometria delta all'estrusione in condizioni di pressione (adatta per classe 900 max ovvero 155 bar). Sono peraltro presenti anche svantaggi quali:

- limiti in termini di pressione max di utilizzo per rischio estrusione,

- limiti in termini di pressione max di utilizzo per eccessiva deformazione della guarnizione,

- criticità del controllo dimensionale della cava seggio a garanzia dell'idoneità del prodotto finito, - gioco tra anello di contenimento 80 e relativa cava 81 che limita il corretto contenimento della guarnizione delta ring 78.

In una terza soluzione per la tenuta frontale con l’otturatore 71, per ovviare alle eccessive deformazioni della guarnizione elastomerica, viene previsto nel seggio 73 (figura 6) un componente aggiuntivo in materiale più resistente 82 denominato (scraper ring) (generalmente in tecnopolimero).

Il componente aggiuntivo 82 ha la funzione di limitare le deformazioni della guarnizione elastomerica 78 e di appoggio tra seggio 73 e otturatore 71 con guarnizione deformata come mostrato nella figura 7, evitando il contatto metallico seggio / otturatore.

I vantaggi di questa terza soluzione sono:

- ottima adattabilità dell'elastomero alla super-ficie dell'otturatore con garanzia di tenuta,

- buona resistenza della geometria delta all'estrusione in condizioni di pressione,

- funzione di protezione dell’elemento aggiuntivo (scraper ring) come fine corsa per la deformazione della guarnizione delta.

Gli svantaggi sono invece la criticità del controllo dimensionale della sporgenza relativa tra guarnizione a delta e elemento aggiuntivo (scraper ring).

In relazione a quanto mostrato in figure 6 e 7 si deve inoltre precisare che gli elementi ivi mostrati, che partecipano in qualche modo alla realizzazione di questa disposizione di tenuta, svolgono specifiche funzioni.

In particolare, si sottolinea che attualmente la guarnizione elastomerica, quale l’anello con sezione a delta 78 (delta-ring) ha prettamente una funzione di tenuta tra seggio 73 e otturatore 71. Invece, l’anello di contenimento 80 ha prettamente la funzione di contenere la guarnizione o anello 78 all'interno del seggio 73. Infine, l’elemento aggiuntivo 82 o “scraper ring” svolge la funzione di tampone di fine corsa e di appoggio tra seggio 73 e otturatore 71 in condizioni di pressione nell'impianto.

Si comprende quindi come quest’ultima disposizione nota mostrata in figure 6 e 7 preveda una certa complessità, dovuta al numero dei componenti necessari ivi disposti ed alla realizzazione delle sedi per essi.

E comunque non è garante di una perfetta tenuta con mantenimento della corretta posizione di tutti i componenti in gioco.

Scopo generale della presente invenzione è quello di risolvere gli inconvenienti sopra citati della tecnica nota attuale in una maniera estremamente semplice, economica e particolarmente funzionale.

Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare una disposizione di tenuta per una valvola industriale che dia una garanzia contro perdite e trafilamento per qualunque superficie dell’otturatore sia prevista.

Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di minimizzare i componenti necessari in una disposizione di tenuta per una valvola industriale abbattendo costi di fabbricazione, montaggio e i tempi relativi e semplificando la sua realizzazione.

Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di garantire un semplice e pratico controllo della sporgenza tra guarnizione e elemento aggiuntivo. In vista degli scopi suddetti, secondo la presente invenzione, si è pensato di realizzare una disposizione di tenuta per una valvola industriale avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni allegate. Le caratteristiche strutturali e funzionali della presente invenzione ed i suoi vantaggi nei confronti della tecnica conosciuta risulteranno ancora più chiari ed evidenti da un esame della descrizione seguente, riferita ai disegni specifici allegati, che mostrano forme di realizzazione di disposizioni di tenuta per una valvola industriale esemplificative e non limitative, realizzate secondo i principi innovativi del trovato stesso.

Nei disegni:

la figura 1 mostra una sezione schematica almeno parziale di una valvola a sfera nota,

la figura 2 mostra una sezione schematica almeno parziale di una valvola “gate” o a saracinesca nota, la figura 3 mostra una sezione parziale di una disposizione di tenuta in una valvola a sfera nota, la figura 4 mostra una prima forma di realizzazione di parte della disposizione di tenuta di figura 3 con anello o-ring,

la figura 5 mostra una seconda forma di realizzazione di parte della disposizione di tenuta di figura 3 con anello a delta e anello di contenimento,

le figure 6 e 7 mostrano una terza forma di realizzazione di parte della disposizione di tenuta di figura 3 con anello a delta, anello di contenimento e elemento aggiuntivo (scraper ring) a riposo e con guarnizione deformata,

le figure 8a e 8b mostrano in sezione ed in parte una prima forma di realizzazione di una disposizione di tenuta per una valvola industriale secondo l’invenzione a riposo e in condizione deformata, e

le figure 9a e 9b mostrano in sezione ed in parte una seconda forma di realizzazione di una disposizione di tenuta per una valvola industriale secondo l’invenzione a riposo e in condizione deformata.

Con riferimento dapprima alle figure 8a e 8b viene mostrata in parte ed in sezione una prima forma di realizzazione di una disposizione di tenuta per una valvola industriale secondo l’invenzione a riposo e rispettivamente in condizione deformata.

In queste figure come nelle figure 9a e 9b che mostrano una seconda forma di realizzazione, sono mostrati gli elementi essenziali della disposizione di tenuta secondo l’invenzione. Tali elementi sono un anello realizzato in un materiale avente durezza inferiore a quella del materiale con cui è realizzato il seggio (ad esempio un materiale termoplastico), avente in esercizio un comportamento elastoplastico, abbinato ad una guarnizione ad esempio in elastomero di geometria qualsivoglia, posti l’uno a fianco dell’altro.

La figura 8a illustra una vista schematica di parte di una valvola industriale in cui un seggio 11, parzialmente mostrato, realizza in modo noto e come mostrato nelle precedenti figure una tenuta rispetto al corpo valvola (qui non mostrato).

Nuova ed inventiva invece è la disposizione di tenuta realizzata rispetto ad un otturatore 12, anch’esso parzialmente mostrato.

Il seggio 11 prevede a tal fine una prima cava di alloggiamento 13 per una guarnizione in elastomero 14 che in questo esempio presenta una sezione quadrata. L’estremità libera sporgente della guarnizione in elastomero 14, come mostrato in figura 8b, va in impegno con la superficie libera dell’otturatore 12. A fianco della prima cava di alloggiamento 13 per la guarnizione in elastomero 14 viene prevista una seconda cava di alloggiamento 15 per un anello di materiale termoplastico 16.

Questa disposizione ravvicinata fa sì che questo anello di materiale termoplastico 16 in primo luogo svolge una funzione di contenimento della guarnizione in elastomero 14 nella rispettiva cava 13, agendo su un fianco della guarnizione 14.

Inoltre, l’anello di materiale termoplastico 16 in secondo luogo determina la corretta compressione della guarnizione in elastomero 14 all’interno della prima cava di alloggiamento 13 garantendo la migliore funzionalità della guarnizione in esercizio.

In terzo luogo, la disposizione dell’invenzione attua contemporaneamente una limitazione della deformazione della guarnizione in elastomero 14, evitando il contatto tra superfici libere direttamente affacciate del seggio 11 e dell’otturatore 12 in condizioni di forti carichi.

Si rileva come sia possibile collegare la seconda cava di alloggiamento 15 per l’anello di materiale termoplastico 16 ad un canale 17 per un grasso sigillante che favorisce la tenuta.

Le figure 9a e 9b mostrano una seconda forma di realizzazione di una disposizione di tenuta per una valvola industriale secondo l’invenzione a riposo e in condizione deformata.

In questa seconda forma di realizzazione la guarnizione in elastomero 114 presenta una sezione a delta ed è così alloggiata in una prima cava di alloggiamento 113 complementarmente sagomata. E’ così evidente che la geometria della guarnizione in elastomero 14, 114 è indipendente per la realizzazione della disposizione di tenuta dell’invenzione.

Riassumendo quindi la soluzione secondo la presente invenzione è garante di molteplici funzioni:

- sicuro contenimento della guarnizione elastomerica all'interno della sede nel seggio,

- corretta compressione della guarnizione elastomerica all'interno della propria sede garantendo quindi la migliore funzionalità della guarnizione stessa in esercizio,

- realizza un elemento di appoggio tra seggio e otturatore nelle condizioni di forti carichi evitando il contatto metallico tra seggio e sfera,

- convogliare grasso sigillante nella zona di tenuta della guarnizione elastomerica per seggi con canale grasso.

Si ribadisce che i vantaggi di tale soluzione sono:

- ottima adattabilità dell'elastomero alla superficie dell'otturatore con garanzia di tenuta,

- ottima resistenza della geometria dell'elastomero all'estrusione in condizioni di pressione (adatta per classe 1500 ovvero 259 bar),

- eliminazione di un componente (anello di tenuta) rispetto alla soluzione delta scraper ring

- semplice controllo dimensionale della cava dell'elastomero (seggio)

- semplice controllo dimensionale della sporgenza relativa tra guarnizione in elastomero e scraper block. E’ così conseguito lo scopo menzionato al preambolo della descrizione.

Naturalmente, le forme della struttura per la realizzazione di una disposizione di tenuta migliorata in valvola industriale dell’invenzione possono essere diverse da quelle mostrate a solo titolo di esempio non limitativo nei disegni, come pure diversi possono essere i materiali e le modalità di assemblaggio.

L’ambito di tutela del trovato è pertanto delimitato dalle rivendicazioni allegate.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1) Disposizione di tenuta migliorata in valvola industriale comprendente un corpo valvola con passaggio di entrata ed uscita, individuato da un seggio (11) disposto all’interno del corpo valvola, ed otturatore (12) mobile in chiusura ed apertura rispetto a detto seggio (11), caratterizzata dal fatto che detto seggio (11) in una sua superficie affacciata ad una superficie di detto otturatore (12) prevede cave di alloggiamento ravvicinate (15; 13, 113) per un anello (16) di materiale avente in esercizio un comportamento elastoplastico ed una guarnizione (14; 114) posti l’uno a fianco dell’altro ad interagire con la superficie affacciata di detto otturatore (12).
2. 2) Disposizione di tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto materiale avente in esercizio un comportamento elastomerico è un materiale termoplastico.
3. 3) Disposizione di tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto materiale avente in esercizio un comportamento elastomerico ha una durezza inferiore a quella del materiale con cui è realizzato detto seggio (11).
4. 4) Disposizione di tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta guarnizione (14, 114) è realizzata in elastomero.
5. 5) Disposizione di tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta guarnizione in elastomero (14; 114) è di geometria qualsivoglia.
6. 6) Disposizione di tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che una cava di alloggiamento (15) di detto anello (16) è collegata ad un canale (17) per un grasso sigillante.
7. 7) Disposizione di tenuta secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detta guarnizione (14, 114) ha sezione quadrata.
8. 8) Disposizione di tenuta secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detta guarnizione (14, 114) ha sezione a delta.