Un montaje de válvulas (10) para reducir la cavitación, que comprende:

un compartimiento (12) que tiene una entrada de fluidos (14) y una salida de fluidos (16); un asiento (24) dispuesto dentro del compartimiento en medio de la entrada y la salida de fluidos, en el que el asiento incluye una pared (28, 30) que define una cámara interna (34) y una pluralidad de aberturas formadas en la pared del asiento (28, 30); y una guía de disco (26) asociada con el asiento de modo tal que el asiento y la guía de disco sean deslizablemente móviles entre sí, la guía de disco incluye una pared (38, 62) que define una cámara interna (78) y una pluralidad de aberturas formadas en la pared de la guía de disco (62); en el que la guía de disco y el asiento se mueven en una posición cerrada, se evita el pasaje de fluido de la entrada de fluidos del compartimiento a la salida de fluidos del compartimiento; y en el que la guía de disco y el asiento se mueven en una posición abierta, se dirige fluido desde la entrada de fluidos del compartimiento (14) a través de las aberturas del asiento (36), a la cámara interna del asiento (34), a la cámara interna de la guía de disco (78), y a través de las aberturas de la guía de disco (64) a la salida de fluidos del compartimiento (16) lo que da lugar a una presión de fluidos reducida mientras se minimiza la cavitación, caracterizado por que tanto las aberturas (36) formadas en la pared del asiento (28, 30) como las aberturas (64) en la pared de la guía de disco (62) son ranuras alargadas

Conjunto de válvula anticavitación.

Trasfondo de la invención

La presente invención en general se refiere a válvulas de control en sistemas de transferencia de fluidos de alta presión. Más en particular, la presente invención se refiere a una válvula de control que tiene propiedades anti-cavitación y de bajo ruido.

Cuando se someten a diferenciales de alta presión o a caudales de flujo elevados, las válvulas a menudo exhiben ruido y vibración excesivos. Normalmente, esto es atribuible al fenómeno de la cavitación, que puede oscilar de niveles relativamente inofensivos denominada cavitación incipiente a niveles significativamente más agudos que de hecho dañan las válvulas y las tuberías relacionadas. Ésta puede ser lo suficientemente alta para causar pérdidas de la audición al personal de la planta si se lo somete a la misma durante períodos de tiempo extendidos. La cavitación ocurre si la velocidad del fluido en el área de asiento de la válvula se torna excesiva, lo que crea una reducción de la presión severa repentina que transforma el líquido en un vapor, lo que da lugar a la formación de literalmente miles de microburbujas. La reducción posterior de la velocidad y la suba de la presión que ocurre a causa del área de asiento de la válvula, cuando merma la condición de suba de la presión, causa que estas burbujas de vapor colapsen a la velocidad de muchas veces por segundo. De ocurrir esto en proximidad cercana de cualquier superficie de metal, podrían producirse daños. Con el tiempo, esto puede derivar en una falla valvular causada por la vibración y/o erosión. La minimización o eliminación de estas condiciones que afectan adversamente la operación y la vida de servicio de la válvula continúa siendo uno de los desafíos más serios encontrados en la operación diaria de un sistema de distribución de agua, tal como un sistema de agua municipal y similares.

Para superar los efectos adversos de la acción del orificio de la válvula, se ha vuelto una práctica común diseñar la válvula de modo de partir el flujo a través de la válvula en una multitud de pequeñas corrientes que después se dirigen a través de vías intrincadas para producir pérdidas de la energía en el fluido. Tales diseños son conocidos como redireccionamiento flexuoso del flujo de fluidos. Un ejemplo de un diseño tal se desvela en la Patente de los Estados Unidos Núm. 4.567.915 de Bates et al.; Patente de los Estados Unidos Núm. 4.024.891 de Engle et al.; y Patente de los Estados Unidos Núm. 4.693.450 de Paetzel.

Si bien efectivamente reducen el ruido y la cavitación, estos dispositivos no son óptimos. La desventaja principal de tales diseños consiste en que la capacidad de la válvula está significativamente reducida, lo que torna a estas válvulas inaplicables en ciertas situaciones. Tales diseños de válvula también requieren una fabricación y un montaje bastante complejos y costosos.

Otros montajes de válvulas son conocidos, tales como los producidos por Ross Valve Manufacturing Company Inc., que utilizan placas alineadas que sirven para suprimir la vibración, las fluctuaciones de la presión, la cavitación y el ruido. Por ejemplo, una placa corrugada corriente arriba puede selectivamente deslizarse a su lugar para controlar el flujo. Una placa corriente abajo que tiene una pluralidad de aberturas crea una pluralidad de chorros que reduce la presión del flujo a través del grupo de placas. Sin embargo, el número y el tamaño de abertura de las placas, el número de placas, y su espaciado son determinados por el flujo del fluido, y flujos variables pueden tornar ineficaces tales orificios de placas.

Singer Valve Inc. ofrece un aplique anti-cavitación que tiene receptáculos interconectados con una pluralidad de pequeñas aberturas redondas que supera muchos de los problemas previos de los diseños de "vía flexuosa" y "placas aplicadas" (Véase la divulgación de la Internet IOM A-7553: "Singer Model 106-PR-AC Pressure reducing valve for cavitating condition"). La válvula Singer es capaz de eliminar efectiva y sustancialmente el ruido y la cavitación. Sin embargo, este montaje de válvulas es proclive a obstruirse o atascarse debido al uso de las pequeñas aberturas redondas en los receptáculos. De hecho, el fluido a menudo debe filtrarse antes de pasar a través del montaje de válvulas Singer. Además, cuando el fluido abandona los receptáculos del montaje de válvulas Singer, se dirige directamente a la pared del compartimiento, lo que causa erosión.

Por consiguiente, existe una necesidad continua por un montaje de válvulas que tenga propiedades anti-cavitación y de bajo ruido y soporte una gran capacidad de flujo de fluido. Un montaje de válvulas tal debe ser ajustable para controlar el flujo de fluido a través de él y optimizar la caída de la presión y reducir los impactos negativos sobre las superficies internas del compartimiento de la válvula. La presente invención satisface estas necesidades y proporciona otras ventajas relacionadas.

Sumario de la invención

La presente invención reside en un montaje de válvulas que reduce la presión a través de la válvula y elimina sustancialmente la cavitación y sus consiguientes desventajas. El montaje de válvulas de la presente invención también dirige el fluido a través de la válvula de modo tal que el daño sea minimizado por otras fuerzas, tales como el flujo de fluido.

En general, el montaje de válvulas de la presente invención comprende un asiento dispuesto dentro de un compartimiento en medio de una entrada de fluido y una salida de fluido del mismo. El asiento incluye una pared que define una cámara interna y una pluralidad de aberturas formadas en la pared del asiento. En una realización particularmente preferida, el asiento incluye una pared inferior que tiene una pared circunferencial que se extiende hacia arriba a partir de la misma y que define una cámara interna. Las ranuras alargadas se forman en la pared circunferencial de la pared. Preferiblemente, las ranuras alargadas se forman en un ángulo directo de aproximadamente noventa grados con respecto a la pared del asiento de modo de dirigir el fluido hacia el centro de la cámara del asiento.

Una guía de disco está asociada con el asiento de modo tal que sean deslizablemente móviles entre sí. En una realización particularmente preferida, el asiento está fijo al compartimiento, y la guía de disco está movida con relación al asiento, tal como por medios de control hidráulicos o similares.

La guía de disco incluye una pared que tiene una pluralidad de ranuras alargadas allí formadas. En una realización particularmente preferida, la guía de disco incluye una pared superior y una pared circunferencial que se extiende hacia abajo a partir de la misma. Las ranuras alargadas se forman en una porción superior de la pared circunferencial. Preferiblemente, las ranuras alargadas se forman en la pared de la guía de disco de modo de dirigir el fluido hacia el compartimiento a un ángulo no directo. Por consiguiente, las ranuras alargadas se forman en una guía de disco en un ángulo de desplazamiento, diferente al de noventa grados.

La pared superior de la guía de disco está adaptada para engranar cerrando un borde superior del asiento. Una porción inferior no ranurada de la pared circunferencial de la guía de disco está configurada para sustancialmente obstruir las ranuras alargadas del asiento cuando la guía de disco y el asiento se muevan en una posición cerrada.

Cuando la guía de disco y el asiento se mueven en una posición cerrada, se evita que el fluido pase de la entrada de fluidos del compartimiento a la salida de fluidos del compartimiento. Cuando la guía de disco y el asiento se mueven en una posición abierta, el fluido se dirige de la entrada de fluidos del compartimiento a través de las ranuras alargadas del asiento, a la cámara interna del asiento, a la cámara interna de la guía de disco, y a través de las ranuras alargadas de la guía de disco a la salida de fluidos del compartimiento, lo que da lugar a una presión de fluidos reducida mientras se minimiza la cavitación.

Otras características y ventajas de la presente invención se tornarán aparentes para aquellos con experiencia en la técnica a partir de la siguiente descripción más detallada, tomada en conjunto con las figuras adjuntas que ilustran, a modo de ejemplo, los principios de la invención.

Breve descripción de las figuras

Las figuras adjuntas ilustran la invención. En tales figuras:

1. Un montaje de válvulas (10) para reducir la cavitación, que comprende: un compartimiento (12) que tiene una entrada de fluidos (14) y una salida de fluidos (16); un asiento (24) dispuesto dentro del compartimiento en medio de la entrada y la salida de fluidos, en el que el asiento incluye una pared (28, 30) que define una cámara interna (34) y una pluralidad de aberturas formadas en la pared del asiento (28, 30); y una guía de disco (26) asociada con el asiento de modo tal que el asiento y la guía de disco sean deslizablemente móviles entre sí, la guía de disco incluye una pared (38, 62) que define una cámara interna (78) y una pluralidad de aberturas formadas en la pared de la guía de disco (62); en el que la guía de disco y el asiento se mueven en una posición cerrada, se evita el pasaje de fluido de la entrada de fluidos del compartimiento a la salida de fluidos del compartimiento; y en el que la guía de disco y el asiento se mueven en una posición abierta, se dirige fluido desde la entrada de fluidos del compartimiento (14) a través de las aberturas del asiento (36), a la cámara interna del asiento (34), a la cámara interna de la guía de disco (78), y a través de las aberturas de la guía de disco (64) a la salida de fluidos del compartimiento (16) lo que da lugar a una presión de fluidos reducida mientras se minimiza la cavitación, caracterizado por que tanto las aberturas (36) formadas en la pared del asiento (28, 30) como las aberturas (64) en la pared de la guía de disco (62) son ranuras alargadas.

2. El montaje de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que las ranuras alargadas (64) se forman en la pared de la guía de disco (62) de modo que dirigen el fluido hacia la superficie interna (80) del compartimiento (12) en un ángulo no perpendicular.

3. El montaje de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que las ranuras alargadas (64) en la pared de la guía de disco (62) atraviesan la pared de la guía de disco (62) en un ángulo que no es perpendicular a la superficie de la pared.

4. El montaje de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la guía de disco (26) incluye una pared superior (38) y una pared circunferencial (62) que define una cámara interna (78), y una pluralidad de ranuras alargadas (64) formadas en una porción superior de la pared circunferencial de la guía de disco y una porción inferior no ranurada configurada para sustancialmente obstruir las ranuras alargadas del asiento cuando la guía de disco y el asiento se muevan en una posición cerrada.

5. El montaje de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la guía de disco (62) incluye una porción inferior no ranurada (66) configurada para sustancialmente obstruir las ranuras alargadas (36) del asiento (24) cuando la guía de disco (26) y el asiento estén en posición cerrada.

6. El montaje de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la guía de disco (26) se adapta para sustancialmente engranar cerrando un borde superior (32) del asiento (24).

7. El montaje de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el asiento (24) incluye una pared inferior (28) y una pared circunferencial (30), en el que las ranuras alargadas (36) se forman en la pared circunferencial.

8. El montaje de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las ranuras alargadas (36) se forman en la pared del asiento (28, 30) de modo que dirigen el fluido hacia un centro de la cámara interna del asiento (34).

9. El montaje de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que las ranuras alargadas (36) atraviesan la pared del asiento (30) de forma perpendicular a la superficie de la pared (30).

10. El montaje de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el asiento (24) está fijo al compartimiento (12) y la guía de disco (26) está movida con relación al asiento.

11. El montaje de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por medios de control hidráulicos (70, 72) para mover selectivamente la guía de disco (26).

12. El montaje de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las ranuras alargadas (36) en la pared del asiento (30) se forman de modo que dirigen el flujo de fluido hacia una porción central de la cámara del asiento (34) de forma tal que el fluido converja consigo mismo.

13. El montaje de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las ranuras (64) de la guía de disco (26) y las ranuras (36) del asiento (24) tienen áreas de flujo equivalentes aproximadas, en el que mientras que las ranuras (36) y el asiento (34) están expuestos, lo que permite un aumento del flujo de fluido a la vez que mantiene una caída controlada de la presión, se expone un detalle de ranura equivalente (64) en la guía de disco (26).

14. El montaje de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las ranuras alargadas (36) de la pared del asiento (30) y las ranuras alargadas (64) en la pared de la guía de disco (62) tienen aberturas de flujo o áreas equivalentes aproximadas.