Válvula amplificadora.

Una válvula amplificadora, que comprende:

un alojamiento (12) que tiene una cámara de señal (56),

una cámara del actuador (58), una cámara desuministro (48) y un orificio de escape (50) dispuestos en su interior; y

un tapón superior (26) y un tapón inferior (38) que están dispuestos dentro del alojamiento (12) y que sepueden mover selectivamente en relación con el alojamiento (12) simultánea o independientemente unocon respecto al otro entre:

una posición neutra en la que la cámara del actuador (58) está fluidamente aislada tanto de lacámara de suministro (48) como del orificio de escape (50);

una posición de suministro en el que la cámara del actuador (58) se comunica de forma fluida conla cámara de suministro (48), pero está fluidamente aislada del orificio de escape (50); y

una posición de descarga en la que la cámara del actuador (58) se comunica de forma fluida con elorificio de escape (50), pero está fluidamente aislada de la cámara de suministro (48);

caracterizada por que

un mecanismo de ajuste de derivación (80) operativo para colocar selectivamente la cámara de señal (56)en comunicación de fluido con la cámara del actuador (58), en la que el mecanismo de ajuste de derivación(80) comprende:

un conducto de derivación (94) dispuesto dentro del alojamiento (12) y en comunicación fluida conla cámara del actuador (58) y la cámara de señal (56);

un tapón de derivación (82) fijado al alojamiento (12) y que puede moverse selectivamente entreuna posición cerrada en la que el tapón de derivación (82) sella el conducto de derivación (94)aislar fluidamente la cámara de señal (56) del orificio del actuador (62), y una posición abierta en laque la cámara de señal (56) está en comunicación fluida con la cámara del actuador (58) pormedio del conducto de derivación (94).

Válvula amplificadora

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención:

La presente invención se refiere en general a dispositivos de control del flujo de fluidos y, más particularmente, a una válvula amplificadora de configuración única para la integración en un circuito neumático de un sistema de accionamiento de válvula.

2. Descripción de la técnica relacionada

Los sistemas de accionamiento de válvulas neumáticos comprenden típicamente una fuente de aire comprimido que se encamina a través de una red de conductos de fluido, tales como tuberías. El aire comprimido se proporciona normalmente por un compresor de aire. El aire comprimido se dirige a un posicionador que en última instancia controla el flujo de aire comprimido dentro y fuera de un actuador. Más particularmente, el posicionador proporciona un flujo medido de aire comprimido en los extremos alternos del actuador en respuesta a una señal de entrada del posicionador. El actuador puede ser, por ejemplo, un actuador de doble efecto que comprende un pistón alternativo sellado dentro de un cilindro. El cilindro del actuador de doble efecto tiene una cámara de trabajo en cada extremo, capturándose el pistón de forma deslizante entre dichas cámaras. Las cámaras del accionador reciben y expulsan simultáneamente el aire comprimido a medida que el pistón se mueve hacia atrás y hacia adelante dentro del cilindro. El pistón tiene típicamente un eje que se extiende desde un extremo del cilindro, estando el eje conectado a una válvula u otro componente que se mueve o acciona en una forma prescrita.

El sistema de accionamiento mueve o golpea el pistón forzando aire dentro de un primer extremo del cilindro, mientras que simultáneamente expulsa aire fuera de un segundo extremo del cilindro con el fin de hacer avanzar el pistón en una primera dirección a lo largo del eje del cilindro. A la inversa, el sistema de accionamiento puede también forzar el aire dentro del segundo extremo del cilindro, mientras que simultáneamente expulsa aire fuera del primer extremo del cilindro con el fin de mover el pistón a lo largo del eje del cilindro en una segunda dirección opuesta a la primera dirección. Al conducir el aire en extremos alternos del cilindro, el pistón se mueve de tal manera que el eje se puede desplazar en cualquier posición para hacer un trabajo útil. Los sistemas de accionamiento se utilizan normalmente en aplicaciones a gran escala, tales como en centrales eléctricas y refinerías para controlar los componentes del sistema, tales como una válvula de trabajo. En tales aplicaciones, puede ser deseable posicionar repetidamente el pistón dentro de milésimas de una pulgada en tiempo de carrera muy corto. Además, las aplicaciones a gran escala pueden utilizar actuadores de gran volumen para responder a las grandes fuerzas que son típicas de las válvulas de control de servicios graves.

Cuando se utiliza un actuador de gran volumen en el circuito neumático del sistema de accionamiento, el posicionador, que actúa solo, puede ser incapaz de suministrar y expulsar un volumen suficiente de aire comprimido para el actuador dentro de un período de tiempo dado. Como resultado, tales circuitos neumáticos que tienen actuadores de gran volumen pueden ser incapaces de alcanzar una rápida velocidad de carrera del pistón. En estos casos, una práctica conocida en la técnica anterior es la instalación de primer y segundo amplificadores entre el posicionador y respectivos primer y segundo extremos del actuador. Cuando los amplificadores están integrados en el circuito neumático del sistema de accionamiento, el posicionador facilita normalmente la activación de tal primer y segundo amplificadores, proporcionando señales neumáticas en forma de aire comprimido que se dirigen al mismo. Los amplificadores permiten que el sistema de accionamiento condiga tiempos de carrera muy cortos al aumentar el caudal del posicionador en el primer extremo del cilindro, mientras que agota simultáneamente el segundo extremo del cilindro a través de una gran salida, o viceversa. El Cv de los amplificadores en el modo de escape es típicamente mayor que el Cv en el modo de suministro ya que la capacidad de escape en el circuito neumático es típicamente el factor de control en la determinación del tiempo de carrera del pistón. Los amplificadores están cada uno conectado al posicionador a través del uso de líneas de señales, y cada uno recibe señales neumáticas a través de las líneas de señales, estando tales señales neumáticas operativas para abrir y cerrar selectivamente los amplificadores como sea necesario para regular el flujo del aire comprimido dentro y fuera del cilindro en una forma prescrita.

Además de conectarse al posicionador a través del uso de las líneas de señal, los amplificadores están, cada uno, conectados también a la fuente de aire y al actuador a través del uso de líneas de alimentación de diámetros más grandes. Las líneas de señal tienen típicamente un diámetro menor que las líneas de alimentación, algunas de las que suministran y expulsan aire comprimido dentro y fuera del cilindro. Cuando el posicionador proporciona un mayor flujo de aire comprimido en las líneas de señales, tal aumento de presión o "señal" es suficiente para activar los amplificadores de tal manera que se energizan. Cuando están energizados, los amplificadores permiten que el aire comprimido fluya desde las líneas de alimentación de diámetro mayor dentro y fuera del cilindro a un caudal mayor, reduciendo de este modo el tiempo de carrera del pistón. Como resultado, los sistemas de accionamiento, incluyendo los amplificadores antes mencionados permiten que el actuador alcance un tiempo de carrera

relativamente rápido si el posicionador es capaz de proporcionar un caudal que sea lo suficientemente alto como para energizar los amplificadores. No obstante, cuando se utiliza un posicionador de caudal bajo, los circuitos neumáticos que operan con actuadores de gran volumen pueden ser incapaces de energizar los amplificadores. En consecuencia, sufren el inconveniente de una velocidad de carrera lenta.

Sin embargo, los beneficios para el sistema de accionamiento que se proporcionan mediante la adición del primer y segundo amplificadores están a menudo acompañados por una reducción del rendimiento en el circuito neumático del sistema de accionamiento. Más particularmente, el aumento del número de componentes activos en el circuito neumático a menudo da lugar a una inestabilidad dinámica en la que es difícil posicionar con precisión y rapidez el pistón. A este respecto, como resultado del aumento del número de componentes activos atribuible a la adición de los amplificadores, el requisito total de aire comprimido fuera del posicionador que se necesita para efectuar un movimiento dado del pistón se incrementa en comparación con los circuitos neumáticos que tienen un número menor de componentes activos. Debido a la naturaleza inherentemente compresible del aire, el pistón no puede comenzar a moverse hacia la posición deseada hasta que el par de amplificadores se haya presurizado lo suficiente. Por lo tanto, puede haber un tiempo de retardo indeseable entre el momento en que el posicionador recibe la señal de posición del pistón y el tiempo en que el pistón llega a la posición deseada. Además, el pistón pueden sobrepasar la posición final, produciéndose un rebasamiento cuando el pistón, que se mueve a una tasa relativamente alta de velocidad, no se ralentiza a medida que se acerca a la posición final de tal manera que se mueve más allá de la posición deseada y luego debe invertir las direcciones. El rebasamiento del pistón aumenta por tanto el tiempo de retardo total del actuador.

Un ejemplo de las válvulas amplificadoras de la técnica anterior se puede encontrar en el documento DE 19733773 A1.

Muchas de las reducciones de rendimiento antes mencionadas en los sistemas de accionamiento existentes son atribuibles a las características estructurales y funcionales de los amplificadores integrados en el circuito neumático del sistema de accionamiento. La presente invención alivia o elimina tales reducciones de rendimiento proporcionando una válvula amplificadora de configuración única, un par de las cuales puede estar integrado en el circuito neumático de un sistema de accionamiento en la forma descrita anteriormente. Estas y otras características y ventajas de la presente invención, se describirán en más detalle a continuación.

Breve sumario de la invención

De acuerdo con... [Seguir leyendo]

1. Una válvula amplificadora, que comprende:

un alojamiento (12) que tiene una cámara de señal (56) , una cámara del actuador (58) , una cámara de suministro (48) y un orificio de escape (50) dispuestos en su interior; y un tapón superior (26) y un tapón inferior (38) que están dispuestos dentro del alojamiento (12) y que se pueden mover selectivamente en relación con el alojamiento (12) simultánea o independientemente uno con respecto al otro entre:

una posición neutra en la que la cámara del actuador (58) está fluidamente aislada tanto de la cámara de suministro (48) como del orificio de escape (50) ; una posición de suministro en el que la cámara del actuador (58) se comunica de forma fluida con la cámara de suministro (48) , pero está fluidamente aislada del orificio de escape (50) ; y una posición de descarga en la que la cámara del actuador (58) se comunica de forma fluida con el orificio de escape (50) , pero está fluidamente aislada de la cámara de suministro (48) ;

caracterizada por que

un mecanismo de ajuste de derivación (80) operativo para colocar selectivamente la cámara de señal (56) en comunicación de fluido con la cámara del actuador (58) , en la que el mecanismo de ajuste de derivación

(80) comprende:

un conducto de derivación (94) dispuesto dentro del alojamiento (12) y en comunicación fluida con la cámara del actuador (58) y la cámara de señal (56) ; un tapón de derivación (82) fijado al alojamiento (12) y que puede moverse selectivamente entre una posición cerrada en la que el tapón de derivación (82) sella el conducto de derivación (94) aislar fluidamente la cámara de señal (56) del orificio del actuador (62) , y una posición abierta en la que la cámara de señal (56) está en comunicación fluida con la cámara del actuador (58) por medio del conducto de derivación (94) .

2. La válvula amplificadora de la reivindicación 1 en la que:

el alojamiento (12) tiene un orificio de señal (60) , el orificio del actuador (62) , un orificio de suministro y un orificio de escape (50) dispuestos en su interior; en la que además el tapón superior (26) y el tapón inferior (38) se disponen dentro del alojamiento (12) , definiendo colectivamente el tapón superior (26) , el tapón inferior (38) y el alojamiento (12) la cámara de señal (56) que se comunica de forma fluida con el orificio de señal (60) , la cámara del actuador (58) que se comunica de forma fluida con el orificio del actuador (62) y la cámara de suministro (48) que se comunica de forma fluida con el orificio de suministro.

3. La válvula amplificadora de la reivindicación 2 en la que:

el alojamiento (12) define una superficie de sellado del alojamiento (12) interna; el tapón superior (26) define una superficie de sellado del tapón superior (26) ; el tapón inferior (38) define primera y segunda superficie de sellado del tapón inferior; la superficie de sellado del tapón superior (26) se dispone en acoplamiento estanco con la primera superficie de sellado del tapón inferior, y la segunda superficie de sellado del tapón inferior se dispone en acoplamiento estanco con la superficie de sellado del alojamiento (12) cuando los tapones superior e inferior (28, 36) están en la posición neutra; la superficie de sellado del tapón superior (26) se dispone en acoplamiento estanco con la primera superficie de sellado del tapón inferior, y la segunda superficie de sellado del tapón inferior se separa de la superficie de sellado del alojamiento (12) cuando los tapones superior e inferior (28, 36) están en la posición de suministro; y la superficie de sellado del tapón superior (26) se separa de la primera superficie de sellado del tapón inferior, y la segunda superficie de sellado del tapón inferior se dispone en acoplamiento estanco con la superficie de sellado del alojamiento (12) cuando los tapones superior e inferior (28, 36) están en la posición de descarga.

4. La válvula amplificadora de la reivindicación 3, en la que tapón superior (26) comprende:

una porción de cubo tubular que define la superficie de sellado del tapón superior; y una porción de pestaña que se extiende radialmente hacia fuera desde la porción de cubo; el (26) dimensionándose y configurándose para separar la cámara de señal (56) de la cámara del actuador

(58) dentro del alojamiento (12) .

5. La válvula amplificadora de la reivindicación4, en la que el tapón inferior (38) tiene una configuración tubular, e incluye una primera porción de extremo que define la primera superficie de sellado del tapón inferior, una segunda porción de extremo que parcialmente reside dentro y que se comunica de forma fluida con el orificio de escape (50) , y un superficie externa, una porción de la cual define la segunda superficie de sellado del tapón inferior.

6. La válvula amplificadora de la reivindicación 2 que comprende además:

un muelle superior acoplado cooperativamente a y extendiéndose entre el alojamiento (12) y el tapón superior (26) ; y un muelle inferior acoplado cooperativamente a y extendiéndose entre el alojamiento (12) y el tapón inferior (38) ; operándose los muelles superior e inferior para empujar normalmente los tapones superior e inferior (26, 38) a la posición neutra.

7. La válvula amplificadora de la reivindicación 6, el muelle superior se dimensiona y configura para ejercer normalmente una carga del muelle superior del tapón superior (26) , y el muelle inferior se dimensiona y configura para ejercer normalmente una carga del muelle inferior del tapón inferior (38) que excede la carga del muelle superior.

8. La válvula amplificadora de la reivindicación 6 que comprende además un collarín de retención de muelle unido de forma móvil al alojamiento (12) , estando el muelle superior acoplado cooperativamente a y extendiéndose entre el collar de retención de muelle y el tapón superior (26) .

9. La válvula amplificadora de la reivindicación 8 comprendiendo además un vástago que tiene una primera porción de extremo unida al collarín de retención de muelle y una segunda porción de extremo unida al tapón inferior (38) , extendiéndose el vástago a través de al menos las porciones de los tapones superior e inferior (26, 38) .

10. La válvula amplificadora de la reivindicación 9 en la que el tapón inferior (38) tiene una configuración hueca, tubular y define una superficie interna, y la segunda porción de extremo del vástago está unida a un miembro de soporte que está dispuesto dentro del tapón inferior (38) y montado en la superficie interna del mismo.

11. La válvula amplificadora de la reivindicación 10 en la que el tapón superior (26) se monta de forma deslizante en el vástago y se mueve recíprocamente lo largo del mismo.

12. La válvula amplificadora de la reivindicación 1, en la que:

el alojamiento (12) define una superficie de sellado del alojamiento interna; el tapón superior (26) define una superficie de sellado del tapón superior; el tapón inferior (38) define primera y segunda superficies de sellado del tapón inferior; la superficie de sellado del tapón superior está dispuesta en acoplamiento estanco con la primera superficie de sellado del tapón inferior, y la segunda superficie de sellado del tapón inferior está dispuesta en acoplamiento estanco con la superficie de sellado del alojamiento cuando los tapones superior e inferior (26, 38) están en la posición neutra; la superficie de sellado superior del tapón está dispuesta en acoplamiento estanco con la primera superficie de sellado del tapón inferior, y la segunda superficie de sellado del tapón inferior está separada de la superficie de sellado del alojamiento cuando los tapones superior e inferior (26, 38) están en la posición de suministro; y la superficie del tapón de sellado superior está separada de la primera superficie de sellado del tapón inferior, y la segunda superficie de sellado del tapón inferior está dispuesta en acoplamiento estanco con la superficie de sellado del alojamiento cuando los tapones superior e inferior (26, 38) están en la posición de descarga.

13. La válvula amplificadora de la reivindicación 1 que comprende además:

un muelle superior acoplado cooperativamente a y extendiéndose entre el alojamiento (12) y el tapón superior (26) , y un muelle inferior acoplado cooperativamente a y extendiéndose entre el alojamiento (12) y el tapón inferior (38) ; operándose los muelles superior e inferior para empujar normalmente los tapones superior e inferior (26, 38) a la posición neutra.