Válvula.

Una válvula (5) que comprende una primera parte (10) que define una primera abertura (20) y una segunda abertura (2) que define una segunda abertura (60),

siendo la primera parte (10) móvil con relación a la segunda parte (2) entre una configuración cerrada en la que se evita sustancialmente el paso de fluido a través de la válvula (5) y una configuración abierta en la que se permite el paso de fluido;

en la que la primera parte (10) se puede mover lateralmente con relación a la segunda parte (2) de manera que en la configuración cerrada la primera y la segunda aberturas (20, 60) no son coincidentes y en la configuración abierta la primera y la segunda aberturas (20, 60) son coincidentes;

caracterizada porque la primera parte (10) comprende un miembro a modo de placa flexible configurado para acoplarse a una cara de obturación de la segunda parte (2) cuando está en la configuración cerrada y bloquear en la configuración cerrada como respuesta a una diferencia de presión a través de la válvula (5).

Válvula La presente invención se refiere generalmente a válvulas para controlar el flujo de gases y/o líquidos entre dos espacios discretos. En particular, la presente invención se refriere a válvulas para utilizar en aplicaciones en las que la presión en cada uno de los espacios discretos puede variar de manera que en alguna etapa no hay diferencia de presión entre los espacios y en otras etapas existe deferencia. Una aplicación de tales válvulas está en la compresión y/o expansión de gases. Sin embargo, la válvula de la presente invención puede ser adecuada para utilizar en cualquier aplicación que necesite una alta eficiencia, área de válvula grande, respuesta de válvula rápida y bajas pérdidas de presión. Esto cubre, pero no se limita a, motores, bombas de vacío, compresores, expansores, otras bombas, situaciones de flujo de tuberías y tuberías.

La maquinaria y válvulas de compresión actuales normalmente son del tipo de no retorno. Esto significa que pueden ser válvulas de lengüeta, válvulas de placa, válvulas de bola, válvulas de vástago u otros dispositivos similares. Por ejemplo, en el funcionamiento normal en un compresor de aire recíproco que comprende un pistón configurado para moverse en un espacio cilíndrico, el pistón se movería para desde un punto muerto superior (TDC) hacia el punto muerto inferior (BDC) que conduce a una caída en la presión dentro del espacio del cilindro. Cuando la presión ha caído lo suficiente como para superar una sujeción de muelle una o más válvulas de entrada se cierran, la una o más válvulas de entrada se abren y una carga de aire es introducida en el espacio del cilindro. Cuando el pistón se aproxima al BDC, el flujo de aire se desacelerará y la diferencia de presión disminuirá permitiendo que la una o más válvulas de entrada se cierren. El pistón se moverá ahora volviendo hacia atrás hacia el TDC comprimiendo la carga de aire fresco en el espacio del cilindro. Cuando la presión de aire en el espacio del cilindro es suficientemente alta como para superara la sujeción de un muelle, una o más válvulas de escape se cierra, la una o más válvulas de escape se abrirán permitiendo que la carga de aire comprimido pase a un espacio presurizado. Cuando el pistón se aproxima al TDC esta diferencia de presión y flujo disminuyen permitiendo que la una o más válvulas de escape se cierren.

En el caso de la válvula simple descrita anteriormente, existe un cierto número de problemas asociados con el funcionamiento de la válvula que limita su efectividad. En primer lugar, se necesita que haya una fuerza que actué para cerrar la válvula y esto significa que debe haber una cierta cantidad de diferencia de presión aplicada para superar esta fuerza y abrir la válvula. Esto inevitablemente significa que habrá algunas pérdidas de presión a través de la válvula y que debe haber un retraso en la apertura de la válvula mientras aumenta la diferencia de presión. Existe una cuestión adicional con este tipo de válvula, que es que puede dejar de funcionar correctamente si se alcanzan ciertas frecuencias de resonancia que conducen posiblemente a que se produzca una agitación de la válvula. Una válvula rígida y un muelle fuerte puede ser utilizados para limitar tal comportamiento indeseable, pero cuanto más fuerte es el muelle de cierre, mayor son las fuerzas requeridas para abrir la válvula, lo que conduce a un trabajo innecesario y a baja eficiencia.

Si se requiere que una máquina se mueva a altas velocidades las válvulas deben abrirse y cerrarse de forma más rápida que si re requieren bajas velocidades lo que conduce a unas cargas de impacto mayores cuando las válvulas se cierran. La solución normal es limitar la elevación de la válvula de manera que tenga una mínima distancia para recorrer. Aunque tal solución puede reducir las cargas de impacto experimentadas en el funcionamiento a alta velocidad, también reduce de manera deseable el área de válvula efectiva.

En general, las válvulas de expansión son mucho más complicadas que las válvulas de comprensión ya que necesitan ser mantenidas abiertas contra el flujo que normalmente está moviéndose en una dirección que induce las fuerzas de cierre sobre la válvula. Esto significa que las válvulas de expansión deben ser controladas de manera activa. Este control activo normalmente se lleva a cabo con una disposición de leva y válvula de vástago, en la que la válvula se abre y cierra en un punto preestablecido en cada ciclo independientemente de la diferencia de presión entre los dos espacios discretos separados por la válvula. Este método de funcionamiento de válvulas de expansión conduce a unas significativas pérdidas ya que es extremadamente difícil configurar tal válvula para que se abra en o cerca del equilibrado de presión (es decir, cuando la diferencia depresión a través de la válvula es sustancialmente cero) .

Las válvulas de expansión descritas anteriormente requieren una fuerte estructura de soporte para permitir que las válvulas se abran en contra de la diferencia de presión. Esto significa que tales válvulas de expansión normalmente son componentes grandes y pesados que deben ser lo suficientemente rígidos para no bloquear el cierre cuando hay diferencia de presión entre dos espacios discretos. Tales válvulas normalmente son ineficientes ya que sufren significativas pérdidas de presión cuando se abren sin equilibrio de presión.

La obturación puede convertirse en un problema cuando la válvula está sentada contra una cara de válvula rígida ya que cualquier contaminación por partículas puede conducir a que las válvulas no obturen y se produzcan fugas a través de las válvulas cuando están cerradas. Obtener una buena obturación entre una válvula y una cara de válvula puede requerir el molido de precisión y/o rodaje de la válvula durante un periodo prolongado.

Las válvulas de la técnica anterior normalmente incluyen una protección para limitar la elevación de la válvula e incorporar el muelle de cierre. En el ejemplo de una válvula de entrada de compresor de pistón, tal protección forma un espacio integral más allá del alcance de la carrera del pistón para que el fluido pase y este espacio sea referido como espacio puerto o espacio libre.

Además de los problemas expuestos anteriormente, los diseños de válvulas convencionales sufren también de área de válvula significativamente limitada. En una disposición de pistón/cilindro de compresión normal en la que las válvulas de entrada y salida están ambas dentro de una cabeza del cilindro, un área de válvula del 5% o del 6% de área del pistón no es infrecuente. Esta área de válvula limitada tiene un segundo problema consistente en que los flujos de fluido a través del área de válvula son a menudo muy de velocidades muy elevadas si el compresor esta funcionando a una velocidad razonable y las pérdidas de presión a través de estas válvulas pueden llegar a ser significativas. Duplicar el área de la válvula disminuirá la velocidad del flojo a través de la válvula por un factor de 2 y disminuirá las pérdidas de presión por un factor de aproximadamente 4.

Incrementar el área de válvula es práctica común en el diseño de compresores para separar las múltiples válvulas alrededor del cilindro. Esto tiene el efecto de incrementar el área de válvula, pero también tiene el efecto de incrementar la cantidad de espacio muerto o espacio libre ya que el pistón debe mantenerse debajo del nivel de las entradas de entrada/salida.

El espacio muerto de las válvulas, su conexión al cilindro principal y el espacio alrededor del pistón en el TDC todo combinado para dar un volumen de espacio libre total. El espacio libra toral está normalmente definido como la relación entre el volumen de espacio libre y el volumen máximo (volumen barrido + volumen de espacio libre) :

Volumen de espacio libre %Espacio libre = Volumen barrido + volumen de espacio libre y para un pistón está normalmente comprendido entre 5% y 15%. El espacio libre tiene un impacto muy fuerte en la eficiencia volumétrica, que está definida como:

Gas realmente absorbido por carrera %Eficiencia volumétrica = Volumen barrido Despreciando las pérdidas de presión esto se aproxima a:

Volumen total -Volumen en la abertura de válvula de succión %Eficienciavolumétrica = Volumen barrido En donde Volumen Total = Volumen barrido + Volumen de espacio libre Para la mayoría de los compresores de pistones normales, la eficiencia volumétrica está comprendida entre el 70 y el 80%, pero esto puede variar dependiendo... [Seguir leyendo]

1. Una válvula (5) que comprende una primera parte (10) que define una primera abertura (20) y una segunda abertura (2) que define una segunda abertura (60) , siendo la primera parte (10) móvil con relación a la segunda parte (2) entre una configuración cerrada en la que se evita sustancialmente el paso de fluido a través de la válvula (5) y una configuración abierta en la que se permite el paso de fluido;

en la que la primera parte (10) se puede mover lateralmente con relación a la segunda parte (2) de manera que en la configuración cerrada la primera y la segunda aberturas (20, 60) no son coincidentes y en la configuración abierta la primera y la segunda aberturas (20, 60) son coincidentes;

caracterizada porque la primera parte (10) comprende un miembro a modo de placa flexible configurado para acoplarse a una cara de obturación de la segunda parte (2) cuando está en la configuración cerrada y bloquear en la configuración cerrada como respuesta a una diferencia de presión a través de la válvula (5) .

2. Una válvula (5) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la primera y segunda partes (10, 2) están configuradas para bloquearse en la configuración cerrada en presencia de una diferencia de presión a través de la válvula (5) por medio de la fricción limitante entre la primera y la segunda partes (10, 2) .

3. Una válvula (5) de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, en la que el miembro a modo de placa es lo suficientemente flexible para adaptarse a un perfil de la cara de obturación como respuesta a una diferencia de presión a través de la válvula (5) .

4. Una válvula (5) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la primera parte (10) está coaccionada para moverse sustancialmente paralela a una superficie definida por la cara de obturación de la segunda parte (2) .

5. Una válvula (5) de acuerdo con la reivindicación 4, en la que la primera parte (10) está soportada por la cara de obturación de la segunda parte (2) durante el movimiento entre las configuraciones cerrada y abierta.

6. Una válvula (5) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende medios de apertura (100) para mover la primera parte (10) desde la configuración cerrada a la configuración abierta y medios de cierre (200) para mover la primera parte (10) desde la configuración abierta a la configuración cerrada.

7. Una válvula (5) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la primera parte (10) comprende además un miembro de refuerzo (70) .

8. Una válvula (5) de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el miembro de refuerzo (70) comprende una parte alargada que se extiende desde sustancialmente un lado lateral de la primera parte (10) hasta un segundo lado lateral de la primera parte (10) , opuesto a la primera parte (10) .

9. Una válvula (5) de acuerdo con la reivindicación 7 ó la reivindicación 8 (cuando depende de la reivindicación 6) , en la que al menos uno de los medios de apertura (100) y los medios de cierre (200) se acopan con el miembro de refuerzo (70) cuando se mueve la primera parte (10) con relación a la segunda parte (2) .

10. Una válvula (5) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la primera parte (10) comprende una primera disposición de aberturas y la segunda parte (2) comprende una segunda disposición de aberturas.

11. Una válvula (5) de acuerdo con la reivindicación 10, en la que la primera parte (10) se puede mover lateralmente con relación a la segunda parte (2) de manera que en la configuración cerrada la primera y la segunda disposiciones de las aberturas no son coincidentes y en la configuración abierta la primera y la segunda disposiciones de las aberturas son coincidentes.

12. Una válvula (5) de acuerdo con la reivindicación 11, en la que la primera parte comprende un par de placas móviles (301, 302) , comprendiendo cada placa del par un subconjunto de la primera disposición de aberturas.

13. Una válvula (5) de acuerdo con la reivindicación 12, en la que cada placa (301, 302) del par está configurado para obturar un grupo diferente de aberturas en la segunda disposición de aberturas.

14. Una válvula (5) de acuerdo con la reivindicación 12, en la que cada placa (301, 302) del par está configurada para obturar una sección diferente del mismo grupo de aberturas en la segunda disposición de aberturas.

15. Una válvula (5) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en la que el par de placas móviles (301, 302) se mueve en direcciones opuestas una con respecto a la otra cuando la primera parte (10) se mueve entre las configuraciones cerrada y abierta.