Montaje de válvula.

Un montaje (1, 200, 300, 400) de válvula para regular el flujo de fluido entre una cámara (104,

414) de trabajo deuna máquina (100) de funcionamiento por fluido y un colector (102, 116) de fluido, comprendiendo el montaje deválvula un cuerpo (2, 302, 418) de válvula que comprende un asiento (4, 212, 312) de válvula, un paso (6) de fluidoque se extiende a través del cuerpo de válvula, y un miembro (12, 14, 16) (206, 208, 210) (304, 306) (402, 404, 406)de recorrido que comprende un miembro (12, 210, 306, 402) de válvula, cuyo miembro de válvula es accionableentre una posición abierta en la que el miembro de válvula está espaciado desde el asiento de válvula y el fluidopuede fluir a través del paso de fluido y una posición cerrada en la que el miembro de válvula está en contacto desellado con el asiento de válvula que evita que el fluido fluya a través del paso de fluido, definiendo el montaje deválvula una trayectoria (40, 218, 310) de flujo de fluido que pasa, en un primer modo de flujo de fluido, entre elmiembro de válvula y el asiento de válvula, y en el paso de fluido, caracterizado porque la trayectoria de flujo defluido incluye una región (42, 226, 422) de flujo estrecha y el montaje de válvula comprende además una cámara(28, 224,424) de presión reducida en comunicación tanto con una primera superficie (32) del miembro de recorridocomo la región de flujo estrecha, por la que una fuerza es ejercida en el miembro de recorrido por medio de unareducción de presión en la cámara de presión reducida cuando el fluido está fluyendo a través de la región de flujoestrecha, cuya fuerza actúa para resistir el cierre de la válvula.

Montaje de válvula

Campo de la invención La invención se refiere al campo de montajes de válvula adecuados para regular el flujo de fluido entre una cámara de trabajo de una máquina de funcionamiento por fluido y un colector de fluido que incluye, pero no limitado a, montajes de válvula electrónicamente controlables.

Antecedentes de la invención Las máquinas de funcionamiento de fluido incluyen máquinas accionadas por fluido y/o de accionamiento por fluido, tales como bombas, motores, y máquinas que pueden funcionar tanto como una bomba o como un motor en diferentes modos de accionamiento. Aunque la invención será ilustrada en referencia a aplicaciones en las que el fluido es un líquido, tal como un líquido hidráulico generalmente incompresible, el fluido podría ser alternativamente un gas.

Cuando una máquina de funcionamiento por fluido funciona como una bomba, un colector de baja presión actúa típicamente como una fuente neta de fluido y un colector de alta presión actúa típicamente como un sumidero neto para fluido. Cuando una máquina de funcionamiento por fluido funciona como un motor, un colector de alta presión actúa típicamente como una fuente neta de fluido y un colector de baja presión actúa típicamente como un sumidero neto para fluido. En esta descripción y las reivindicaciones adjuntas, los términos “colector de alta presión“ y “colector de baja presión” se refieren a colectores con presiones altas y bajas con relación una a otra. La diferencia de presión entre los colectores de presión alta y baja, y los valores absolutos de la presión en los colectores de presión alta y baja dependerán de la aplicación. Una máquina de funcionamiento por fluido puede tener más de un colector de baja presión y puede tener más de un colector de alta presión.

La invención se refiere a montajes de válvula adecuados para el uso en regular el flujo de fluido entre una cámara de trabajo de una máquina de funcionamiento por fluido y un colector. Los montajes de válvula incluyen un miembro de válvula y asiento de válvula y, en consecuencia, están enfrentados. Los montajes de válvula de acuerdo con la invención pueden ser útiles con una amplia gama de tipos de máquina de funcionamiento por fluido. Sin embargo, los temas que se refieren a la invención serán tratados ahora en referencia al ejemplo específico de montajes de válvula adecuados para el uso con máquinas de funcionamiento de fluido conocidas que comprenden una pluralidad

de cámaras de trabajo de volumen cíclicamente variable, en la que el desplazamiento de fluido a través de las cámaras de trabajo se regula mediante válvulas electrónicamente controlables, ciclo a ciclo y en relación en fase con ciclos de volumen de cámara de trabajo, para determinar la producción neta de fluido a través de la máquina.

Por ejemplo, el documento EP 0361927 divulgaba un método de controlar la producción neta de fluido a través de una bomba multicámara abriendo y/o cerrando válvulas de coliza electrónicamente controlables, en relación en fase en ciclos de volumen de cámara de trabajo, para regular la comunicación de fluido entre cámaras de trabajo individuales de la bomba y un colector de baja presión. Como resultado, las cámaras individuales son seleccionables por un controlador, ciclo a ciclo, ya sea para desplazar un volumen de fluido fijo predeterminado ya sea para experimentar un ciclo vacío sin ningún desplazamiento neto de fluido, haciendo posible por ello que la producción 45 neta de la bomba se haga coincidir dinámicamente con la demanda. El documento EP 0494236 desarrolló este principio e incluyó válvulas de coliza electrónicamente controlables que regulan la comunicación de fluido entre cámaras de trabajo individuales y un colector de alta presión, facilitando por ello la provisión de una máquina de funcionamiento por fluido que funciona tanto como una bomba como un motor en modos de accionamiento alternativos. El documento EP 1537333 introdujo la posibilidad de ciclos de parte, permitiendo ciclos individuales de cámaras de trabajo individuales para desplazar uno cualquiera de una pluralidad de volúmenes diferentes de fluido para coincidir mejor con la demanda.

Las máquinas de funcionamiento de fluido de este tipo requieren abrir y cerrar rápidamente válvulas electrónicamente controlables capaces de regular el flujo de fluido dentro y fuera de una cámara de trabajo desde y

hacia el colector de baja presión, y en algunas realizaciones, el colector de alta presión. La válvula electrónicamente controlable que regula el flujo de fluido entre una cámara de trabajo y el colector de baja presión está orientada típicamente de manera que el miembro de válvula (por ejemplo, una cabeza de válvula de coliza) se mueve en el mismo sentido que la dirección de flujo de fluido a través del asiento de válvula durante una carrera de escape en la que se le da salida al fluido al colector de baja presión. Durante una carrera de escape vacía, en la que el fluido que fue recibido desde el colector de baja presión en la carrera de admisión vuelve al colector de baja presión, la velocidad máxima de flujo de fluido es muy alta. En estas circunstancias, las fuerzas que surgen de al menos cuatro fenómenos diferentes, que serán ahora descritos, impulsan la cabeza de válvula de coliza hacia el asiento de válvula.

1. Con el fin de facilitar el flujo de fluido rápido con pérdidas de energía mínimas mientras se minimiza la distancia que la cabeza de coliza debe recorrer, es ventajoso maximizar el área en corte transversal de la trayectoria de flujo de fluido, minimizar el hueco entre el asiento de válvula y la cabeza de coliza, y maximizar el volumen de fluido alrededor del resto de la cabeza de coliza. Esto significa que el fluido fluye más rápido en el hueco entre la cabeza de coliza y el asiento de válvula. Como resultado, hay una caída de presión relacionada de energía cinética que está en su mayoría (que lleva a un mínimo de presión de fluido) entre la cabeza de válvula de coliza y el asiento de válvula, cuya fuerza actúa para cerrar la válvula. Las fuerzas relacionadas de energía cinética son proporcionales al cuadrado de la velocidad de fluido y densidad de fluido y esta fuerza se aplica tanto durante la carrera de admisión como la de escape.

2. La resistencia de viscosidad que surge del flujo de fluido por la superficie de la válvula de coliza actúa como una tangente a la superficie de cabeza de coliza. Siempre hay un componente de la superficie de cabeza de coliza tangente a la dirección de cierre, así que la resistencia de viscosidad actúa para cerrar la válvula de coliza durante las carreras de escape. La resistencia de viscosidad es proporcional al producto de velocidad de fluido y viscosidad de fluido, y es particularmente importante a bajas temperaturas.

3. Cuando el fluido se separa y se desvía pasada la parte frontal de la cabeza de válvula de coliza debe cizallar internamente mientras su forma cambia. Esto lleva a una región de alta presión en la superficie aguas arriba de la cabeza de válvula de coliza y una región de baja presión en la superficie hacia dentro (donde el flujo desviado se reincorpora) . El diferencial de presión resultante actúa para cerrar la válvula de coliza. Las fuerzas de cizallado son proporcionales al producto de velocidad de fluido y viscosidad de fluido, y también son particularmente importantes a bajas temperaturas.

4. La masa de fluido también debe ser acelerada perpendicular al eje de flujo de manera que se desvía alrededor de la cabeza de válvula de coliza. La aceleración eleva la presión dentro del fluido en la coliza y por lo tanto también aplica fuerzas normales a la cara alrededor de la cual se está haciendo el desvío (el llamado “efecto chorro”) . Estas fuerzas son sentidas por la cabeza de válvula de coliza, porque las cabezas de válvula de coliza tienen típicamente caras aguas arriba en forma de cono o bala con el fin de reducir fuerzas de cizallado, las fuerzas resultantes tienen una componente en la dirección de cierre de la coliza. Estas fuerzas relacionadas con la aceleración son proporcionales al producto de densidad de fluido y viscosidad de fluido.

La magnitud de las fuerzas resultantes varía dependiendo de la temperatura, viscosidad de fluido, velocidad de flujo instantáneo y la configuración de la válvula. Por ejemplo, en algunas válvulas, el fluido menoscaba el lateral del miembro de válvula antes de fluir entre el miembro de válvula y el asiento de válvula, más que la superficie aguas arriba, afectando la magnitud relativa de estas fuerzas.

Como resultado de estas fuerzas, puede haber un riesgo de que... [Seguir leyendo]

1. Un montaje (1, 200, 300, 400) de válvula para regular el flujo de fluido entre una cámara (104, 414) de trabajo de una máquina (100) de funcionamiento por fluido y un colector (102, 116) de fluido, comprendiendo el montaje de 5 válvula un cuerpo (2, 302, 418) de válvula que comprende un asiento (4, 212, 312) de válvula, un paso (6) de fluido que se extiende a través del cuerpo de válvula, y un miembro (12, 14, 16) (206, 208, 210) (304, 306) (402, 404, 406) de recorrido que comprende un miembro (12, 210, 306, 402) de válvula, cuyo miembro de válvula es accionable entre una posición abierta en la que el miembro de válvula está espaciado desde el asiento de válvula y el fluido puede fluir a través del paso de fluido y una posición cerrada en la que el miembro de válvula está en contacto de 10 sellado con el asiento de válvula que evita que el fluido fluya a través del paso de fluido, definiendo el montaje de válvula una trayectoria (40, 218, 310) de flujo de fluido que pasa, en un primer modo de flujo de fluido, entre el miembro de válvula y el asiento de válvula, y en el paso de fluido, caracterizado porque la trayectoria de flujo de fluido incluye una región (42, 226, 422) de flujo estrecha y el montaje de válvula comprende además una cámara (28, 224, 424) de presión reducida en comunicación tanto con una primera superficie (32) del miembro de recorrido como la región de flujo estrecha, por la que una fuerza es ejercida en el miembro de recorrido por medio de una reducción de presión en la cámara de presión reducida cuando el fluido está fluyendo a través de la región de flujo estrecha, cuya fuerza actúa para resistir el cierre de la válvula.

2. Un montaje (1, 200, 300, 400) de válvula de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la primera superficie (32)

del miembro (12, 14, 16) (206, 208, 210) (304, 306) (402, 404, 406) de recorrido está localizado en una cara, lo normal es que esté dirigido generalmente hacia la dirección en la que la válvula se mueve desde la posición cerrada a la posición abierta.

3. Un montaje (1, 200, 300, 400) de válvula de acuerdo con la reivindicación 1 ó reivindicación 2, en el que la primera superficie (32) del miembro (12, 14, 16) (206, 208, 210) (304, 306) (402, 404, 406) de recorrido está conectada rígidamente al miembro (12, 210, 306, 402) de válvula.

4. Un montaje (1, 200, 300, 400) de válvula de acuerdo con la reivindicación 1 ó reivindicación 2, en el que el miembro (12, 14, 16) (206, 208, 210) (304, 306) (402, 404, 406) de recorrido comprende una primera porción que comprende el miembro (12, 210, 306, 402) de válvula y una segunda porción que tiene la primera superficie (32) acto seguido, en el que las porciones primera y segunda son móviles con relación una a otra pero están conectadas o son aplicables, al menos cuando el miembro (12, 210, 306, 402) está en posición abierta, de manera que la fuerza que actúa en la primera superficie (32) de la segunda porción actúa en el miembro (12, 210, 306, 402) de válvula al menos cuando la válvula (1, 200, 300, 400) está en posición abierta.

5. Un montaje (1) de válvula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el montaje de válvula comprende un electroimán (18) , el miembro (12, 14, 16) de recorrido comprende una armadura (14) , y la primera superficie (32) del miembro de recorrido está en una superficie aguas arriba de la armadura.

6. Un montaje (1, 200, 300) de válvula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el montaje de válvula define una trayectoria (40, 218, 310) de flujo de fluido que se extiende alrededor del miembro de válvula cuando la válvula está en posición abierta.

7. Un montaje (1, 200, 300, 400) de válvula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el la 45 región (42) de flujo estrecho es aguas arriba del miembro (12, 210, 306, 402) de válvula.

8. Un montaje (200, 300) de válvula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el montaje de válvula comprende una barrera (220, 308) , unida de manera fija al montaje de válvula y dispuesta para definir la cámara (224) de presión reducida intermedia la barrera y el miembro (206, 208, 210) (304, 306) de 50 recorrido.

9. Un montaje (1) de válvula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la cámara (28) de presión reducida está en comunicación con al menos una región de flujo estrecha por medio de un paso (30,

44) que tiene un área en corte transversal de no más del 10% del área en corte transversal de la primera superficie 55 (32) en comunicación con la cámara de presión reducida.

10. Un montaje (1) de válvula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la trayectoria de flujo de fluido comprende además una región (10) de flujo de alta presión que tiene un área en corte transversal mayor que la región de flujo estrecha y el montaje de válvula comprende además una cámara (36) de presión 60 elevada en comunicación tanto con una segunda superficie (34) del miembro (12, 14, 16) de recorrido como con dicha región de flujo de alta presión.

11. Un montaje (1, 400) de válvula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el

montaje de válvula comprende un fuste (16, 104) de válvula, comprendiendo el fuste de válvula un vástago de 65 conexión hueco a través de cual la trayectoria (40) de flujo de fluido se extiende.

12. Un montaje (1, 200, 400) de válvula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que es electrónicamente accionable.

13. Una máquina (100) de funcionamiento por fluido que comprende una cámara (104, 414) de funcionamiento de

volumen que varía cíclicamente, un colector (116) de alta presión y un colector (102) de baja presión, y un montaje (1, 200, 300, 400) de válvula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes que regula el suministro de fluido hacia o desde el colector de alta presión o el colector de baja presión a la cámara de funcionamiento, en la que el fluido es accionable para fluir desde la cámara de funcionamiento a través del asiento (4, 212, 312) de válvula en el mismo sentido que el miembro (12, 210, 306, 402) de dicho montaje de válvula se mueve hacia el asiento de válvula para cerrar el montaje de válvula, durante al menos parte de al menos algunos ciclos de volumen de cámara de funcionamiento.

14. Una máquina (100) de funcionamiento por fluido de acuerdo con la reivindicación 13, en la que la máquina de funcionamiento por fluido comprende además un controlador (120) que es accionable para controlar activamente dicho montaje (1, 200, 300, 400) de válvula, y opcionalmente una o más válvulas, en relación en fase de ciclos de volumen de cámara de funcionamiento, para determinar el desplazamiento neto del fluido mediante la o cada cámara de funcionamiento ciclo a ciclo, para determinar por ello el desplazamiento neto medio a lo largo del tiempo de fluido mediante la máquina de funcionamiento o uno o más grupos de dichas cámaras (104, 414) de funcionamiento.

15. Una máquina (100) de funcionamiento por fluido de acuerdo con la reivindicación 13 ó 14, en la que la diferencia de presión entre el colector (116) de alta presión y el colector (102) de baja presión y la producción de fluido a través del montaje (1, 200, 300, 400) de válvula, son de manera que la máquina de funcionamiento por fluido no funcionaría correctamente en al menos algunas condiciones de accionamiento si no fuese por la presencia de la cámara (28,

224, 424) de presión reducida en comunicación con la primera superficie (32) .