MX2008015009A - Regulador de presion de fluido sanitario. - Google Patents

Abstract

Se describe un regulador de presión de ejemplo que incluye un cuerpo (110) que tiene una entrada de presión (125) y una salida de presión (145). Un pistón (160) está colocado en el cuerpo y de manera fluida se acopla a la entrada de presión (125) y a la salida de presión (145). El pistón (160) se configura para operar en compresión para hacer contacto con un asiento de válvula (142) con el fin de controlar el flujo de fluido de la entrada de presión (125) a la salida de presión (145) en respuesta a una presión aplicada a una superficie del pistón vía la salida de control de presión.

Description

REGULADOR DE PRESION DE FLUIDO SANITARIO Campo de la Invención La presente descripción se relaciona generalmente con los reguladores de fluido de presión y, más particularmente, a reguladores sanitarios de reducción de presión para el servicio de distribución de bebidas. Antecedentes de la Invención Muchos reguladores de presión de uso de sistemas de control de fluido para controlar la presión de un fluido en una tubería o para controlar la presión de un fluido aplicado a un dispositivo de control, tal como un accionador y una válvula. Los reguladores de reducción de presión reciben un fluido de presión relativamente alta de una fuente de suministro de fluid y hacen salir el fluido a una presión de fluido relativamente más baja mientras proporciona una salida estable para un intervalo amplio de carga de salida (es decir, cambios en loe requisitos de flujo o capacidad de fluido, etc.). El experto apreciara que los reguladores de presión funcionan generalmente controlando la posición de un elemento de restricción, tal como una válvula, aplicando una fuerza de equilibrio a un elemento de medición. La fuerza de equilibrio es generada comúnmente por la presión de fluido aplicada a un extremo del elemento de medición para contrarrestar una fuerza generada por un elemento de carga acoplado al elemento de medición. Los reguladores de presión convencionales pueden utilizar diafragmas o pistones como un elemento de medición y un resorte como elemento de carga. Un problema común con muchos diseños convencionales del regulador es que son susceptibles a variaciones de presión de suministro de entrada. Es decir, la estabilidad de la presión de salida puede ser altamente dependiente de la estabilidad de la presión de suministro de entrada, que a su vez puede afectar la calidad y naturaleza del fluido que es controlado. Por ejemplo, un regulador de reducción de presión que tiene un diseño equilibrado para reducir la sensibilidad de presión de suministro de entrada se describe en la Publicación de Patente Norteamericana No. 2004/0007269. El regulador de reducción de presión descrito en esta Solicitud de Patente publicada es un regulador de reducción de presión en línea que utiliza un monopiston como elemento de medición en combinación con resortes múltiples que operan como un elemento de carga para contrarrestar una presión de control que actúa en un elemento de medición que controla la presión de salida. Desafortunadamente, los resortes múltiples pueden ser problemáticos en ciertas aplicaciones. Por ejemplo, en la industria alimenticia y de bebidas, las aplicaciones de distribución de bebida, tales como distribuidores de té, también deben tener la trayectoria de flujo sanitario para evitar el bloqueo, y contaminación posible de la bebida. Los reguladores convencionales, tales como los descritos previamente, frecuentemente colocan elementos de carga en la trayectoria de flujo fluido lo cual hace difícil la operación sanitaria. Por lo tanto, sería beneficioso proporcionar un regulador de reducción de presión que tenga un coste de fabricación significativamente más bajo mientras ventajosamente proporciona la regulación de presión y operación sanitaria mejoradas. Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es una vista seccionada transversalmente de un regulador de reducción de presión ejemplar en una posición abierta. La figura 2 es una vista seccionada transversalmente de un regulador de reducción de presión ejemplar en una posición cerrada. Breve Descripción de la Invención En un ejemplo descrito, un regulador de presión incluye un cuerpo que tiene una entrada de presión y un salida de presión interconectados a través de un orificio dentro del cuerpo. Un pistón se ubica en el cuerpo, interconectando de manera fluida la entrada de presión y la salida de presión que forman un paso y una cámara de presión dentro del orificio. El pistón se configura para entrar en contacto con un asiento de válvula dentro del cuerpo para controlar el flujo de fluido de la entrada de presión a la salida de presión en respuesta a una presión aplicada a una superficie del pistón vía la salida de presión para contrarrestar una fuerza de carga suministrada por un solo resorte acoplado al pistón.

En otro ejemplo descrito, un regulador de presión incluye un montaje de válvula de regulador de presión modular acoplado de manera fluida a una entrada de presión y una salida de presión. El montaje de válvula de regulador de presión modular incluye un pistón que tiene áreas mínimas de la entrada para reducir la sensibilidad de suministro y configurarse para acoplar un asiento de válvula y para responder a una presión de control para controlar el flujo de fluido entre la entrada de presión y la salida de presión vía el asiento de válvula con solamente el pistón y el asiento de válvula expuestos al flujo de fluido. Descripción Detallada de la Invención Generalmente el regulador de reducción de presión ejemplar descrito en la presente proporciona un cuerpo de regulador único o unitario que contiene una válvula de regulación de presión interior para controlar el flujo de fluido a través del regulador. La válvula de regulación de presión ejemplar es una válvula normalmente abierta (es decir, a presiones por debajo de una presión predeterminada o punto de ajuste, los flujos de fluido generalmente están sin obstáculo de la entrada a la salida) usando un monopistón y un resorte para regular el fluido de presión, y por lo tanto, el flujo de fluido. La válvula de regulación de presión logra esto usando una presión de salida derivada de una sola entrada de fuente de presión del cuerpo de regulador. Es decir, la presión de salida resulta de una disminución de presión a través de la válvula de regulación de presión interior que impulsa la válvula de regulación de presión, de la salida o del lado de salida de presión a la posición de la válvula de control. En la modalidad preferida, la válvula de regulación de presión se basa en un pistón único o unitario. El monopistón reduce sustancialmente el número de componentes necesarios para ejecutar el montaje de válvula de regulación de presión, de tal modo permite un diseño más compacto con confiabilidad y operación sanitaria mejorados, mientras disminuye los costos de fabricación y montaje. También será evidente al experto que el diseño del regulador de reducción de presión, descrito minuciosamente abajo permite que el regulador sea utilizado fácilmente en operaciones sanitarias. Generalmente este diseño modular simple opera usando un equilibrio de fuerza, en compresión, a través del pistón para mantener el salida a una presión predeterminada. En la modalidad preferida, el regulador de presión ejemplar se configura para proporcionar un área creciente del elemento de medición (es decir, un aumento del incremento del regulador o sensibilidad a la presión de control) cuando la presión de salida disminuye por debajo de una presión predeterminada deseada. El diseño preferido adicionalmente incluye áreas de entrada mínimas para desacoplar con eficacia la estabilidad de presión de salida de las variaciones de presión de entrada. El diseño también proporciona ventajosamente una válvula asistida por presión si una fuga de fluido ocurre a través del asiento de válvula cuando el elemento de restricción o la válvula se cierra según lo explicado minuciosamente abajo. Refiriéndose ahora a la figura 1, una vista seccionada transversalmente de un regulador de reducción de presión ejemplar [100] se muestra para una aplicación que regula la presión de salida de un distribuidor de té tal como el distribuidor de té modelo 3 de IMI Cornelius de Masón City, lowa. El regulador ejemplar tiene un tamaño total relativamente más pequeño (por ejemplo, aproximadamente 2.25" x 1.50" x 1.80") con respecto a los reguladores conocidos de salida y tiene un número total sustancialmente reducido de partes que da lugar a un regulador de presión más confiable y menos más costoso. Como se muestra, el regulador ejemplar [100] está en una posición abierta o primera, tal como cuando el regulador se opera primero o cuando la presión de salida está por debajo de una presión predeterminada o punto de ajuste. En cambio, la figura 2 es una vista seccionada transversalmente del regulador de reducción de presión ejemplar [100] en una posición sustancialmente cerrada o segunda, por ejemplo cuando la presión de salida es aproximadamente igual al punto de ajuste. Según lo representado en estas figuras, el regulador de reducción de presión ejemplar [100] incluye un montaje de válvula o un módulo de reducción de presión [150] ubicado dentro de un orificio [140] de un solo cuerpo o módulo de regulador sustancialmente unitario [110]. El cuerpo [110] incluye una sola entrada de presión [125], que proporciona una fuente de presión al regulador [100]. El montaje de válvula de reducción de presión [150] se coloca dentro del orificio [140] entre la entrada [125] y una salida [145]. El regulador ejemplar [100] incluye adicionalmente una tapa [165], como se muestra, configurado para ajustar una abertura del cuerpo creada por una porción ensanchada [190] del orificio para sellar el cuerpo del regulador, de tal modo formando la cámara de presión [137] entre la tapa [165] y el montaje de válvula [140] en la salida o lado de salida del orificio [140]. Un sello anular [192] se coloca dentro de un surco [194] en la tapa [165] para formar un sello a presión dentro del cuerpo [110]. La tapa [165] se mantiene dentro del cuerpo [110] usando un sujetador de tapa [187], tal como un anillo en forma de C común, que acopla un surco anular superior [189]. Alternativamente, la tapa puede unir de manera roscada al cuerpo de regulador para formar la cámara de presión [137]. La tapa [165] también puede incluir un tope de recorrido integral [200] (mostrado en la figura 2) para acoplar el montaje de válvula de reducción de presión [150] cuando el regulador se abre completamente en una primera posición (por ejemplo, cuando no haya presión de entrada o cuando la presión de salida sea sustancialmente menor que la presión de entrada).

Como se muestra, el montaje de válvula de reducción de presión [150] puede acoplar selectivamente una porción intermedia de diámetro reducido [136] entre el paso [135] y la cámara de presión [137], que forma un asiento de válvula [142] en el cuerpo [110]. El montaje de válvula de reducción de presión [150] del regulador de presión ejemplar es comprendido por un monopistón [160] (es decir el elemento de medición), un elemento del carga [170], y por lo menos de un sello anular [180]. Más específicamente, el pistón [160] es un componente generalmente cilindrico que acopla de manera desplazable en orificio [140] del cuerpo de regulador para interconectar de manera selecta la entrada de presión [125] y la salida de presión [145] vía el paso [135], la porción intermedia [136] y la cámara de presión [137] del orificio [140]. El pistón [160] tiene una primera superficie de detección [164] que recibe una presión de control (es decir, la presión en la cámara [137]) vía la salida de presión [145] en la primera posición (mostrada en la figura 1) cuando el montaje de válvula de presión [150] está completamente abierta. El pistón [160] incluye adicionalmente una segunda superficie de detección [168] que recibe la presión de control vía la salida de presión [145] en una segunda posición (mostrada en la figura 2) cuando el montaje de válvula de presión [150] no está completamente abierta por ejemplo cuando el montaje de válvula de presión [150] está sustancialmente cerrado.

[0013] Para controlar el flujo de fluido, el pistón [160] tiene una porción agrandada [146] formada para entrar en contacto con el asiento de válvula [142] cuando el regulador de reducción de presión está en una posición sustancialmente cerrada. El pistón [160] también puede incluir una porción de recepción [175] configurada preferiblemente para recibir un elemento de carga o resorte [170] para proporcionar una fuerza predeterminada para contrarrestar y/o balancear una fuerza de presión de salida ejercida sobre la primera y/o segunda superficies de detección [164] y [168]. Un experto en la técnica debe apreciar que el pistón ejemplar [160], como se muestra, se ha opuesto axialmente a la primera y segunda superficies de entrada [167] y [169] entre la porción agrandada [146] y la porción de recepción [175] del pistón [160] para compensar sustancialmente las fuerzas de entrada del pistón [160] (es decir, la fuerza neta a través de las superficies es sustancialmente de cero) cuando las presiones de fluido de entrada se ejercen. Esto permite que las fuerzas ejercidas sobre la primera y segunda superficies [164] y [168], en combinación con la fuerza del elemento del carga, dominen el control de presión de salida. En las aplicaciones que requieren la operación sanitaria, el pistón [160] puede también incluir un primer canal anular [182] adyacente a la porción de recepción del pistón [160] para incorporar un sello anular [180] (por ejemplo, un anillo én forma de O) para formar una cavidad sellada para aislar el elemento de carga [170] y recibir la porción [175] del pistón del flujo de fluido. Esto evita la acumulación de fluido (por ejemplo, bebidas tales como té) dentro del regulador [100]. Alternativamente, un canal anular se podría colocar en el orificio para acomodar el sello del anillo en forma de O (no mostrado). Para eliminar cualquier efecto de "resorte de aire" de la cavidad sellada, el cuerpo [110] puede también incluir un respiradero [153] para permitir la igualación de presión en el área bajo la porción de recepción [175] del pistón. Un segundo canal anular [144] también se puede formar dentro de la porción agrandada [146] del pistón [160] para incorporar un anillo en forma de O adicional para proporcionar un sello resistente [148] para acoplar el asiento de válvula [142]. Tal sello podría ayudar sustancialmente a la inhibición o corte del flujo de fluido de la entrada [125] a la salida [145] dependiendo de la aplicación. En un ejemplo alterno, se debe apreciar que el asiento de válvula se puede formar de un material resistente, más suave que el material del cuerpo o el material del pistón, colocando un canal o surco anular dentro del cuerpo para recibir el material resistente de tal modo para formar un asiento suave. Una porción anular correspondiente del pistón se puede agrandar ligeramente desde el diámetro de la primera superficie [164] del pistón [160] para acoplar el material resistente para facilitar el cierre (por ejemplo, colocando el sello suave en el cuerpo en comparación al pistón). Durante la operación del regulador ejemplar, un experto en la técnica apreciaría que cuando el pistón [160] está en la primera posición (mostrada en la figura 1) la segunda superficie de detección [168] está en contacto con el tope de recorrido integral [200], que reduce el área de detección total del pistón [160] (es decir, cuando el montaje de válvula [150] se abre completamente). Consecuentemente, cuando el pistón [160] está en la primera posición, la presión de salida es sustancialmente menor que la presión del punto de ajuste y la fuerza de carga domina el equilibrio de fuerza a través del pistón. Alternativamente, cuando el pistón [160] está en la segunda posición (según lo mostrado en la figura 2), la presión de salida actúa sobre la combinación de la primera y segunda superficies de detección [164] y [168] para aumentar las fuerzas de fluido de presión que contrarrestan la fuerza de carga. A partir de la descripción anterior, debe ser evidente que el montaje de válvula de presión [150] tiene dos características o aumentos de respuesta durante la operación. Una primera característica o aumento de respuesta cuando el montaje de válvula de presión [150] está completamente abierto se relaciona al área anular de la primera superficie de detección [164]. Una segunda característica o aumento de respuesta ocurre cuando el montaje de válvula de presión no está en contacto con el tope de recorrido [200] y se relaciona al área de la primera y segunda superficies de detección [164] y [168]. Estas dos características o aumentos de respuesta permiten que el regulador ejemplar responda a las fuerzas de carga compensatorias de una forma tal que el regulador ha aumentado o mejorado la capacidad de respuesta a las desviaciones de la presión de salida cuando están cerca del punto de ajuste o presión de salida deseada (por ejemplo, el montaje de válvula de regulación de presión [150] está en la segunda posición). En la operación antes de que la presión sea controlada, el elemento de carga [170] preubica el pistón [160] lejos del asiento de válvula [142] y en contacto íntimo con el tope de recorrido integral [200] para permitir el flujo de fluido sustancialmente sin restricción desde la entrada de presión [125] a la salida de presión [145]. El fluido fluye desde la entrada [125] a través del paso [135] y presuriza momentáneamente el paso [135] y la cámara de presión [137] a una presión casi igual a la presión de entrada. Aunque la presión de salida aumenta desde la cámara de presión [137] una fuerza cada vez mayor se ejerce sobre la primera superficie de detección [164] del pistón de una manera predeterminada tale que una fuerza, relacionada al área anular de la primera superficie de detección [164], contrarresta la fuerza de carga del elemento de carga [170] y el pistón [160] comenzará a moverse, en compresión, contra el elemento de carga [170] y hacia el asiento de válvula [142]. Antes del movimiento del pistón en la primera posición, la presión de control actúa solamente sobre la primera superficie de detección [164] del pistón [160] para generar una fuerza relacionada al primer aumento del regulador. Una vez que la presión en la cámara de presión [137] es suficiente para generar una fuerza para superar la fuerza de carga inicial, el pistón [160] se mueve hacia la segunda posición.

En la segunda posición (según lo mostrado en la figura 2), el pistón [160] se mueve lejos del tope de recorrido [200] y la presión de salida actúa sobre la primera y segunda superficies de detección [164] y [168] del pistón [160] para superar la fuerza de carga del elemento de carga [170]. Según lo descrito previamente, esta área superficial creciente disponible en la segunda posición proporciona un incremento en el aumento o sensibilidad en el regulador a las demandas de carga y puede reducir la "disminución" (es decir, desviaciones de salida de la presión deseada) del regulador. En la segunda posición, la superficie anular [146] puede continuar moviéndose hacia el asiento de válvula [142] tal que el sello [148] crea una restricción entre la entrada de presión [125] y la salida de presión [145], que disminuye posteriormente el flujo de fluido, causando una disminución de la presión en el salida [145]. Puede apreciarse do que cuando la superficie anular [146] acopla el asiento de válvula [142] (es decir, el cierre de válvula) el sello [148] cierra sustancialmente el montaje de válvula de presión y esencialmente evita la presencia del flujo entre la entrada de presión [125] y la salida de presión [145]. Si hay una fuga entre el sello [148] y el asiento de válvula [142], la presión de salida puede elevarse sobre el punto de ajuste. En tal condición, el flujo de fluido adicional crea un aumento en la presión del lado de salida del montaje de válvula de presión [150] y una fuerza de cierre adicional se genera contra la primera y segunda superficies de detección [164] y [168]. La fuerza adicional generada por los aumentos de fuga en proporción a la presión diferencial a través del asiento para "cerrar" positivamente el montaje de válvula de presión [150] para regresar rápidamente la presión de la salida al punto de ajuste. A partir de la descripción anterior, debe ser evidente que esta modulación del pistón [160] ocurre continuamente durante la operación del regulador para controlar el fluido que fluye a través del regulador en base a la presión de salida. El pistón [160] opera continuamente en compresión sobre el asiento de válvula [142] bajo el equilibrio de la fuerza durante la regulación de presión. Es decir, cuando las presiones que impulsan el pistón lejos del asiento y hacia el asiento están en equilibrio, la presión en la salida [145] es sustancialmente igual al punto de ajuste predeterminado según lo determinado sustancialmente por las superficies de detección [164] y [168] y el índice de afluencia del resorte o elemento de carga [170]. Así, se debe apreciar que las características o aumentos de respuesta múltiples del regulador mejoran la sensibilidad total de la regulación de presión de salida a los cambios de carga y las áreas de entrada reducidas y compensadas eliminan sustancialmente la susceptibilidad de las desviaciones de presión de salida a las variaciones de presión de entrada. Además, también apreciarse que el cuerpo del regulador, pistón, y tapa se pueden hacer de metal tal como, por ejemplo, latón, acero inoxidable, o cualquier otro metal o material conveniente para el uso previsto del regulador de reducción de presión, incluyendo los plásticos diseñados tales como Delrin®, Du Pont E I De Nemours y Co. de Wilmington, DE. Aunque ciertos aparatos, métodos, y artículos de fabricación se hayan descrito en la presente, el alcance de esta patente no se limita a los mismos. Por el contrario, esta patente cubre todas las modalidades que se ubican lo suficiente dentro del alcance de las reivindicaciones anexas literalmente o bajo la doctrina de equivalentes.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. El regulador de presión que comprende: un cuerpo que tiene una entrada de presión, un salida de presión, un orificio que interconecta la entrada de presión con la salida de presión, y un asiento de válvula ubicado dentro del orificio; un pistón ubicado en el orificio para acoplar selectivamente el asiento de válvula al orificio para controlar un fluido que fluye desde la entrada de presión a la salida de presión; y un elemento de carga acoplado operativamente al pistón, en donde el elemento de carga ejerce una fuerza de carga sobre el pistón que hace que eí elemento de carga produzca una fuerza predeterminada de balance para contrarrestar una fuerza de salida producida por una presión de salida producida por el fluido que fluye a través del regulador de presión.

2. Un regulador de presión según lo definido en la reivindicación 1, en donde el pistón es un miembro sustancialmente único.

3. Un regulador de presión según lo definido en la reivindicación 1, en donde el pistón, por lo menos una primera superficie de entrada y una segunda superficie de entrada se configuran para reducir sustancialmente una fuerza de fluido de entrada que se opone a la fuerza de salida.

4. Un regulador de presión según lo definido en la reivindicación 1, en donde el elemento de carga es un resorte.

5. Un regulador de presión según lo definido en la reivindicación 4, en donde el pistón comprende adicionalmente un primer sello para aislar el elemento de carga del flujo de fluido.

6. Un regulador de presión según lo definido en la reivindicación 1, en donde el pistón comprende adicionalmente un anillo de cierre para entrar en contacto con el asiento de válvula.

7. Un regulador de presión según lo definido en la reivindicación 1, en donde las fuerzas en el pistón están en una oposición tal que el pistón es operado en compresión a través del asiento de válvula.

8. Un regulador de presión según lo definido en la reivindicación 1, en donde el pistón define una primera superficie de detección tal que la fuerza de fluido ejercida sobre la primera superficie de detección contrarresta la fuerza ejercida por el elemento de carga cuando el pistón está en una primera posición.

9. Un regulador de presión según lo definido en la reivindicación 8, en donde el pistón define una segunda superficie de detección tal que la fuerza de fluido ejercida sobre la primera y segunda superficies de detección contrarresta la fuerza de carga ejercida por el elemento de carga cuando el pistón está en una segunda posición.

10. Un regulador de presión según lo definido en la reivindicación 1, en donde el pistón acopla el asiento de válvula para cerrar sustancialmente el orificio entre la entrada de presión y la salida de presión tal que el fluido que se fuga a través del asiento de válvula crea una fuerza de salida adicional en el pistón.

11. Un regulador de presión modular que comprende: un módulo de cuerpo que tiene una entrada de presión, una salida de presión, y un orificio; y un módulo de válvula de regulación de presión ubicado en el orificio y acoplado de manera fluida a la entrada de presión y a la salida de presión, en donde el módulo de válvula de regulación de la presión se configura para operar a través de un asiento de válvula ubicado dentro del orificio para controlar el flujo de fluido de la entrada de presión a la salida de la presión, en donde el módulo de válvula de regulación de presión comprende adicionalmente: un elemento de medición, en donde el elemento de medición se configura para responder a la fuerza de fluido generada por una presión de salida, y un elemento de carga, en donde el elemento de carga se acopla operativamente al elemento de medición y se configura para generar una fuerza que contrarresta en oposición a la fuerza de fluido ejercida sobre el elemento de medición.

12. Un regulador de presión modular según lo definido en la reivindicación 11, en donde el módulo de válvula de regulación de presión incluye por lo menos una primera superficie de entrada y una segunda superficie de entrada configuradas para reducir sustancialmente una fuerza de fluido de entrada que se opone a la fuerza de fluido generada por la presión de salida.

13. Un regulador de presión modular según lo definido en la reivindicación 11, en donde el módulo de válvula de regulación de presión comprende adicionalmente un primer sello para aislar el elemento de carga del flujo de fluido.

14. Un regulador de presión modular según lo definido en la reivindicación 11, en donde el módulo de válvula de regulación de presión comprende adicionalmente un anillo de cierre para acoplar herméticamente el asiento de válvula.

15. Un regulador de presión modular según lo definido en la reivindicación 11, en donde las fuerzas en el módulo de válvula de regulación de presión están en oposición tal que el módulo de válvula del regulador de presión es operado en compresión a través del asiento de válvula.

16. Un regulador de presión modular según lo definido en la reivindicación 11, en donde el regulador de presión incluye adicionalmente un primer aumento del regulador cuando el módulo de válvula de regulación de presión está en una primera posición y un segundo aumento del regulador cuando el módulo de válvula de regulación de presión está en una segunda posición.

17. Un regulador de presión modular según lo definido en la reivindicación 16, en donde el primer aumento del regulador es definido por una primera detección que se presenta cuando el módulo de válvula de regulación de presión está en una primera posición.

18. Un regulador de presión modular según lo definido en la reivindicación 16, en donde el segundo aumento del regulador es definido por al menos una segunda superficie de detección cuando el módulo de válvula de regulación de presión está en una segunda posición.

19. Un regulador de presión modular según lo definido en la reivindicación 11, en donde el módulo de válvula de regulación de presión acopla el asiento de válvula para cerrar sustancialmente el orificio entre la entrada de presión y la salida de presión tal que el fluido que se fuga a través del asiento de válvula crea una fuerza de salida adicional en el módulo de válvula de regulación de presión.