MXPA98001124A - Conjunto de valvula de esfera de bajo ruido con inserto de hoja de aire corriente abajo - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un conjunto de válvula para controlar el flujo de fluido a través de un conducto, el conjunto de válvula comprendiendo una válvula de esfera dispuesta en el conducto y teniendo una perforación transversal ahíformada para recibir el fluido;y un inserto dispuesto en el conducto corriente abajo de la válvula de esfera y definiendo una pluralidad de pequeños pasajes de flujo y al menos un pasaje de flujo grande, la válvula siendo capaz de girar en el conducto para dirigir el fluido de su perforación a través de uno o más pasajes de flujo, una porción del inserto formando una superficie de hoja de aire para impedir la separación del fluido al pasar a través del pasaje de flujo relativamente grande.

Description

CONJUNTO DE VÁLVULA DE ESFERA DE BAJO RUIDO CON INSERTO DE HOJA DE AIRE CORRIENTE ABAJO Antecedentes de la Invención La presente invención se refiere a un conjunto de válvula de esfera de bajo ruido y, mas particularmente, a tal conjunto para controlar la transmisión y la distribución de un fluido comprimible. En la transmisión y la distribución de fluidos comprimibles, tales como gas natural, hay requerimientos para válvulas que controlan una variable, tal como presión o velocidad de flujo, y operan a altas caídas de presión, es decir, altas diferencias en presión entre la presión corriente arriba y corriente abajo. Como tales, estas válvulas están equipadas con accionadores y colocadores que responden a una señal de control generada por un controlador o computador. Cuando un fluido comprimible es estrangulado a través de una válvula de control a una alta caída de presión, se genera ruido en el fluido en forma aerodinámica, y posteriormente se propaga a través del fluido, excitando las paredes del tubo (principalmente corriente abajo) , y con ello haciendo que se propague el ruido a la atmósfera circundante. El resultado puede ser ruido que excede los límites permisibles para la conservación de la audición del trabajador.

Una segunda preocupación implicada con el estrangulamiento de un fluido comprimible a través de una válvula de control es que a menudo ocasiona vibración mecánica excesiva, dando como resultado problemas consecuentes de la operación apropiada del equipo asociado de medición y control. Además, la vibración también puede ocasionar falla por fatiga de soldaduras o tubería. Frecuentemente se usan válvulas de esfera como válvulas de cierre y válvulas de control para aplicaciones especiales, tales como la transmisión y la distribución de gas natural. A fin de reducir el ruido y la vibración mecánica cuando se usan válvulas de esfera, se han colocado insertos en las válvulas de esfera que son provistos con una pluralidad de pasajes de diámetro relativamente pequeño a través de los cuales pasa el fluido bajo ciertas condiciones de flujo. Sin embargo, la disponibili--dad de insertos para las válvulas de esfera que ofrecen una reducción considerable del ruido y la vibración mecánica ha sido muy limitada. Asimismo, las válvulas de esfera del tipo anterior están limitadas a menudo a aplicaciones en las cuales hay una elevada caída de presión a través de todo el rango de desplazamiento de la válvula. En estos casos, las válvulas están diseñadas para la continua reducción de ruido y vibración mecánica en todo el rango de desplazamiento. Sin embargo, hay aplicaciones que implican una caída de presión relativamente alta a velocida- des de flujo relativamente bajas y pequeñas aberturas de válvula, y una caída de presión relativamente baja a máximo flujo y aberturas de válvula relativamente grandes. En este último caso de caída de presión baja, se requiere una capacidad de flujo que sea mayor que la que sería posible utilizando una válvula diseñada para reducción continua de ruido con base en una caída de presión elevada a través de todo el rango de desplazamiento de la válvula. Asimismo, las válvulas de esfera que tienen insertos del tipo anterior que son soldados, o unidos de otra manera, dentro de una válvula de esfera, son difíciles de fabricar y a menudo ocasionan distorsión de la válvula de esfera. Además, las válvulas de esfera que tienen insertos del tipo anterior pueden ocasionar separación del flujo de gas al pasar éste a través de la válvula, lo que da como resultado pérdidas en una caída de presión que compromete el desempeño de la válvula. Por tanto, lo que se necesita es una válvula de esfera que pueda reducir el ruido a velocidades de flujo relativamente bajas y pequeñas aberturas de válvula a caídas de presión relati-vamente elevadas, pero que pueda responder a situaciones de caída de presión relativamente baja y lograr máximo flujo. Asimismo, se necesita una válvula de esfera del tipo anterior que reduzca la vibración mecánica, que sea relativamente fácil de fabricar, y que no esté sujeta fácilmente a distorsiones. Además, una válvula de esfera del tipo anterior es necesaria, para eliminar la separación del flujo del gas al pasar a través de la válvula. Compendio de la Invención La presente invención, en consecuencia, proporciona un conjunto de válvula de esfera para controlar el flujo de fluido a través de un conducto en el cual se dispone una válvula de esfera y se provee con una perforación transversal para recibir el fluido. También se dispone un inserto en el conducto corriente abajo de la válvula de esfera y define una pluralidad de pasajes de flujo relativamente pequeños y un pasaje de flujo relativamente grande. La válvula es capaz de girar en el conducto para dirigir el fluido de su perforación a través de uno o mas de los pasajes de flujo, y una porción del inserto forma una superficie de hoja de aire para impedir la separación del fluido al pasar a través del pasaje de flujo relativamente grande. Se proporciona una cavidad entre algunos de los pequeños pasajes de flujo para permitir reducción de presión en dos etapas y por tanto reducción de ruido incrementada . Se logran ventajas principales con el conjunto de válvula de esfera de la presente invención pues el ruido y las vibraciones mecánicas generados por el flujo del fluido son reducidos considerablemente a pequeñas aberturas de válvula y bajas velocidades de flujo, mientras puede lograrse máximo flujo cuando la caída de presión es relativamente baja. Asimismo, el conjunto de válvula de esfera de la presente invención es relati-vamente fácil de fabricar, reduce la distorsión de la válvula de esfera, e incluye una superficie de hoja de aire que elimina la separación del fluido. Breve Descripción de los Dibujos Las figuras 1, 3 y 4 son vistas en sección transversal que bosquejan el conjunto de válvula de esfera de la presente invención en tres modos de operación. La figura 2 es una vista isométrica del conjunto de válvula de esfera de las figuras 1, 3 y 4. Descripción de la Forma de Realización Preferida La figura 1 de los dibujos bosqueja una forma de realización del conjunto de válvula de esfera de la presente invención, el cual incluye una válvula de esfera 10 dispuesta en un cuerpo de válvula 12 formado por una sección cilindrica de entrada 14. Una perforación de entrada 14a se extiende a través de la sección de entrada 14 y una pestaña circular 14b es provista en la pared externa en la sección de entrada para conexión a un tubo de entrada (no mostrado) para suministrar un fluido comprimible, tal como gas natural, a la sección de entrada. Una sección cilindrica de salida 16 también es provista, la cual tiene una perforación de salida 16a y una pestaña circular 16b formada en su pared externa para conexión a un tubo de salida (no mostrado) para recibir el fluido desde la sección de salida. Un anillo de soporte externo 20 se extiende entre las secciones 14 y 16, con la superficie interna del anillo en una relación espaciada con la superficie externa de la válvula de esfera 10. El anillo de soporte 20 es conectado entre las secciones 14 y 16 en cualquier forma conocida, tal como por medio de pernos, o similares (no mostrados) . Un par de conjuntos de sello espaciados axialmente 22 y 24 son montados en muescas o ranuras circulares, provistas en las porciones de extremo interno de la sección de entrada 14 y la sección de salida 16, respectivamente. El anillo de soporte 20 y los conjuntos de sello 22 y 24 no serán descritos en ningún detalle adicional pues no forman parte alguna de la presente invención. La válvula 10 está en la forma de una bola, o esfera, teniendo una perforación central transversal 10a. De esta manera, dos porciones sólidas 10b y 10c son definidas, cada una teniendo una superficie externa convexa. En la posición cerrada de la válvula 10 mostrada en la figura 1, la porción sólida 10b bloquea el flujo de fluido desde la sección de entrada 14 a la sección de salida 16. Un par de vastagos, uno de los cuales es mostrado en líneas fantasma y referido con el número de referencia 28, están conectados a la superficie externa de la válvula de esfera 10 en sus porciones diametralmente opuestas para permitir que la válvula de esfera sea girada en una forma que se describirá. Los vastagos 28 son conectados a equipo auxiliar convencional (no mostrado) que hace girar los vastagos, y por tanto la válvula de esfera 10, alrededor de un eje que coincide con los ejes de los vastagos, con los sellos 22 y 24 funcionando para proporcionar un sello de fluidos, todo de una manera convencional. De acuerdo con un aspecto principal de la presente invención, un inserto 30 es provisto en la perforación de salida 16a de la sección de entrada 16 justo corriente abajo de la válvula de esfera 10, y está diseñado para reducir el ruido y las vibraciones mecánicas generados como resultado del flujo de fluido a través de la válvula de esfera. Como se muestra en las figuras 1 y 2, el inserto 30 está en la forma de un miembro en forma de placa teniendo una porción de pata relativamente pequeña 30a, una porción de pata relativamente grande 30b, y una porción de codo de anchura agrandada 30c conectando las porciones de pata 30a y 30b. La porción de pata 30a se extiende desde la porción de codo 30c sustancialmente perpendicular al eje de la perfora-ción 10a, y la porción de pata 30b se extiende desde el codo 30c, se curva de regreso al extremo posterior, o de salida, de la perforación de salida 16a, y está configurada de modo de formar un diseño de "hoja de aire" curva, lisa. Los extremos distantes respectivos de las porciones de pata 30a y 30b descansan contra porciones de superficie interna correspondientes de esa porción de la sección de salida 16 que definen la perforación de salida 16a de modo de definir una cavidad encerrada 34. La superficie externa de la porción de pata 30a es cóncava, con su curvatura correspondiente a la superficie externa convexa de la porción 10c de la válvula de esfera 10.

Se forma una serie de hileras de pasajes paralelas, espaciadas, a través del inserto 30, los pasajes 38 de cada hilera (figura 2) extendiéndose en una relación espaciada, paralela. Los pasajes 38 reciben el fluido de la válvula de esfera 10 bajo condiciones por describirse, y el diámetro de cada pasaje 38 es considerablemente menor que el diámetro del conducto 16a. Como resultado, los pasajes funcionan para reducir considerablemente el nivel de ruido que se generaría de otra manera por el flujo del fluido a través del conjunto de acuerdo con teorías bien establecidas, como se explicó anteriormente. Los pasajes 38 que se extienden a través de la porción de pata 30a del inserto 30 se extienden desde la válvula de esfera 10 a la cavidad 34, y los pasajes que se extienden a través de la porción de pata 30c se extienden desde la cavidad 34 a la perforación de salida 16a. Esto permite reducción de presión en dos etapas y un incremento en la reducción de ruido, como será descrito. Los pasajes 38 en la hilera inferior, como se observa en la figura 1, se extienden desde la válvula de esfera 10 directamente a la perforación de salida 16a. El inserto 30 ocupa una porción de la sección transversal de la perforación de salida 16a, la porción restante de esta última perforación formando un pasaje de flujo de diámetro relativamente grande para el fluido, bajo condiciones que se describirán. Cuando la válvula de esfera 10 está en su posición cerrada mostrada en la figura 1, la superficie externa cóncava de la porción de pata 30a recibe una porción correspondiente de la porción de válvula convexa 10c. En esta posición cerrada, la porción sólida 10b bloquea el flujo de fluido desde la perforación de entrada 14a a través de la válvula 10. En el caso de que se desee flujo de fluido, la válvula es girada girando los vastagos de válvula 28 en una dirección en sentido de las manecillas del reloj , como se muestra por la flecha de la figura 1, hasta que el extremo de entrada de la perforación 10a esté expuesto a la perforación 14a como se muestra, por ejemplo, en la figura 3. Este movimiento también expone uno o mas de los pasajes 38 del inserto 30 al extremo de salida de la perforación 10a, el número de pasajes expuestos dependiendo del grado de rotación de la válvula de esfera 10. Suponiendo que la válvula 10 sea movida a la posición de la figura 3, en la cual todos los pasajes 38 están expuestos y la perforación de salida 16a es bloqueada de otra manera, el fluido fluye desde la perforación de entrada 14a, hacia y a través de la perforación expuesta 10a de la válvula de esfera 10, y hacia los pasajes expuestos 38. Esa porción del fluido que pasa a través de los pasajes 38 en la porción de pata 30a del inserto 30 entra en la cavidad 34, y pasa desde la cavidad, a través de los pasajes 38 en la porción de pata 30b, y a la perforación de salida 16a. Esto logra reducción de presión en dos etapas y reducción de ruido incrementada, de acuerdo con principios bien conocidos. La porción restante del fluido pasa a través de la hilera inferior de pasajes directamente a la perforación de salida 16a. El fluido sale de la perforación de salida 16a y pasa hacia el tubo de salida antes mencionado unido a la sección de salida 16. En el caso de que se desee flujo pleno, la válvula de esfera 10 es girada adicionalmente en la dirección en el sentido de las manecillas del reloj , hasta que alcanza la posición totalmente abierta mostrada en la figura 4. En esta posición, todos los pasajes 38 en el inserto 30, así como la porción de la perforación de salida 16a no ocupada por el inserto, están expuestos al fluido en la perforación de entrada 14a y la perforación 10a de la válvula de esfera 10. Como esta última porción de la perforación de salida 16a es mucho mas grande en sección transversal que la sección transversal de cada pasaje 38, define un pasaje de flujo que proporciona la mínima resistencia al flujo de fluido. Por tanto, la gran mayoría del fluido fluye desde la perforación de entrada 14a, a través de la perforación 10a de la válvula de esfera 10, y a través de la perforación de salida 16a hacia el tubo de salida antes mencionado. Durante este flujo, el fluido se une a la superficie externa de la porción de pata 30b del inserto 30 debido al diseño de hoja de aire lisa de la última porción de pata, aunque una porción menor del fluido fluye a través de los pasajes 38 del inserto. Se comprenderá que la posición de la válvula de esfera 10 bosquejada en la figura 3 es únicamente para fines de ejemplo y que la válvula puede tomar cualquier posición intermedia entre la posición cerrada de la figura 1 y la posición totalmente abierta de la figura 4, dependiendo del flujo de fluido particular deseado. De esta manera, de acuerdo con la presente invención, el conjunto de válvula de esfera y el método de la presente invención logran reducción de presión en dos etapas, cuando la válvula de esfera 10 es parcialmente abierta, como se muestra a guisa de ejemplo en la figura 3, lo que incrementa la reducción de ruido cuando se compara con reducción en una sola etapa y lo que produce una alta frecuencia pico atenuada. Asimismo, en la posición totalmente abierta de la figura 4, se logra capacidad de flujo relativamente alta (con reducida reducción de ruido) , pues la gran mayoría del flujo de fluido sobrepasa el inserto 30 al fluir desde la perforación 10a a la perforación de salida 16a. El conjunto de la presente invención, de esta manera, es especialmente adecuado para aplicaciones en las que ocurre una caída de presión relativamente elevada a una abertura relativamente baja de la válvula de esfera 10, y la caída de presión se reduce a un valor relativamente bajo al incrementarse la abertura de la válvula. De esta manera, el conjunto de la presente invención es operable en un rango relativamente amplio de caídas de presión y velocidades de flujo. Asimismo, las vibraciones mecánicas generadas por el flujo del fluido son reducidas considerablemente a aberturas de válvula relativamente pequeñas y bajas velocidades de flujo. Además, como resultado del hecho de que el inserto 30 está ubicado corriente abajo de la válvula de esfera 10, el conjunto de la presente invención es relativamente fácil de fabricar y minimiza la distorsión de la válvula de esfera. Todavía mas, debido al diseño de "hoja de aire" lisa de la porción de pata 30b del inserto 30, el fluido se une a la porción externa de la última porción de pata al pasar a través de la perforación de salida 16a, así permitiendo una significativa recuperación de presión. Se entenderá que pueden hacerse variaciones en lo anterior sin apartarse de los alcances de la invención. Por ejemplo, la presente invención no está limitada al número y al arreglo específico de los pasajes 38 en el inserto 30. Por ejemplo, los pasajes 38 en la porción de pata 30b pueden tener diámetros mas grandes que los diámetros de los pasajes en la porción de pata 30a (y/o 30c) . Otros cambios, modificaciones y sustituciones están pretendidos en la divulgación anterior y en algunos casos algunas características de la invención serán empleadas sin un uso correspondiente de otras características. En consecuencia, resulta apropiado que las reivindicaciones anexas sean interpretadas ampliamente y de una manera consistente con los alcances de la invención.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES 1. Un conjunto de válvula para controlar el flujo de fluido a través de un conducto, el conjunto de válvula comprendiendo una válvula de esfera dispuesta en el conducto y teniendo una perforación transversal ahí formada para recibir el fluido; y un inserto dispuesto en el conducto corriente abajo de la válvula de esfera y definiendo una pluralidad de pequeños pasajes de flujo y al menos un pasaje de flujo grande, la válvula siendo capaz de girar en el conducto para dirigir el fluido de su perforación a través de uno o mas pasajes de flujo, una porción del inserto formando una superficie de hoja de aire para impedir la separación del fluido al pasar a través del pasaje de flujo relativamente grande.
2. 2. El conjunto de la reivindicación 1, donde la válvula dirige el fluido a través de uno o mas pasajes de flujo relativamente pequeños o a través de los pasajes de flujo relativamente pequeños y el pasaje de flujo grande.
3. 3. El conjunto de la reivindicación 1, donde el flujo de fluido a través de los pasajes de flujo relativamente pequeños reduce la velocidad de flujo y el ruido generado por el flujo de fluido, y el flujo de fluido a través del pasaje de diámetro relativamente grande incrementa la velocidad de flujo.
4. 4. El conjunto de válvula de la reivindicación 1, donde los pasajes de flujo relativamente pequeños son formados a través del inserto; y donde el inserto, y esa porción del conduc-to no ocupada por el inserto, forman el pasaje de flujo relativamente grande .
5. 5. El conjunto de la reivindicación 4, donde el inserto define con la superficie correspondiente que define al conducto una cavidad, de modo que una porción del fluido fluya desde algunos de los pasajes del inserto, hacia la cavidad, y a través de otros pasajes en el inserto, para lograr reducción de presión en dos etapas.
6. 6. El conjunto de la reivindicación 1, donde, al ocurrir rotación de la válvula de esfera desde su posición abierta a su posición cerrada, la válvula dirige el fluido a través de los pasajes de flujo relativamente pequeños antes del pasaje de flujo relativamente grande.
7. 7. El conjunto de la reivindicación 1, donde, en la posición totalmente abierta de la válvula, el fluido fluye a través de los pasajes de flujo relativamente pequeños y el pasaje de flujo relativamente grande.
8. 8. Un método de controlar el flujo de fluido a través de un conducto, que comprende los pasos de proporcionar una válvula de esfera en el conducto teniendo una perforación transversal ahí formada para recibir el fluido, definir una pluralidad de pasajes de flujo relativamente pequeños y al menos un pasaje de flujo relativamente grande en el conducto corriente abajo de la válvula de esfera, hacer girar la válvula para dirigir el fluido desde su perforación a través de uno o mas de los pasajes de flujo, e impedir la separación del fluido al pasar a través del pasaje de flujo relativamente grande.
9. 9. El método de la reivindicación 8, donde el fluido es dirigido a través de uno o mas de los pasajes de flujo relati-vamente pequeños o a través de los pasajes de flujo pequeños y el pasaje de flujo grande.
10. 10. El método de la reivindicación 8, donde el flujo de fluido a través de los pasajes de flujo relativamente pequeños reduce la velocidad de flujo y el ruido generado por el flujo de fluido, y el flujo de fluido a través del pasaje de diámetro relativamente grande incrementa la velocidad de flujo.
11. 11. El método de la reivindicación 8 , comprendiendo además el paso de dirigir el fluido a través de algunos de los pasajes, hacia una cavidad, y a través de los demás pasajes para lograr reducción de presión en dos etapas.
12. 12. El método de la reivindicación 8, donde, durante el paso de hacer girar, la válvula dirige el fluido a través de los pasajes de flujo relativamente pequeños antes del pasaje de flujo relativamente grande.
13. 13. El método de la reivindicación 8, donde, en la posición totalmente abierta de la válvula, el fluido fluye a través de los pasajes relativamente pequeños y el pasaje de flujo re1ativamente grande .
14. 14. El método de la reivindicación 8, donde el paso de impedir comprende proporcionar una superficie de hoja de aire en el conducto corriente abajo de la válvula de esfera.