ES2214687T3 - Rotor de valvula recubierto de plastico y metodo de fabricacion del mismo. - Google Patents
Rotor de valvula recubierto de plastico y metodo de fabricacion del mismo.Info
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Abstract
SE PRESENTA UN METODO PARA FABRICAR UN ROTOR DE VALVULA (30) CON UNA SUPERFICIE DE BAJA FRICCION, RESISTENTE AL DESGASTE, EN DONDE SE FORMA UN DISCO (42) QUE TIENE BORDES ANGULADOS (56, 58) Y UNA FORMA QUE SE CORRESPONDE CON AL SUPERFICIE DEL ROTOR A PARTIR DE UNA LAMINA DE POLITETRAFLUOROETILENO (PTFE). EL DISCO (42) SE COLOCA EN EL FONDO DE UNA CAVIDAD DE UN MOLDE (68), Y SE INYECTA UN MATERIAL DE PLASTICO EN EL MOLDE. EL PLASTICO LLENA LA CAVIDAD DEL MOLDE (68) QUE RODEA Y QUE CUBRE LOS BORDES ANGULADOS (56, 58) DEL DISCO. UNA VEZ ENDURECIDO, EL PLASTICO SE TRABA JUNTO CON LOS BORDES ANGULADOS DEL DISCO DE PTFE. EN UNA REALIZACION PREFERIDA, SE MUESTRA UN METODO DE FABRICACION DE UN ROTOR DE UNA VALVULA DE TRATAMIENTO DE AGUA CON UNA SUPERFICIE DE REVESTIMIENTO DE PTFE.
Description
Rotor de válvula recubierto de plástico y método
de fabricación del mismo.
La presente invención se refiere en general a un
rotor de válvula con una superficie plástica resistente al desgaste,
de baja fricción, y a un método para fabricar el rotor de válvula.
Más particularmente, la invención se refiere a una válvula de
tratamiento de agua y a un rotor de válvula con una superficie
selladora giratoria resistente al desgaste, de baja fricción, y a un
método de fabricación del rotor de válvula.
Los sistemas de manipulación de fluidos y otros
sistemas de válvulas para fluidos incluyen una válvula que tiene un
rotor. Frecuentemente el rotor incluye un disco plástico con varias
aberturas. Cuando el rotor de disco gira, las diversas aberturas
controlan el flujo del fluido a través de la válvula.
Típicamente, un motor eléctrico está acoplado al
rotor para proporcionar el movimiento giratorio del rotor. Se
utiliza un control de motor para controlar la activación del motor
según lo requiera el sistema. El tamaño del motor viene determinado
por varios factores que incluyen la carga de rotación del rotor y el
par de arranque necesario para iniciar el giro del rotor a partir de
una posición de reposo. El par de arranque necesario depende, en
parte, de la fricción de la superficie giratoria del disco y de las
fuerzas de accionamiento excéntricas aplicadas al rotor durante el
giro, las cuales tienden a levantar, o inclinar, el rotor,
provocando una fuerte tensión. Por esta razón es deseable
proporcionar un rotor de disco que tenga una superficie de baja
fricción.
Dado que los sistemas de manipulación de fluidos
presentan frecuentemente una vida útil prolongada, surge la
posibilidad de la acumulación de contaminantes (cal, hierro,
herrumbre, etcétera) en el disco, produciendo una superficie rugosa
que aumenta el coeficiente de fricción. La combinación de las
aberturas del rotor y la superficie contaminada del disco tienden a
desplazar y también desgastar las juntas de caucho fijas acopladas
al disco giratorio.
Varios sistemas de la técnica anterior han
tratado el tema de las superficies de baja fricción, así como la
mejora de otras propiedades de las piezas componentes.
En varios sistemas de manipulación de fluidos en
los que se producen presiones y temperaturas elevadas, existe una
demanda de piezas componentes con unas propiedades mejoradas de
presión y de resistencia al calor. El aumento de la variedad de
productos químicos y líquidos que se encuentran en los sistemas de
manipulación de fluidos ha creado una mayor necesidad de piezas
componentes resistentes a la corrosión. Uno de los métodos conocidos
para mejorar la resistencia a la corrosión y al desgaste de los
componentes es la cubrición de la superficie de los componentes del
sistema con un recubrimiento de un material adecuado.
En el pasado se ha utilizado una variedad de
materiales como recubrimientos resistentes a la corrosión,
incluyendo politetrafluoroetileno (PTFE) y otros polímeros de
fluorocarburo. El PTFE, conocido también con la marca comercial
Teflon, se utiliza en la protección y mejora de propiedades de
varias unidades componentes, tales como válvulas de control de
líquidos y los componentes de las mismas. En forma de una resina en
polvo, el PTFE se puede moldear en láminas y con otras formas, o
directamente en una pieza acabada de un producto. Las láminas,
barras, u otras formas de PTFE moldeado por compactación se utilizan
para crear muchos artículos útiles que aprovechan su naturaleza
químicamente impermeable y el bajo coeficiente de fricción.
Las válvulas y los componentes de las válvulas
que utilizan dicho material como forro o recubrimiento se han
descrito o sugerido, por ejemplo, en la patente de Estados Unidos
n.º 3.537.700, la cual da a conocer un recubrimiento resistente a la
corrosión formado sobre el miembro de base mediante compactación
isostática utilizando polvo de PTFE polimérico granular, y a
continuación se retira y se calienta a una temperatura superior al
punto de gelificación del PTFE. El proceso es costoso, y el
recubrimiento no es fiable cuando se utiliza con presión y a
temperaturas elevadas. Los métodos actuales de recubrimiento de
artículos moldeados con polímeros sin adhesivos también resultan
insatisfactorios. Frecuentemente la unión entre el recubrimiento y
la superficie del artículo es inconsistente, dando como resultado la
separación del recubrimiento con respecto al artículo moldeado.
La patente USA n.º 5.295.520 da a conocer una
válvula de superficie giratoria que se ha utilizado en llenadoras de
envases de bebidas de tipo carrusel. Dentro del cuerpo está
posicionado un disco de Teflon que proporciona la superficie
selladora dinámica a la que se acoplará el rotor de válvula. Un
resorte ajustable proporciona una fuerza impulsora que empuja el
rotor contra el disco. Unos conductos formados en el cuerpo de la
válvula y el disco de Teflon se comunican con las diversas líneas y
una tobera y colaboran con unos conductos de conexión en el rotor de
válvula.
La patente USA n.º 5.296.183 da a conocer un
método, particularmente para moldear conjuntamente un recubrimiento
potenciador de propiedades y artículos compuestos, el cual se
proporciona aplicando el recubrimiento, tal como Teflon, a un
sustrato portador formado y perfilado, el cual se coloca en el
molde. Se inyecta plástico en el molde de tal manera que el plástico
se infiltra en las irregularidades de la superficie de recubrimiento
durante el moldeo y por lo tanto obtura el recubrimiento con
respecto a la pieza después del curado.
En la patente USA n.º 4.172.112 se describe un
método para fabricar un disco de válvula de un material de polvo de
resina sintética. El método incluye el moldeo por presión de dos
segmentos de cubrición del disco de válvula a partir de una resina
de tetrafluoroetileno, el moldeo de los segmentos formados con un
núcleo de tipo disco, realizado anteriormente, entre ellos bajo una
presión elevada, y a continuación el calentamiento de los segmentos
del disco de válvula los cuales se han compactado y unido
íntegramente con el núcleo. Este método es complicado, requiere un
equipo de moldeo de alta presión oneroso, y puede ser eficaz
únicamente cuando se requiere un artículo completamente recubierto
de una configuración complicada.
Es un objetivo de la presente invención
proporcionar un rotor de válvula que comprende un disco de rotor
realizado con material plástico y un disco de cubrición con una
estructura de obturación mejorada.
Es otro objetivo de la presente invención reducir
los costes de fabricación de un sistema de manipulación de fluidos
que tiene una válvula de fluidos accionada por motor.
Es otro objetivo de la presente invención reducir
el requisito de salida del par de un motor eléctrico en un sistema
de manipulación de fluidos.
Es todavía otro objetivo de la presente invención
proporcionar una válvula de manipulación de fluidos que tiene un
rotor de disco con características de par de arranque mejoradas y
una vida útil del producto más prolongada.
Todavía otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un rotor de válvula con posibilidad de montaje
posterior que tiene características de par de arranque
mejoradas.
Aún otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un método para aplicar recubrimientos sin adhesivos, de
baja fricción, resistentes al desgaste, a un rotor de válvula
moldeado.
Es todavía otro objetivo proporcionar un método
de fabricación para incorporar un recubrimiento de baja fricción,
resistente al desgaste, en una válvula para reducir las etapas de
producción y minimizar los costes.
Estos objetivo, características y ventajas de la
presente invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente
descripción cuando se considere conjuntamente con los dibujos
adjuntos, los cuales ilustran una realización preferente de la
presente invención.
La presente invención proporciona un método de
fabricación de un rotor de válvula según se expone en la
reivindicación 1.
La invención proporciona además un rotor de
válvula según se expone en la reivindicación 6, y una válvula
giratoria según se expone en la reivindicación 10.
En la realización mostrada de un rotor, según la
presente invención, el rotor está dotado de un disco de rotor que
tiene una forma y conductos que son compatibles con discos de rotor
de la técnica anterior. Por esta razón, el presente rotor se puede
sustituir como rotor de recambio para las válvulas existentes de la
técnica anterior sin ninguna modificación sustancial. La utilización
de un disco de Teflon reduce el coeficiente de fricción y la
acumulación de contaminantes. Los resultados experimentales han
mostrado significativamente una reducción del 50% en el par de
arranque en la transformación de una superficie deslizante plástica
en una superficie deslizante de Teflon para un disco de rotor. La
reducción en el par de arranque proporciona la ventaja de que se
puede utilizar un motor de tamaño y costes reducidos.
A continuación se describe la presente invención
haciendo referencia a los siguientes dibujos, los cuales muestran la
realización preferente de la invención:
la figura 1 es una vista explosionada que muestra
un conjunto de válvula giratoria según la presente invención.
La figura 2 es una vista en sección transversal
de un rotor de válvula mostrado en la figura 1 con un disco de rotor
fijado que tiene una superficie giratoria de baja fricción,
resistente al desgaste, según la presente invención.
La figura 3 es una vista en planta del disco de
rotor de la presente invención.
La figura 4 es una vista en planta de un disco de
politetrafluoroetileno del disco de rotor, que proporciona la
superficie giratoria del rotor de válvula.
La figura 5 es una vista lateral del disco de
politetrafluoroetileno de la figura 2.
La figura 6 es una vista ampliada de un borde
biselado o en ángulo del disco de las figuras 4 y 5.
La figura 7 es una vista en sección de un disco
de rotor según la presente invención.
La figura 8 es una vista en sección transversal
de un molde por inyección y del disco de politetrafluoroetileno,
siendo el molde en el proceso de inyección del material fluíble
según la presente invención.
La figura 9 es una vista explosionada del molde
por inyección con un disco de politetrafluoroetileno insertado antes
de la inyección del material fluíble según la presente
invención.
La figura 10 es una vista en planta de una lámina
de politetrafluoroetileno.
En la figura 1 se ilustra un conjunto (10) de una
válvula giratoria para el tratamiento de agua, la cual incluye un
cuerpo (12) de válvula con una entrada (14), una salida (16), una
cámara (18) de válvula, una tapa (20) de válvula, y un rotor
(30).
Tal como se muestra mejor en la figura 2 y la
figura 3, el rotor (30) incluye una base (32) con aberturas de flujo
(34), un árbol (36) que se extienden desde la base (32), y un disco
(38) de rotor fijado a la base (32) para formar una superficie
giratoria (40) de baja fricción. El disco (38) de rotor comprende un
disco (42) de Teflon en acoplamiento mutuo con un disco plástico
moldeado (44) que tiene conductos (46), los cuales se corresponden
con las aberturas de flujo (34) en la base (32) del rotor. El disco
plástico moldeado (44) está dotado de un reborde angular (48) que se
extiende a lo largo del perímetro, y bordes en ángulo (50) que
rodean a los conductos (46). La figura 4 muestra el disco (42) de
Teflon el cual se recortó a partir de una lámina de Teflon (52) (ver
figura 10). El grosor de la lámina (52) de Teflon está comprendido
entre 0,038 cm (0,015 pulgadas) y 0,15 cm (0,060 pulgadas). Una
superficie (54) de la lámina de Teflon se puede tratar previamente
con un reactivo para ataque químico y una capa de imprimación. El
troquel recortador (no mostrado) corta la lámina de Teflon de tal
manera que forma un borde (56) del perímetro biselado o en ángulo y
unos bordes (58) de los conductos biselados o en ángulo tal como
puede verse mejor en las figuras 4 y 5. El ángulo de corte \alpha
se muestra en las figuras 5 y 6, en las que la referencia (60) es la
superficie tratada previamente del disco (42). Los conductos (62)
del disco (42) de Teflon mostrados en la figura 4 se corresponden
con los conductos (46) del disco plástico moldeado (44), aunque son
mayores para permitir que el reborde (48) y los bordes (50) del
disco plástico moldeado (44) se cierren con los bordes
correspondientes (56) y (58) en ángulo del disco (42) de Teflon, tal
como se muestra en la figura 7. El disco (38) de rotor fabricado con
el método de la presente invención se muestra en la figura 3. El
disco (38) de rotor incluye una superficie (40) de Teflon, un
reborde angular (48), y conductos (46) rodeados con bordes plásticos
moldeados (50). La otra superficie (64) del disco (38) de rotor se
realiza con plástico y, tal como se muestra en la figura 2, está
fijada a la base (32) del rotor (30) por una capa de cemento
(66).
A continuación se realizará una descripción del
método de fabricación del rotor (30) de la presente invención
haciendo referencia a las figuras 8 a 10.
La superficie giratoria del rotor según la
presente invención se forma a partir de la lámina (52) de
politetrafluoroetileno, o Teflon. Para proporcionar una tenacidad y
una durabilidad óptimas, el grosor de la lámina de Teflon (52)
debería estar comprendido entre 0,038 cm (0,015 pulgadas) y 0,15 cm
(0,060 pulgadas). Una cara (54) de la lámina (52) de Teflon se puede
tratar previamente con un reactivo para ataque químico y una capa de
imprimación. Un ejemplo de una capa de imprimación de
politetrafluoroetileno que se puede utilizar es la Dupont Teflon
Primer
852-201. Utilizando un troquel recortador (no mostrado), el disco (42) de Teflon de la configuración requerida se recorta de la lámina (52) de Teflon de tal manera que todos los bordes (56), (58), del disco (42), incluyendo los correspondientes al perímetro y a los conductos (62), quedan inclinados hacia adentro separándose de la superficie tratada previamente (60) proporcionando un ángulo de corte \alpha, tal como se muestra mejor en las figuras 5 y 6.
852-201. Utilizando un troquel recortador (no mostrado), el disco (42) de Teflon de la configuración requerida se recorta de la lámina (52) de Teflon de tal manera que todos los bordes (56), (58), del disco (42), incluyendo los correspondientes al perímetro y a los conductos (62), quedan inclinados hacia adentro separándose de la superficie tratada previamente (60) proporcionando un ángulo de corte \alpha, tal como se muestra mejor en las figuras 5 y 6.
A continuación el disco (42) de Teflon se coloca
en el fondo de la cavidad (68) de una primera parte (70) de un molde
(72) de inyección proporcionado con la superficie tratada
previamente (60) (si es que es aplicable) encarada hacia fuera. Por
razones de orientación, el disco (42) de Teflon está dotado de tres
agujeros (74) mantenidos en una dimensión de tolerancia restringida
de manera que, cuando se inserta en el molde (72), el disco (42) de
Teflon tiene la posición adecuada. Se hace que la primera parte (70)
entre en acoplamiento con una segunda parte o tapa (76), y se
inyecta un plástico fluíble a través de la entrada (78) para llenar
la cavidad (68) del molde. El plástico fluíble puede ser cualquier
material moldeado termoplástico, preferentemente de alta
resistencia, tal como Noryl o ABS. La tapa (76) está construida con
aproximadamente veintiuna puntas (80) colocadas estratégicamente,
ejemplos de las cuales de muestran en las figuras 8 y 9. La función
de las puntas (80) es mantener el disco (42) de Teflon contra el
fondo (82) de la cavidad (68) del molde, de manera que el plástico
inyectado no fluya sobre la superficie giratoria (40) del disco (42)
de Teflon. La entrada (78) se proporciona sobre el disco (42) de
Teflon para reducir adicionalmente la posibilidad de que el plástico
moldeado inyectado fluya entre la superficie giratoria (40) del
disco y la primera parte (70) del molde (72). Los conductos (62) del
disco (42) de Teflon son mayores que los correspondientes al disco
plástico moldeado (46). El efecto de esto es permitir que el
plástico fundido cubra totalmente los bordes de los conductos (62)
del disco de Teflon. Después de la solidificación, el plástico forma
los bordes en ángulo elevados (50) que rodean los conductos (46).
Estos bordes (50) junto con el reborde angular (48) formado a lo
largo del perímetro, bloquean mecánicamente el disco (42) de Teflon
gracias al ángulo de corte. El disco (38) de rotor combinado se
retira del molde. La cara del disco (38) de rotor que tiene el disco
plástico moldeado (44) se fija a la base (32) del rotor con una capa
de cemento, cola, u otro compuesto (66). Como alternativa, el disco
(38) de rotor se une por fusión a la base (32) del rotor. En este
caso, la base (32) del rotor se realiza preferentemente con un
material plástico rellenado con vidrio para proporcionar una mayor
resistencia de unión. La cara del disco (38) de rotor que tiene el
disco (42) de Teflon proporciona la superficie giratoria (40) para
el rotor (30).
Haciendo referencia a la figura 1, la válvula
giratoria de la presente invención incluye además las paredes (92)
de las cámaras que forman las cámaras (18) de la válvula. Las
paredes (92) de las cámaras incluyen una ranura (94) para recibir
una junta (96) de caucho. Una tira plástica (98) de desgaste es
recibida también por la ranura (94) encima de la junta (96) de
caucho para reducir la probabilidad de que el disco (42) ejerza un
efecto de cuña sobre la junta (96) de caucho sacándola de la ranura
(94), y para reducir la acumulación de contaminantes en el disco
(42). La tira plástica (98) de desgaste se puede realizar con un
polietileno de alta densidad, o se puede realizar con un
fluorocarburo tal como Teflon.
La válvula giratoria incluye además un pistón
(100) de cierre de seguridad colocado en una de las cámaras (18). El
pistón (100) es impulsado hacia afuera con respecto a una cámara
(18) por medio de un resorte (102). El pistón (100) está diseñado de
manera que bloquea uno de los conductos (circulares) (46) en el caso
de que la válvula se estropeara, si el pistón (100) y un conducto
(46) se alinearan, para evitar un desbordamiento. Para reducir la
fricción y los contaminantes, el pistón (100) incluye una parte
rebajada (104), la cual recibe un disco (106) de pistón de
Teflon.
La descripción y los dibujos anteriores se
proporcionaron únicamente con fines ilustrativos. Debería entenderse
que la invención no se limita a las realizaciones dadas a conocer,
sino que pretende abarcar todas y cada una de las alternativas,
equivalentes, modificaciones, y reestructuraciones de elementos que
queden incluidas dentro de la invención según se define en las
reivindicaciones.
Claims (13)
1. Método de fabricación de un rotor (30) de
válvula con una superficie giratoria de baja fricción, resistente al
desgaste, que comprende:
la obtención de un disco (42) formado a partir de
un polímero de fluorocarburo, presentando el disco una forma y un
borde que se corresponden con la superficie giratoria del rotor de
válvula, el disco (42) está formado de manera que tiene un borde
(56) que está en ángulo con respecto al eje del disco;
la colocación del disco en el fondo de una
cavidad (68) de un molde (72) de inyección, en el que el disco se
coloca en la cavidad del molde con el borde (56) en ángulo
extendiéndose hacia adentro en dirección al fondo de la cavidad;
la inyección de material plástico fluíble en el
molde de tal manera que el material llena una parte de la cavidad
(68) del molde, sustancialmente por encima moldeando una cara del
disco (42) y rodeando y cubriendo el borde del disco;
la solidificación del material para acoplarse al
disco y para formar un disco (38) de rotor recubierto;
la extracción del disco (38) de rotor del molde
(72); y
la fijación del disco (38) de rotor a una base
(32) del rotor (30) de válvula con el disco (42) encarado hacia
afuera y proporcionando la superficie giratoria.
2. Método de fabricación del rotor de válvula,
según se define en la reivindicación 1, en el que el polímero de
fluorocarburo es politetrafluoroetileno.
3. Método de fabricación del rotor de válvula,
según se define en la reivindicación 1, en el que el disco (42)
incluye por lo menos un conducto (62) que tiene un borde (58) de
conducto en ángulo, y la etapa de inyección de material fluíble
incluye sustancialmente el rodeo y la cubrición del borde (58) del
conducto en ángulo.
4. Método de fabricación del rotor de válvula,
según se define en la reivindicación 1, en el que, antes de la
inyección del material fluíble en el molde (72), el disco (48) se
retiene contra el fondo de la cavidad (68) del molde a través de
unos medios (80) de retención para evitar que el material fluya
entre el disco (42) y el fondo de la cavidad (68) del molde.
5. Método de fabricación del rotor de válvula,
según se define en la reivindicación 1, en el que al material
fluíble se inyecta desde encima del disco (42) colocado en el fondo
de la cavidad (68).
6. Rotor destinado a funcionar en una válvula
giratoria que comprende:
una base (32) con aberturas de flujo (34),
presentando la base (32) un primer disco (44) y un segundo disco
(42), estando asegurado el primer disco (44) a la base (32) y
estando formado a partir de un material plástico y presentando unos
conductos (46) que se corresponde con las aberturas de flujo (34) de
la base (32), y estando formado el segundo disco (42) a partir de un
material polimérico que tiene una forma que se corresponde con el
primer disco (44), incluyendo unos conductos (62) que se
corresponden con las aberturas de flujo (34) de la base (32);
un árbol o eje (36) que se extiende desde la base
(32); y
caracterizado por medios para bloquear el
primer disco (44) con el segundo disco (42), en los que los medios
de bloqueo incluyen un borde (56) del segundo disco (42) en ángulo
hacia adentro separándose del primer disco (44), estando el borde
(56) del segundo disco (42) en acoplamiento complementario y de
bloqueo con un borde correspondiente (48) en ángulo de un reborde
que se extiende a lo largo de una parte del perímetro del primer
disco (44).
7. Rotor, según la reivindicación 6, en el que el
segundo disco (42) se forma a partir de politetrafluoroetileno.
8. Rotor, según la reivindicación 6, en el que
los medios de bloqueo incluyen bordes (58) en ángulo formados a lo
largo de los conductos (62) del segundo disco (42) en acoplamiento
complementario con bordes en ángulo elevados que rodean los
conductos (46) del primer disco (44).
9. Rotor, según la reivindicación 8, en el que
las dimensiones de los conductos (62) en el segundo disco (42) son
mayores que las dimensiones de los conductos (46) en el primer disco
(44), siendo la diferencia de las dimensiones sustancialmente igual
a la anchura de los bordes.
10. Válvula giratoria que comprende:
un receptáculo (12) de válvula;
un rotor (30) recibido por el receptáculo (12) de
válvula,
una tapa (20) de válvula fijable en el
receptáculo (12) de válvula,
en la que dicho rotor se define según cualquiera
de las reivindicaciones 6 a 9.
11. Válvula giratoria, según la reivindicación
10, en la que el receptáculo (12) de válvula incluye por lo menos
una cámara (18) de válvula que tiene una pared de válvula,
presentando el borde de la pared (92) de la cámara una ranura (94),
una junta (96) de caucho recibida por la ranura (94), y una tira
plástica (98) de desgaste recibida en la ranura (94) encima de la
junta (96) de caucho, con lo cual el segundo disco (42) está en
acoplamiento giratorio con la tira plástica (98) de desgaste.
12. Válvula giratoria, según la reivindicación
11, en la que la tira (98) de desgaste se realiza con un polietileno
de alta densidad.
13. Válvula giratoria, según la reivindicación
11, que comprende además un pistón (100) de cierre de seguridad
colocado en, como mínimo, una de las cámaras (18) de válvula,
presentando el pistón (100) de cierre de seguridad una parte
rebajada (104) para recibir un disco (106) de pistón realizado con
politetrafluoroetileno, con lo cual el segundo disco (42) está en
acoplamiento giratorio con el disco (106) de pistón.
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