ES2232587T3 - Valvula reguladora de presion. - Google Patents

Abstract

Una válvula de regulación de la presión, destinada a controlar una presión de fluido de aguas arriba con respecto a una presión de referencia, mediante la regulación de la cantidad de fluido que se deja pasar a través de la válvula, la cual comprende un alojamiento (1) que tiene una abertura de entrada (2) de aguas arriba y una abertura de salida (3) de aguas abajo para el fluido, un elemento (5) sensible a la presión, destinado a detectar la diferencia de presiones entre la presión de aguas arriba y la presión de referencia, y un pistón regulador (7) cargado por un muelle o resorte, que se ha dispuesto, en cooperación con un asiento (8), para regular un paso de flujo (9) entre la abertura de entrada (2) y la abertura de salida (3), de tal manera que el pistón (7) está unido operativamente al elemento (5) sensible a la presión, caracterizada por que el pistón regulador (7) se ha dispuesto de forma deslizante por la parte exterior de un manguito de guía (10) que tiene aberturas (11) para elflujo de fluido desde el paso de flujo (9) hasta la abertura de salida (3), y por que la válvula comprende una cámara (15), definida entre una superficie de extremo (13) del manguito de guía (10) y una superficie de extremo interior (14) del pistón (7), así como un cuerpo piloto (16) que se encuentra acoplado mecánicamente al elemento (5) sensible a la presión y se ha dispuesto de modo que abre conductos (20, 23) para el suministro de fluido desde la abertura de entrada (2) a la cámara (15), o para el suministro de fluido desde la cámara (15) hasta la abertura de salida (3), dependiendo de la posición del cuerpo piloto (16) con respecto al pistón regulador (7), de tal modo que el pistón cambia su posición dependiendo del volumen de la cámara y, por consiguiente, en correspondencia precisa con la posición del elemento (5) sensible a la presión.

Description

Válvula reguladora de presión.

La invención se refiere a una válvula de regulación de la presión, destinada a controlar una presión de fluido de aguas arriba con respecto a una presión de referencia, mediante la regulación de la cantidad de fluido que se deja pasar a través de la válvula, la cual comprende un alojamiento que tiene una abertura de entrada de aguas arriba y una abertura de salida de aguas abajo para el fluido, un elemento sensible a la presión, destinado a detectar la diferencia de presiones entre la presión de aguas arriba y la presión de referencia, y un pistón de regulación cargado por un muelle o resorte, que se ha dispuesto en cooperación con un asiento para regular un paso de flujo entre la abertura de entrada y la abertura de salida, de tal manera que el pistón está unido operativamente al elemento sensible a la presión con el fin de cambiar su posición con respecto al asiento de acuerdo con la posición del elemento sensible a la presión.

La válvula de regulación de acuerdo con la invención ha sido desarrollada con el fin de ser capaz de mantener una diferencia de presiones definida entre un fluido de aguas arriba y otro fluido que tiene una presión inestable. Se ha desarrollado especialmente para el propósito de ser capaz de mantener una diferencia de presiones precisa entre dos fluidos que fluyen en cursos independientes en diafragmas de difusión de gas, diafragmas que son muy caros y no son capaces de tolerar que dicha diferencia de presiones exceda valores dados. Considerada generalmente, la invención es de aplicación en la mayoría de situaciones en las que es importante mantener una diferencia de presiones precisa entre fluidos, o bien mantener una presión constante en fluido en relación con una presión de referencia dada.

Un campo de utilización relevante para la válvula de regulación de la presión de acuerdo con la invención es el control de la diferencia de presiones a través de los diafragmas de difusión de gas que se utilizan para extraer el CO_{2} del gas natural. En aras de la simplicidad, la presente invención toma como punto de partida dicha aplicación. Lo lógico aquí es dejar que el gas natural represente la presión de referencia, de manera que el fluido controlado por la válvula de regulación de la presión sea, preferiblemente, un líquido (por ejemplo, amina) que tenga una gran capacidad de absorción del CO_{2}.

Con el fin de lograr una velocidad de difusión óptima, es necesario adaptar las dimensiones del diafragma de difusión de gas a la velocidad de flujo del gas natural y del líquido absorbente de CO_{2}, respectivamente. La velocidad de flujo del líquido se controla, preferiblemente, por medio de una bomba, teniendo cuidado, por medio de una válvula de regulación de la presión de acuerdo con la invención, de que el líquido, cuando pase a través del diafragma de difusión de gas, tenga una presión deseada con respecto al gas natural. De forma preferida, esto se realiza disponiendo una laminación o estrangulamiento en la conducción de líquido, aguas arriba del diafragma de difusión de gas, y disponiendo una válvula de regulación de la presión de acuerdo con la invención aguas abajo de este diafragma, a fin de controlar la resistencia al flujo de forma tal, que la presión del líquido en cualquier instante tenga un valor deseado.

En general, será lógico observar, junto a esto, que se establezca una presión de líquido deseada en la región comprendida entre una válvula de regulación de la presión y un estrangulamiento, de tal manera que el regulador controle el flujo pasante del fluido de modo que se alcance un nivel de presión deseado en esta región. En principio, es posible escoger disponer una válvula de regulación de la presión aguas arriba de dicho estrangulamiento. En tal caso, la válvula de regulación de la presión debe disponerse de modo que regule la presión de aguas abajo para que se mantenga en un valor deseado.

La presión del gas natural puede tener, típicamente, una magnitud de entre 70 y 100 bares. Los diafragmas de difusión de gas pueden soportar una presión total elevada, pero podrían resultar dañados si la diferencia de presiones entre el gas natural y la amina excediera de, por ejemplo, 0,7 bares. Con el fin de optimizar la difusión, es deseable que se establezca una cierta diferencia de presiones entre los dos fluidos. En consecuencia, es muy importante que dicha válvula de regulación de la presión funcione de manera óptima.

Existen en el mercado muchos tipos de reguladores que se construyen para llevar a cabo funciones de regulación correspondientes. La denominación genérica para estos reguladores es reguladores de presión de retroceso. Sin embargo, ninguno de los reguladores de los que se tiene conocimiento ha sido capaz de exhibir las propiedades deseadas por lo que respecta a proporcionar una regulación estable y suave de la presión, al mismo tiempo que conseguir corregir de una forma suficientemente rápida las desviaciones, de manera que se eviten los impulsos de presión que podrían dañar los costosos diafragmas de difusión de gas.

La función reguladora de un regulador de presión se verá siempre influida hasta cierto punto por las variaciones de la presión y del flujo, ya que dichas variaciones alteran la fuerza que ha de generarse para corregir las desviaciones.

Dados estos antecedentes, el objeto de la invención consiste en proporcionar una válvula de regulación de la presión que se encuentre libre de las desventajas anteriormente mencionadas, de manera que la válvula proporcione una regulación de la presión estable y suave, al mismo tiempo que es capaz de corregir de una forma suficientemente rápida las desviaciones, de modo que se eviten los peligrosos impulsos de presión, y en la que las variaciones de la presión y del flujo tengan una influencia particularmente pequeña en la función de regulación.

Con el fin de lograr el objeto anteriormente mencionado, se ha proporcionado una válvula de regulación de la presión del tipo establecido en la introducción, la cual, de acuerdo con la invención, se caracteriza por que el pistón regulador se ha dispuesto de forma deslizante por la parte exterior de un manguito de guía que tiene aberturas para el flujo de líquido desde el paso de flujo hasta la abertura de salida, y por que la válvula comprende una cámara definida entre una superficie de extremo del manguito de guía y una superficie de extremo interior del pistón, así como un cuerpo piloto que se encuentra acoplado mecánicamente al elemento sensible a la presión y se ha dispuesto de modo que abre conductos para el suministro de fluido desde la abertura de entrada a la cámara, o para el suministro de fluido desde la cámara hasta la abertura de salida, dependiendo de la posición del cuerpo piloto con respecto al pistón regulador, de tal modo que el pistón cambia su posición dependiendo del volumen de la cámara y, por tanto, en correspondencia precisa con la posición del elemento sensible a la presión.

Realizaciones ventajosas de la invención se establecen en las reivindicaciones dependientes.

La invención se describirá adicionalmente en lo que sigue en relación con realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos, en los cuales:

la Figura 1 muestra una vista en corte longitudinal de una realización preferida de la válvula de regulación de acuerdo con la invención;

las Figuras 2A y 2B muestran un segmento o porción del mecanismo de regulación de la válvula de la Figura 1, y muestran la función del cuerpo piloto en dos fases diferentes de la regulación; y

la Figura 3 muestra una porción aumentada de una parte del mecanismo de regulación en una realización en la cual el cuerpo piloto y el cuerpo de guía de la misma se han conformado con una forma tal, que la válvula carece prácticamente de fugas en la posición cerrada.

En la realización que se muestra en la Figura 1, la válvula de regulación se ilustra en una posición parcialmente abierta. La unidad de regulación está construida dentro de un alojamiento 1 que tiene una abertura de entrada de aguas arriba 2 y una abertura de salida de aguas abajo 3 para el fluido que ha de fluir a través de la válvula. Además, el alojamiento tiene una abertura de entrada adicional 4 para el gas de que se trate, por ejemplo, gas natural, como se ha mencionado en la introducción. La presión de este gas representa el valor de referencia de la válvula.

Como se pone de manifiesto en la Figura 1, se ha dispuesto un elemento sensible a la presión dentro del alojamiento 1, de tal manera que dicho elemento adopta, en la realización que se muestra, la forma de un diafragma 5 fijo en su periferia, destinado a detectar la diferencia de presiones entre la presión de aguas arriba, es decir, la presión del fluido en la abertura de entrada 2, y la presión de referencia. Como puede observarse, la cara inferior del diafragma 5 se encuentra bajo la acción de la presión del fluido, en tanto que la cara superior del diafragma está sometida a la acción de la presión de referencia y de la fuerza originada en un muelle o resorte 6 de carga previa o precarga, de tal modo que la magnitud de la fuerza de precarga del resorte determina el nivel de presión del fluido con respecto al gas natural.

En el alojamiento 1 se ha instalado adicionalmente un pistón regulador 7 cargado por resorte, el cual se ha dispuesto, en cooperación con un asiento 8, para regular un paso de flujo 9 entre la abertura de entrada 2 y la abertura de salida 3, de tal modo que el pistón 7 está unido operativamente al diafragma sensor 5, tal como se describirá adicionalmente más adelante. Como se muestra, el pistón regulador 7 se ha conformado como un cuerpo esencialmente con forma de copa, el cual se ha dispuesto de modo deslizante en el exterior de la porción de extremo superior de un manguito de guía 10 que se ha fijado en el alojamiento 1. El manguito de guía se ha dotado de aberturas 11 para el flujo del fluido desde el paso de flujo anular 9 hacia la abertura de salida 3, cuando el pistón 7 se eleva desde el asiento 8. Las aberturas 11 están constituidas por lumbreras dispuestas simétricamente en la pared del manguito, las cuales dirigen el fluido desde el paso de flujo 9 radialmente hacia el interior, en dirección al centro de la abertura de salida 3. El flujo de fluido se ilustra mediante flechas en la Figura 1.

En una cavidad anular existente entre el pistón 7 y el manguito de guía 10 se ha dispuesto un resorte 12 que proporciona dicha carga por resorte sobre el pistón y que trata en todo momento de presionar el pistón hacia abajo, contra el asiento 8.

Entre una superficie de extremo superior 13 del manguito de guía 10 y una superficie de extremo inferior o interior 14 del pistón 7, se ha proporcionado una cámara 15 que se ha dispuesto de forma que sea alimentada con fluido desde la abertura de entrada 2 y suministre fluido a la abertura de salida 3, dependiendo de las posiciones de un cuerpo piloto 16 que se encuentra acoplado mecánicamente con el diafragma sensor 5. El cuerpo piloto 16 consiste en un elemento cilíndrico alargado que está unido al diafragma 5 a través de una barra de accionamiento 17, y que se ha dispuesto de forma deslizante dentro de un ánima 18 que se extiende axialmente (véase la Figura 2) dentro de un cuerpo de guía 19 situado en el pistón regulador 7. El cuerpo piloto 16 y su cuerpo de guía 19 están soportados centralmente a través de dichas superficies de extremo 13 y 15, respectivamente del manguito de guía 10 y del pistón 7.

Como se muestra, entre una porción de superficie del cuerpo piloto 16 y una porción correspondiente del ánima 18 del cuerpo de guía 19, se ha dispuesto un conducto o paso anular 20 que se comunica con la cámara 15 a través de un conducto transversal 21 existente en el cuerpo de guía 19. Además, el cuerpo de guía 19 está dotado de un conducto longitudinal 22 en su parte superior y está provisto de un conducto transversal 23 en su extremo inferior, donde dichos conductos se han dispuesto de modo que se pongan en comunicación con el paso longitudinal 20 dependiendo de la posición del cuerpo piloto 16 con respecto al pistón 7.

En el cuerpo piloto 16 se ha dispuesto un conducto 24 de igualación de la presión, que se extiende axial y centralmente, el cual se comunica, por su extremo inferior, con la abertura de salida 3 de la válvula, y se comunica, por su extremo superior, con una cámara 25 dispuesta en el cuerpo de guía 19 y que forma una cavidad anular en torno a la barra de accionamiento 17, por detrás del cuerpo piloto 16. Este conducto procura que la cámara 25 tenga aproximadamente la misma presión que la abertura de salida 3, de tal manera que la presión de aguas abajo también ejerce su acción sobre la parte de la superficie de extremo del cuerpo piloto situada de cara a la cámara 25. La diferencia de presiones entre la presión de aguas arriba y la presión de aguas abajo tan solo influirá en realidad, por tanto, en el cuerpo piloto sobre un área que es igual al área en sección transversal de la barra de accionamiento 17. En consecuencia, el cuerpo piloto queda efectivamente equilibrado en presión.

En lo que sigue se proporcionará una descripción adicional del funcionamiento de la válvula de regulación.

El flujo del fluido que entra en la cámara 15 y sale de la misma se controla en todo instante mediante la posición del pistón regulador 7 con respecto al cuerpo piloto 16, el cual tiene, a su vez, su posición determinada por la posición del diafragma sensor 5. La posición del diafragma sensor viene determinada, a su vez, por la presión de aguas arriba del fluido en el alojamiento 1, en relación con la fuerza de tensión del resorte 6 y con la presión del gas natural que se encuentra en comunicación abierta con la abertura de entrada 4. En el caso de que la presión dentro del alojamiento exceda un valor deseado, se hará ascender inmediatamente el diafragma sensor y se tirará con él del cuerpo piloto 16, y, por tanto, del pistón 7, de tal manera que la presión del fluido sea corregida por el incremento del flujo de fluido. Como se ha mencionado anteriormente, la magnitud de la fuerza de tensión del resorte 6 determina el nivel de presión del fluido con respecto al gas natural.

El flujo de fluido a través de la válvula viene determinado por la posición del pistón 7 con respecto al asiento 8. Con el fin de desplazar el pistón con respecto al asiento, se requiere modificar el volumen de la cámara 15. Se tira del pistón alejándolo del asiento en la medida en que el cuerpo piloto 16 es alzado bajo la acción del diafragma sensor 5, de tal manera que se proporciona un recorrido para el suministro de fluido a la cámara 15 desde la abertura de entrada 2, a través del conducto 22 y, a continuación, a través del paso 20 y del conducto 21 (véase la Figura 2A). De una manera correspondiente, el pistón 7 es desplazado de vuelta hacia el asiento 8 cuando el cuerpo piloto 16 es empujado hacia abajo por el diafragma sensor 5, de tal manera que el fluido procedente de la cámara 15 es vertido hacia la abertura de salida 3 de la válvula a través del recorrido proporcionado desde la cámara, pasando por el conducto 21, el paso 20 y el conducto 23 (Figura 2B).

La Figura 2A muestra un segmento o porción aumentada del mecanismo de regulación que se ilustra en la Figura 1, en la situación en la que el cuerpo piloto 16 ha sido levantado por el diafragma sensor 5, de tal manera que el fluido es dirigido hacia el interior de la cámara 15, con la consecuencia de que el pistón 7 le sigue inmediatamente. La Figura 2B muestra, en correspondencia, una porción aumentada del mecanismo de regulación una vez que el cuerpo piloto 16 ha sido empujado hacia abajo de manera tal, que el fluido es vertido desde la cámara 15 hacia la abertura de salida 3 de la cámara, con la consecuencia de que el pistón regulador 7 se desplaza hacia la posición cerrada. El flujo del fluido en torno al cuerpo piloto 16 se ilustra mediante flechas. La conexión hidráulica entre el cuerpo piloto 16 y el pistón 7 es muy fuerte. Tan pronto como el cuerpo piloto se desplaza en una dirección, el pistón le seguirá de inmediato. En una situación de funcionamiento normal del regulador de presión, el diafragma sensor y, por tanto, el cuerpo piloto y el pistón regulador, encontrarán una posición de equilibrio, lo que implica que la cantidad de fluido en la cámara 15 sea aproximadamente estable, de modo que existirá un pequeño flujo de fluido permanente en el pequeño espacio de separación existente entre el cuerpo piloto 16 y el ánima 18 situada en el cuerpo de guía 19.

En la realización que se muestra en las Figuras 1 y 2 se ha escogido utilizar una obturación de metal con metal entre el pistón regulador 7 y el asiento 8. Las superficies de obturación pueden trabajarse o rectificarse de tal manera que la unión de obturación sea aproximadamente hermética a los gases. De manera alternativa, la junta de obturación anular 8 puede ser de un material blando. Como se ha mencionado anteriormente, existe un pequeño espacio de separación en la guía entre el cuerpo piloto 16 y el ánima 18, lo que implica que se producirá siempre un cierto flujo de fluido al lado del cuerpo piloto. Es posible, sin embargo, disponer una obturación de metal con metal o, alternativamente, una junta de obturación blanda, lo que hará que el flujo de fluido que pasa al lado del cuerpo piloto se interrumpa por completo cuando la válvula de regulación de la presión se desplace hacia la posición cerrada. Esto es necesario para tener la posibilidad de hacer la válvula de regulación de la presión absolutamente carente de fugas. En la Figura 3 se muestra una realización con dicha obturación, en la cual el cuerpo de guía 19 está dotado de un asiento 26 destinado a formar un cierre de obturación contra el cuerpo piloto 16.

Por medio del conducto 24 de igualación de la presión anteriormente mencionado, se logra que el cuerpo piloto 16 se equilibre eficazmente respecto a la presión. La válvula de regulación de la presión tiene, en consecuencia, la capacidad de mantener de una forma estable una presión deseada en el fluido que fluye a través de la válvula, en la cara inferior del diafragma sensor 5.

Claims (6)

1. Una válvula de regulación de la presión, destinada a controlar una presión de fluido de aguas arriba con respecto a una presión de referencia, mediante la regulación de la cantidad de fluido que se deja pasar a través de la válvula, la cual comprende un alojamiento (1) que tiene una abertura de entrada (2) de aguas arriba y una abertura de salida (3) de aguas abajo para el fluido, un elemento (5) sensible a la presión, destinado a detectar la diferencia de presiones entre la presión de aguas arriba y la presión de referencia, y un pistón regulador (7) cargado por un muelle o resorte, que se ha dispuesto, en cooperación con un asiento (8), para regular un paso de flujo (9) entre la abertura de entrada (2) y la abertura de salida (3), de tal manera que el pistón (7) está unido operativamente al elemento (5) sensible a la presión, caracterizada porque el pistón regulador (7) se ha dispuesto de forma deslizante por la parte exterior de un manguito de guía (10) que tiene aberturas (11) para el flujo de fluido desde el paso de flujo (9) hasta la abertura de salida (3), y por que la válvula comprende una cámara (15), definida entre una superficie de extremo (13) del manguito de guía (10) y una superficie de extremo interior (14) del pistón (7), así como un cuerpo piloto (16) que se encuentra acoplado mecánicamente al elemento (5) sensible a la presión y se ha dispuesto de modo que abre conductos (20, 23) para el suministro de fluido desde la abertura de entrada (2) a la cámara (15), o para el suministro de fluido desde la cámara (15) hasta la abertura de salida (3), dependiendo de la posición del cuerpo piloto (16) con respecto al pistón regulador (7), de tal modo que el pistón cambia su posición dependiendo del volumen de la cámara y, por consiguiente, en correspondencia precisa con la posición del elemento (5) sensible a la presión.

2. Una válvula de regulación de la presión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque las aberturas (11) del manguito de guía (10) están constituidas por lumbreras dispuestas simétricamente y que dirigen el fluido desde el paso de flujo (9) radialmente hacia el interior, en dirección al centro de la abertura de salida (3) de aguas abajo.

3. Una válvula de regulación de la presión de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, caracterizada porque el elemento (5) sensible a la presión está constituido por un diafragma, uno de cuyos lados está sometido a la acción de la presión del fluido de aguas abajo, y el otro de cuyos lados está sometido a la acción de la presión de referencia y de un muelle o resorte de precarga (6), de tal manera que el resorte de precarga determina el nivel de presión del fluido de aguas arriba con respecto a la presión de referencia.

4. Una válvula de regulación de la presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el cuerpo piloto (16) consiste en un elemento cilíndrico alargado que está unido al elemento (5) sensible a la presión por medio de una barra de accionamiento (17), y que se ha dispuesto de forma deslizante dentro de un cuerpo de guía (19) situado en el pistón regulador (7), habiéndose dispuesto un paso (20) a lo largo de una porción del cuerpo piloto (16), de tal modo que dicho paso se comunica con la cámara (15) y, con sus porciones de extremo, se ha dispuesto de modo que se lleve a comunicación de fluido con la abertura de entrada (2) y la abertura de salida (3), respectivamente, dependiendo de la posición del cuerpo piloto (16) con respecto al pistón regulador (7).

5. Una válvula de regulación de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque el cuerpo piloto (16) y el cuerpo de guía (19) del mismo son soportados centralmente a través de dichas superficies de extremo (14, 13) del pistón regulador (7) y del manguito de guía (10).

6. Una válvula de regulación de la presión de acuerdo con la reivindicación 4 ó la reivindicación 5, caracterizada porque el elemento cilíndrico del cuerpo piloto (16) está dotado de un conducto (24) de igualación de la presión, que se extiende axialmente, uno de cuyos extremos desemboca en la abertura de salida (3) de aguas abajo, y el otro de cuyos extremos se comunica con una cámara (25) existente en el cuerpo de guía (19) del pistón regulador (7), por detrás del cuerpo piloto (16), de tal manera que la diferencia de presiones entre las presiones de aguas arriba y de aguas abajo de la válvula actúa en el cuerpo piloto (16) únicamente sobre un área igual a la sección transversal de la barra de accionamiento (17) del cuerpo piloto.