ES2272889T3 - Combinacion de valvulas. - Google Patents
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Abstract
Combinación de válvulas para una unidad de mando hidráulica regulable y silenciosa, compuesta por una balanza de presión, una válvula de retención de carga y por una vál- vula proporcional, cuyos pistones están ubicados axialmente de forma desplazable en taladros de una o varias carcasas que contienen los recintos de alimentación y evacuación, estando la válvula proporcional (2) equipada con un pistón hueco (5) y estando la válvula de retención de carga (3) y la balanza de presión (1) equipadas con pistones (4) con pilas de discos laminares (6) para la supresión de la parte principal del ex- cedente de energía y estando los segmentos de unión de flui- dos en los pistones de la balanza de presión (1) y de la válvula de retención de carga (2) compuestos por el lado de evacuación por un gran número de ranuras situadas radial- y perpendicularmente al eje del pistón y por el lado de alimen- tación están compuestos por canales axiales dispuestos excén- tricamente.
Description
Combinación de válvulas.
Este invento hace referencia a una combinación
de válvulas para una unidad de mando hidráulica regulable y
silenciosa, según el concepto general de la reivindicación 1,
especialmente para la regulación silenciosa de velocidad del caudal
de flujo de medios líquidos de accionamientos hidráulicos, por
ejemplo cilindros y motores, con presiones de carga de gran
fluctuación en los consumidores y con presiones de sistema de gran
fluctuación, por ejemplo en instalaciones de almacenamiento. Esta
combinación de válvulas es apta especialmente para instalaciones
mecánicas de barcos y otras instalaciones hidráulicas similares.
Este invento parte de válvulas de mando
generalmente conocidas, en las que un pistón o una compuerta son
desplazables en un taladro cilíndrico de una carcasa, donde se unen
o se separan los recintos de alimentación y evacuación ubicados en
la carcasa. Para la regulación de la velocidad se utilizan
generalmente válvulas proporcionales con una balanza de presión y
en algunos casos en combinación con una válvula de retención de
carga. Este tipo de válvula se la conoce a través de la patente DE
195 47 687.
En el caso de que un cilindro funcione con una
presión de carga reducida y al mismo tiempo con una elevada presión
de sistema, se deber estrangular la sobreoferta de energía, de modo
que el caudal de flujo en la válvula proporcional de mando
permanezca constante a pesar de una presión de diferencia variable.
El estrangulamiento de la sobreoferta de energía se efectúa en los
bordes de mando de la balanza de presión y, de ser necesario, en
los bordes de mando de la válvula de retención de carga, siendo
especialmente desvantajoso, que en estos bordes de mando se
presente una considerable emisión de ruido, mientras más alta sea,
mayor será la diferencia entre presión de sistema y presión de
carga.
Por la patente EP 0 902 194 A1 se conoce también
una combinación de válvulas que está compuesta por una válvula
proporcional y por una válvula de retención de carga.
En la patente EP 0 253 322 B1 se describe una
válvula proporcional silenciosa en la que la reducción de energía
se efectúa en el pistón de discos de la válvula proporcional.
Otra válvula de este tipo se la conoce a través
de la patente US 3 880 399. Debido al flujo laminar que se presenta
en las pilas de discos laminares, el caudal de flujo tiene una
fuerte dependencia del grado de viscosidad.
Debido a que el pistón de la válvula se adapta
en una posición determinada por el flujo de rumbo y por consiguiente
también a una sección transversal de flujo fija predeterminada, en
caso de relaciones variables de presión de carga y de sistema y
también en el caso de variaciones de viscosidad producidas por
fluctuaciones de temperatura, se producen también imperativamente
diferentes caudales de flujo. Además, en casos variables de
aplicación (por ejemplo: aplicación del consumidor con presión de
carga o de sistema divergente) es necesaria la utilización de un
pistón especial o se tiene que modificar el ajuste eléctrico de la
válvula proporcional. Si para conseguir la capacidad de regulación
de esta válvula se tiene que preactivar una balanza de presión en el
modelo de fabricación conocido hasta ahora (figura 7), la mayor
parte de la reducción de energía se efectúa otra vez bajo un fuerte
desarrollo de ruido en la balanza de presión, mientras que el efecto
reductor de ruido de los discos laminares se limita a una mínima
diferencia de presión residual.
La tarea de este invento consiste en mejorar las
soluciones conocidas según el estado actual de la técnica, teniendo
en cuenta que ha sido necesario desarrollar una combinación de
válvulas que posibilita regular y funcionar silenciosamente,
accionamientos hidráulicos como por ejemplo cilindros y motores,
sometidos también presiones a carga de gran fluctuación en los
consumidores y con presiones de sistema de gran fluctuación, por
ejemplo en instalaciones de almacenamiento. En este caso, depende de
configurar la reducción de energía de modo que por una parte se
consiga el efecto reductor de ruidos en el punto de mayor reducción
de energía y por otra parte que la válvula proporcional trabaje
independientemente del grado de viscosidad. El fundamento para ello
son, al fin y al cabo, las extremas y elevadas exigencias en la
fabricación de submarinos, con el deseo de moverse bajo el agua sin
hacer casi ningún ruido (libre de rastro), teniendo en cuenta sobre
todo que la carencia de ruidos es un criterio fundamental para un
submarino. Según este invento, esta tarea se soluciona mediante las
características de la reivindicación 1. Otras características
ventajosas de este invento están comprendidas en las respectivas
reivindicaciones 2 a 12.
La combinación de válvulas presente consta de
una balanza de presión, una válvula de retención de carga y de una
válvula proporcional cuyos pistones están ubicados axialmente de
forma desplazable en taladros de una o varias carcasas que
contienen los recintos de alimentación y evacuación. La válvula
proporcional según este invento está, equipada con un pistón hueco
y la válvula de retención de carga y la balanza de presión están
equipadas con pistones provistos de pilas de discos laminares para
la supresión de la parte principal del excedente de energía. En
este caso es especialmente importante que los segmentos de unión de
fluidos en los pistones de la balanza de presión y de la válvula de
retención de carga por el lado de evacuación estén compuestos por
un gran número de ranuras situadas radial- y perpendicularmente al
eje del pistón y que estén compuestos, por el lado de alimentación
por canales axiales dispuestos excéntricamente. En este caso, el
medio en los pistones de la balanza de presión y en la válvula de
retención de carga del recinto de alimentación entra a través de
taladros axiales dispuestos en pilas de discos laminares y sale
radialmente a través de las ranuras en el recinto de evacuación.
Mediante la combinación, según este invento compuesto por pistones
huecos y pistones de discos laminares se consigue que la reducción
de energía se realice de tal modo que por una parte se consiga el
efecto reductor de ruidos de los discos laminares en el punto de
mayor reducción de energía, precisamente en la balanza de presión y
en la válvula de retención de carga y por otra parte que la válvula
proporcional regulada con una pequeña supresión de energía
residual, trabaje independientemente del grado de viscosidad que
posiblemente puede variar. La válvula proporcional conocida según el
estado actual de la técnica con pistón de discos, es silenciosa
pero no así regulable. Mediante una combinación de válvulas se
consiguió que se pueda regular, pero aquí no se tuvo en cuenta la
reducción de ruidos. Con este invento se presenta un calibre que
posibilita un efecto reductor de ruidos para las diferentes tareas
de mando y regulación. Con esta combinación de válvulas según el
presente invento se cubre todo el área respecto a las modificaciones
de viscosidad y presión. Otra gran ventaja del presente invento
consiste en que el mando y la regulación de los accionamientos se
pueden realizar de la forma más silenciosa posible y totalmente
independiente de las diferentes condiciones medioambientales que
afectan a los accionamientos hidráulicos que atraen hacia sí otras
fuerzas de ajuste respectivamente y con independencia de los
niveles de presión que ejercen en ese momento, en la instalación de
almacenamiento del sistema hidráulico (se presupone una presión
mínima necesaria). Todo esto se consigue equipando la balanza de
presión y la válvula de retención de carga con discos laminares,
teniendo en cuenta que la reducción de presión entre cada uno de
los discos no se efectúa en la salida. El propósito de lograr la
menor emisión de ruido posible simultáneamente con el flujo de
presión regulado se consigue sólo en situaciones determinadas. Esto
se logra sólo si, tanto la presión de carga necesaria que requiere
el cilindro regulador como también la presión en el sistema
hidráulico, adoptan el "punto ideal", lo que en la práctica no
ocurre casi nunca. El resultado es que la emisión de ruido es
considerablemente más elevada que la que se consigue con el presente
invento.
En un modelo preferente de este invento, los
canales axiales de los discos se forman a través de diferentes
taladros sobre diámetros primitivos y las ranuras radiales de salida
dispuestas perpendicularmente en relación al eje del pistón, se
pueden configurar tornando el espesor de los discos hasta ajustarse
a la parte interna de los taladros de ancho idéntico o variable.
El ancho de la ranura se puede producir y/o
variar a través de discos de distancia situados entre discos sin
tornear. Las ranuras radiales de salida dispuestas
perpendicularmente en relación al eje del pistón se pueden
configurar con idéntico o variable ancho mediante fresados, hasta
ajustarse a los taladros.
La pila de discos tiene según las exigencias a
la característica, idéntico o también diferentes anchos de ranura
entre los discos.
La suma de todas las secciones transversales en
la pila de discos laminares posibilita un flujo laminar del medio,
donde la caída de presión no se efectúa en la transición de la
ranura hacia el recinto de evacuación, sino más bien en las ranuras
existentes entre cada uno de los discos.
En otro modelo de fabricación se puede producir
y/o variar el ancho de la ranura mediante discos de distancia entre
discos no torneados. De este modo se produce un pistón o compuerta
compuestos por un gran número de piezas juntadas y que pueden tener
recintos de unión muy estrechos pero que el flujo en éstos se
efectúa en gran parte de forma laminar.
Las secciones de unión para fluidos en el pistón
de la válvula proporcional en el lado de evacuación están
compuestas por un gran número de taladros radiales de diferentes
medidas situados en varias líneas paralelas en el perímetro del
pistón y están compuestos por el lado de alimentación por al menos
dos taladros axiales céntricos.
La balanza de presión, la válvula de retención
de carga y la válvula proporcional están unidas entre sí mediante
conductos y como componentes independientes, formando juntas un
bloque de mando común construido preferentemente por fundición de
grafito esferoidal o también por otros materiales, por ejemplo
materiales no magnéticos.
En los planos adjuntos se muestran
esquemáticamente ejemplos de modelos de fabricación preferentes con
una representación simplificada.
Se muestran:
Figura 1: Vista en corte de la combinación de
válvulas,
Figura 1a: combinación de válvulas en una
versión con una red de conductos,
Figura 1b: combinación de válvulas en
construcción de bloque,
Figura 2: pistón de la balanza de presión o de
la válvula de retención de carga,
Figura 3: disco laminar en fabricación A,
Figura 4: disco laminar en fabricación B,
Figura 5: sentido de flujo de los discos
laminares,
Figura 6: válvula proporcional con pistón
hueco,
Figura 7: balanza de presión en la fabricación
conocida hasta ahora.
El presente invento descrito a continuación
representa una combinación de válvulas compuesta por una balanza de
presión 1, por una compuerta proporcional de mando 2 y por una
válvula de retención de carga 3, cuyo objetivo es hacer funcionar
accionamientos hidráulicos, por ejemplo cilindros y motores,
simultáneamente con regulación y silenciosamente y todo esto con
presiones de carga de gran fluctuación en los consumidores y con
presiones de sistema de gran fluctuación, por ejemplo en
instalaciones de almacenamiento.
Este invento parte de un montaje de una unidad
de mando conocida generalmente según muestra la figura 1. Los tres
componentes de la unidad de mando se pueden unir entre sí, mediante
conductos como piezas separadas, como se muestra esquemáticamente
en la figura 1, pero también formando juntos un bloque de mando
común según la figura 1b. Los bloques de mando pueden ser tanto de
fundición de grafito esferoidal que se usa comúnmente, o también de
otros materiales no magnéticos cuando las exigencias así lo
requieran. La figura 2 muestra el pistón 4 de la balanza de presión
1 o bien de la válvula de retención de carga 3 con discos laminares
6. La figura 3 muestra un disco laminar 6a en fabricación A. La
figura 4 muestra un disco laminar 6b en fabricación B. La figura 5
muestra el sentido de flujo de una pila de discos laminares 6
compuesta por discos laminares 6a en la fabricación A. Las flechas
representan el recorrido del flujo del medio que fluye. La figura 6
muestra la válvula proporcional 2 con pistón hueco 5.
El objetivo de este invento - hacer funcionar
consumidores hidráulicos simultáneamente con regulación y
silenciosamente -, se logra en el caso de esta combinación de
válvulas, empleando discos laminares 6a, 6b (fig. 3 y fig.1) en una
válvula de retención de carga 3 y en la balanza de presión 1,
juntamente con un pistón hueco 5 en la válvula proporcional 2.
Las pilas de discos laminares 6 en la balanza de
presión 1 y en la válvula de retención de carga 3 pueden estar
configuradas y apiladas de diversas maneras.
La figura 5 muestra el sentido de flujo de la
pila de discos laminares 6. En el flujo es importante que el medio
procedente del recinto de alimentación 7, entre a través de los
taladros axiales 8 en la pila de discos 6 y que salga radialmente a
través de la ranura al recinto de evacuación 10.
La figura 3 muestra un ejemplo de un disco
laminar 6a en el que los canales axiales están formados por
diferentes taladros 8 de diferentes diámetros primitivos de
referencia y las ranuras radiales de salida (9) se pueden
configurar tornando el espesor de los discos hasta ajustarse a la
parte interna de los taladros de ancho variable. El ancho de la
ranura se puede producir y/o variar a través de discos de distancia
situados entre discos sin tornear
La figura 4 muestra una variante de disco 6b en
la que se produce la ranura 9 fresando hasta ajustarse a los
taladros 8. Las pilas de discos 6 también pueden estar configuradas
de tal modo que se producen diferentes anchos de ranuras entre los
discos individuales. En cualquier caso se garantiza que con un
apilado correspondiente, la suma de todas las secciones
transversales en la pila de discos laminares 6, posibilita un flujo
laminar y que la reducción de presión se efectúa en las ranuras
entre cada uno de los discos y no en la transición de los discos al
recinto de evacuación 10.
La balanza de presión 1 y la válvula de
retención de carga 3 se ajustan automáticamente, del modo conocido,
a la presión de carga actual, o bien a la situación de presión del
sistema. Es decir, en acción conjunta de la diferencia de las
presiones de carga o sistema que se producen a ambos lados del
pistón y de la fuerza de tensión previa ajustada a cada uno de los
muelles de las válvulas 11 y 12, los pistones 4 se desplazan solos
a la posición de ajuste necesaria. De este modo se unen más o menos,
según la reducción de energía necesaria, muchas ranuras 9 de la
pila de discos laminares 6 mediante un desplazamiento longitudinal
de los pistones 4, de la sección de transversal de alimentación 7
con la sección transversal de evacuación 10 de la válvula de
retención de carga 3 o bien de la balanza de presión 1.
El pistón de la válvula proporcional (fig. 6) es
construido por el contrario como pistón hueco 5 en el que la unión
entre las respectivas conexiones de alimentación y evacuación se
realiza a través de taladros radiales 5b y de los taladros axiales
5a o bien 5a' que están situados en el pistón y según la posición
del pistón a través de 5ª, de P a B o bien de B a T y a través de
5a', de P a A o bien de A a T. Los taladros 5b pueden ser de
diferentes diámetros y están dispuestos en varias líneas paralelas
en el perímetro del pistón a fin de garantizar la sección
transversal de flujo necesaria. Los taladros producen, en
contraposición a los discos laminares con idéntica sección
transversal de flujo, una superficie humedecida más reducida con
flujo turbulento, mediante lo cual el coeficiente de flujo y por lo
tanto el caudal, es independiente de la viscosidad del aceite y por
consiguiente, depende sólo de la diferencia de presión en el pistón
de mando principal. La diferencia de presión se determina mediante
el ajuste de la pre-tensión en el muelle 11 de la
balanza de presión 1. Para mantener un servicio silencioso en los
taladros, a pesar de un flujo turbulento, se ajusta la diferencia de
presión en el pistón de mando 5, aproximadamente 4 bar
respectivamente más bajo.
De modo diferente a lo que ocurre según la
patente EP 0253 322 B1, la dispersión de presión no se realiza en
la pila de discos laminares de la propia compuerta de mano, sino más
bien en la pila de discos 6 de la balanza de presión 1 o bien de la
válvula de retención de carga 3. En la solución según el presente
invento para reducir ruidos y efectuar simultáneamente regulaciones
de caudal, la mayor parte de la caída de presión se realiza
silenciosamente en las pilas de discos laminares 6 de la balanza de
presión 1 o bien de la válvula de retención de carga 3, mientras
que la caída de presión residual determinada por la balanza de
presión 1, posibilita la regulación del caudal. Esto es la mejora
fundamental respecto a la válvula descrita según el nivel actual de
la técnica. Otra ventaja de la aplicación de discos laminares en la
balanza de presión y en la válvula de retención de carga consiste
en que el apilamiento de la pila de discos (cantidad, ranuras
estrechas o anchas con diferentes configuraciones) se puede
realizar aún a pie de obra a fin de optimizar todo el sistema,
prescindiendo de realizar modificaciones mecánicas en el pistón de
mando principal. Lo único importante para el intercambio de discos
es que la posición y el diámetro de los taladros axiales coincidan,
ya que de lo contrario podrían producirse estrechamientos de las
secciones transversales o bien desviaciones de flujo.
- 1-
- Balanza de presión
- 2-
- Válvula proporcional
- 3-
- Válvula de retención de carga
- 4-
- Pistón de discos
- 5-
- Pistón hueco
- 5a, 5a'
- Taladros axiales en pistón hueco
- 5b
- Taladros radiales en pistón hueco
- 6-
- Discos laminares o bien, pila de discos laminares
- 6a
- Disco laminar, fabricación A
- 6b
- Disco laminar, fabricación B
- 7-
- Recinto de alimentación para el medio
- 8-
- Taladros axiales en los discos o pila de discos laminares
- 9-
- Ranura de salida
- 10-
- Recinto de evacuación para el medio
- 11-
- Muelle de válvula de la balanza de presión
- 12-
- Muelle de válvula de la válvula de retención de carga
- 13-
- Conducto del tanque
- 14-
- Conducto de presión
- Z-
- Sentido de alimentación del medio
- A-
- Sentido de evacuación del medio.
Claims (12)
1. Combinación de válvulas para una unidad de
mando hidráulica regulable y silenciosa, compuesta por una balanza
de presión, una válvula de retención de carga y por una válvula
proporcional, cuyos pistones están ubicados axialmente de forma
desplazable en taladros de una o varias carcasas que contienen los
recintos de alimentación y evacuación, estando la válvula
proporcional (2) equipada con un pistón hueco (5) y estando la
válvula de retención de carga (3) y la balanza de presión (1)
equipadas con pistones (4) con pilas de discos laminares (6) para
la supresión de la parte principal del excedente de energía y
estando los segmentos de unión de fluidos en los pistones de la
balanza de presión (1) y de la válvula de retención de carga (2)
compuestos por el lado de evacuación por un gran número de ranuras
situadas radial- y perpendicularmente al eje del pistón y por el
lado de alimentación están compuestos por canales axiales dispuestos
excéntricamente.
2. Combinación de válvulas según la
reivindicación 1, caracterizada porque el medio entra en los
pistones de la balanza de presión (1) y en la válvula de retención
de carga (2) desde el recinto de alimentación (7) a través de
taladros axiales (8) dispuestos en pilas de discos laminares (6) y
sale radialmente a través de las ranuras (9) al recinto de
evacuación (10).
3. Combinación de válvulas según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los
canales axiales de los discos laminares (6) se pueden conformar
mediante diversos taladros (8) de diferentes diámetros primitivos
de referencia y por que las ranuras radiales de salida (9) se pueden
configurar tornando el espesor de los discos hasta ajustarse a la
parte interna de los taladros (8) de ancho idéntico o variable.
4. Combinación de válvulas según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque el ancho de la
ranura se puede producir y/o variar a través de discos de distancia
situados entre discos sin tornar.
5. Combinación de válvulas según una de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque las ranuras de
salida radiales (9)se pueden configurar con idéntico o
variable ancho mediante fresados hasta ajustarse a los taladros
(8).
6. Combinación de válvulas según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la pila de
discos laminares (6) tiene idénticos y/o diversos anchos de ranura
entre los discos.
7. Combinación de válvulas según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la suma de
todas las secciones transversales en la pila de discos laminares
(6) posibilita un flujo laminar del medio, donde la caída de
presión no se efectúa en la transición de la ranura hacia el recinto
de evacuación, sino mas bien en las ranuras existentes entre cada
uno de los discos.
8. Combinación de válvulas según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las
secciones de unión para fluidos en el pistón hueco (5) de la
válvula proporcional (2) están compuestas en el lado de evacuación
por gran número de taladros radiales (5b) de diferentes medidas
situados en varias líneas paralelas en el perímetro del pistón y
están compuestas por el lado de alimentación por al menos dos
taladros axiales céntricos (5a, 5a').
9. Combinación de válvulas según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la balanza
de presión (1), la válvula de retención de carga (3) y la válvula
proporcional (2) están unidos entre sí mediante tubos como
componentes individuales.
10. Combinación de válvulas según una de las
reivindicaciones 1 hasta 8, caracterizada porque la balanza
de presión (1), la válvula de retención de carga (3) y la válvula
proporcional (2) componen un bloque de mando común.
11. Combinación de válvulas según las
reivindicación 10, caracterizada porque el bloque de mando
está construido con fundición de grafito esferoidal.
12. Combinación de válvulas según las
reivindicación 10, caracterizada porque el bloque de mando
está construido con por materiales no magnéticos.
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