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.
Lista de los símbolos de relación utilizados
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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