ES2273149T3 - Valvula de succion para descargar aire y gas desde matrices en la colada presion. - Google Patents
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Abstract
Válvula de succión para descargar gas y aire para la colada a presión de aleaciones de cobre, aluminio y aleaciones de aluminio, que comprende un cuerpo (11) de válvula y una correspondiente tapa (12), en la que el cuerpo de válvula tiene un paso (21) de entrada para el flujo del metal fundido, el aire y el gas que llegan de la matriz, y un agujero (22) de salida para el aire y el gas el cual está conectado a una bomba de succión a través de un filtro, y en la que el agujero (22) de salida está coordinado con un émbolo (13), normalmente abierto, dirigido para su cierre mediante un pistón o actuador (14) cuando es alcanzado por el flujo de metal que llega de la matriz, estando dicho pistón (14) de dirección conectado a dicho émbolo por medio de una palanca loca (15), caracterizada porque en el plano entre el cuerpo (11) de válvula y la tapa (12) hay dos canales internos (25) adecuados para forzar a discurrir a lo largo de ellos un flujo de metal fundido metido adentro de la válvula mediantedicho paso (21) de entrada; ramas internas (27) adecuadas para forzar a discurrir el flujo de metal desde los canales internos (25) hacia el pistón o actuador (14); y uno o dos canales laminares retroflexionados (28, 29) adecuados para forzar a discurrir el flujo de metal fundido desde los canales internos (25) hacia canales externos (26) y, a través de dichos canales externos (26), hacia el émbolo (13) para la descarga del gas y el aire.
Description
Válvula de succión para descargar aire y gas
desde matrices en la colada a presión.
Esta invención se refiere a una válvula de
succión para descargar aire y gas desde las matrices en la colada a
presión de piezas en aleaciones de cobre, tales como latón, así como
aluminio y sus aleaciones.
Las matrices empleadas en la colada a presión
generalmente utilizan en el presente una válvula de succión para
permitir la descarga de aire y gas desde la matriz y para evitar su
inclusión en la pieza que está siendo colada. La válvula está
conectada a una bomba de succión tanto por el lado de entrada como
de salida de la matriz.
El aire y el gas, eliminados por la bomba,
entran en la válvula junto con un flujo de metal. Entonces, el
metal se enfría en el cuerpo de válvula, y el aire y el gas son
descargados al exterior, hasta que un émbolo en la propia válvula
es cerrado mediante una actuador, accionado por el propio
fluido.
Una válvula de este tipo es conocida, por
ejemplo, a partir del documento US 5.683.730.
Las válvulas que han sido utilizadas hasta
ahora, sin embargo, han mostrado problemas de fiabilidad,
particularmente con relación a la colada a presión de metales con
alta conductividad térmica, porque los pasos hechos en la válvula
no son siempre adecuados para una deceleración y un enfriamiento
efectivos del metal fundido, o para evitar que este metal invada el
alojamiento del émbolo y reduzca rápidamente, por ello, la
eficiencia de la válvula.
Esto representa un inconveniente serio que es
bien conocido por los operarios en el sector, donde la válvula se
debe sustituir frecuentemente para reparación, y que la presente
invención está destinada a hacer innecesario.
De hecho, el propósito de esta invención es
proponer una válvula de succión para matrices, la cual es
perfectamente eficiente para la colada a presión de aleaciones de
cobre así como aluminio, gracias al hecho de que los pasos para el
flujo de metal están estructurados de una manera tal como para
reducir la velocidad del metal, aumentar la superficie de
intercambio de calor con el cuerpo de válvula y reducir la
temperatura del metal, obteniendo por ello una descarga efectiva de
aire y gas y asegurando que el émbolo no queda restringido o
imposibilitado en su funcionamiento por el metal fundido.
La válvula de acuerdo con la invención puede por
lo tanto ser utilizada continua y efectivamente sin necesidad de
mantenimiento, durante un número de ciclos mucho mayor que las
válvulas existentes, para beneficio de la productividad y la
economía de una máquina de colada a presión en matriz.
El propósito y las ventajas anteriormente
mencionados son obtenidos mediante una válvula de succión para
matrices en la colada a presión de acuerdo con la reivindicación
1.
Por esta razón, el metal fundido que entra en la
válvula no va directamente al pistón o actuador que dirige el
émbolo, de una manera tal que el fluido puede enfriarse, reducir la
velocidad y aumentar la presión en dicho pistón en el momento del
cierre del émbolo. Antes de alcanzar el émbolo, el fluido sigue
canales especiales, los cuales deceleran el flujo y contribuyen
adicionalmente a reducir la temperatura. Así, cuando el metal
alcanza el émbolo, tiene una temperatura y una velocidad bajas, al
menos suficientes para minimizar la pérdida térmica, el arrastre,
etc., al nivel del émbolo.
Detalles adicionales de la invención quedarán
claros a partir de la siguiente descripción, hecha con referencia a
los dibujos adjuntos, en los cuales:
La figura 1 muestra una vista de la válvula
cuando está abierta, para mostrar los canales internos;
la figura 2 muestra un corte transversal de la
válvula, para revelar el actuador y el émbolo, de acuerdo con una
posible versión;
la figura 3 muestra un dibujo de la válvula
aplicada a una matriz; y
las figuras 4, 5 y 6 muestran variaciones en la
forma y disposición de los canales.
La válvula de succión que aquí se propone
consiste en un cuerpo 11 de válvula, con su tapa relativa 12, y la
cual puede estar equipada con un sistema de enfriamiento por fluido
circulante. Entre el cuerpo y la tapa, en uno o en la otra, hay
canales para el metal fundido y, perpendicular al plano de dichos
canales, hay un émbolo 13, normalmente abierto, y un pistón o
actuador 14 de dirección para el émbolo, para sellar este último
por medio de una palanca loca 15. Sin embargo, este sistema de
émbolo-actuador-palanca loca ya es
bien conocido y en uso en válvulas existentes.
La válvula de succión está aplicada a una matriz
para colada a presión -figura 3- que tiene al menos una impresión
18 de la pieza que se va a colar. El cuerpo 11 de válvula está
fijado a la parte móvil 19 de la matriz, mientras que la tapa está
sujeta a la parte estacionaria 20 de la matriz, o viceversa, de
manera que, cuando la matriz 19, 20 está sellada, hay un cierre
correspondiente de la válvula causado porque el cuerpo y la tapa se
juntan.
El cuerpo 11 de válvula tiene, en lados
opuestos, un paso 21 de entrada -figura 1- que conecta con la
impresión 18 en la matriz 19, 20 a través de un conducto 20', y un
agujero 22 de salida que conecta con una bomba 23 de succión, a
través de un filtro 24. El émbolo 13 está colocado junto al agujero
22 de salida -figura 2- en un alojamiento apropiado 13'; el pistón
o actuador 14 está situado a distancia del émbolo 13 en su propio
alojamiento 14', el cual está fijado en la parte a mitad de camino
entre la entrada 21 y la salida 22.
El paso 21 de entrada se bifurca en dos canales
internos 25 los cuales rodean el alojamiento 14' del pistón o
actuador 14 sin unirse con sus otras extremidades 25'. Desde el
mismo paso 21 de entrada o, alternativamente, desde los canales
internos 25, se ramifican, en direcciones opuestas, dos canales
externos 26 los cuales alcanzan el alojamiento 13' del émbolo 13
desde lados opuestos. Cada canal externo 26 tiene la parte más
próxima al cuerpo 26' ahusada, esto es, aplanada o más superficial,
con una sección transversal igual a alrededor de un tercio de la
del canal externo desde el que se ramifica. Para la parte restante,
los canales externos 26 tienen una sección transversal la cual es
aproximadamente la misma que la de los canales internos 25. Además,
cada canal externo 26 puede tener al menos una desviación intermedia
26'', diseñada para aumentar la longitud total y que puede ser en
forma de V o de otro forma. En el área del émbolo, los canales
externos llegan a ser al menos un 30% más superficiales.
Cada canal interno 25, en una parte intermedia,
se comunica con el alojamiento 14' del pistón o actuador 14, a
través de una rama interna 27. Idealmente, cada rama interna 27
disminuye en profundidad y/o anchura a medida que discurre desde su
respectivo canal hacia el alojamiento 14'.
La extremidad más lejana 25', o al menos una
parte de cada canal interno 25 aguas arriba de la rama interna 27,
se comunica con una parte intermedia del canal externo colateral 26,
por medio de un primer canal laminar 28 el cual está doblado hacia
atrás y fluye adentro de dicho canal externo a un ángulo de menos de
60º, en la dirección opuesta al flujo de fluido en el mismo canal
externo. El término "laminar" es utilizado en la presente para
significar un canal con una profundidad que es considerablemente
menor que su anchura, aumentando por ello las superficies para
intercambio de calor con el cuerpo de válvula, enfriando el fluido
que pasa a través del canal más que en aquellos canales en los que
la profundidad y la altura pueden no ser iguales pero son
similares.
La sección transversal de cada primer canal
retroflexionado 28 es inferior a la de tanto el canal interno 25
como el canal externo 26 que conecta y, en cualquier caso, no es más
de 20-30% mayor que la sección transversal del paso
21 de entrada. Además, cada primer canal retroflexionado 28 también
puede beneficiarse de una forma en doble cono, con un ahusamiento
en su parte media. Esto ayudará a aumentar la velocidad del fluido
hacia el canal lateral y a proporcionar resistencia al metal el
cual está avanzando hacia abajo por este canal hacia el émbolo
13.
Según se muestra en la figura 1, una parte
intermedia de cada canal interno 25 también puede estar conectada
al canal externo colateral 26, a través de un segundo canal laminar
retroflexionado 29, prácticamente paralelo al primero 28. Esto
aumenta adicionalmente el intercambio de calor entre el metal fluido
y el cuerpo de válvula, reduce la temperatura de dicho metal y
proporciona resistencia adicional al flujo de metal en el canal
lateral. Este segundo canal retroflexionado 29 tendrá una sección
transversal menor que el primer canal retroflexionado 28. Cuando se
utiliza un segundo canal retroflexionado 29 entre los canales
colaterales interno y externo, el primer canal retroflexionado 28
tendrá una sección trasversal al menos igual a la suma de las
secciones trasversales del segundo canal retroflexionado y la parte
26' más próxima del canal externo.
Las flechas de la figura 1 indican el flujo de
metal fundido y gas que pasan adentro de la válvula conectada a la
bomba de succión y que vienen de la matriz durante la colada a
presión. Este flujo entra en la válvula a través de la entrada 21 y
es forzado a discurrir principalmente a lo largo de los canales
internos 25 y entonces finalmente de los canales externos 26,
enfriándose uniformemente mientras pasa. Desde los canales
internos, el flujo de metal se fuerza a discurrir a lo largo de las
ramas internas 27 hacia el actuador 13 y el o los dos canales
laminares retroflexionados 28, 29, hacia los canales externos 26 y,
a través de ellos, hacia el émbolo para la descarga del gas y del
aire.
El enfriamiento del cuerpo de válvula y la
división del flujo de metal en los canales internos 25 y los
externos 26 por medio de los canales laminares retroflexionados 28,
29 ayudan todo a reducir la temperatura y velocidad del fluido.
Esto resulta, por un lado, en un incremento en la presión aplicada
al pistón o actuador 14 diseñado para cerrar el émbolo y, por otro
lado, en un límite para el flujo y el arrastre de metal al nivel del
émbolo cuando este último está cerrado, trayendo por ello las
ventajas anteriormente mencionadas e incrementando la eficiencia y
vida útil de la válvula.
Finalmente, se debe apreciar que, asumiendo la
observancia del propósito y del principio general de la distribución
del flujo de fluido alrededor de la válvula, los canales interno,
externo y retroflexionado pueden tener cursos y formas que difieren
de las mostradas en la figura 1, sin salir del alcance de la
invención según se define en las reivindicaciones adjuntas. Algunas
de estas configuraciones alternativas son mostradas en las figuras
4, 5 y 6.
Claims (13)
1. Válvula de succión para descargar gas y aire
para la colada a presión de aleaciones de cobre, aluminio y
aleaciones de aluminio, que comprende un cuerpo (11) de válvula y
una correspondiente tapa (12), en la que el cuerpo de válvula tiene
un paso (21) de entrada para el flujo del metal fundido, el aire y
el gas que llegan de la matriz, y un agujero (22) de salida para el
aire y el gas el cual está conectado a una bomba de succión a
través de un filtro, y en la que el agujero (22) de salida está
coordinado con un émbolo (13), normalmente abierto, dirigido para
su cierre mediante un pistón o actuador (14) cuando es alcanzado por
el flujo de metal que llega de la matriz, estando dicho pistón (14)
de dirección conectado a dicho émbolo por medio de una palanca loca
(15), caracterizada porque en el plano entre el cuerpo (11)
de válvula y la tapa (12) hay dos canales internos (25) adecuados
para forzar a discurrir a lo largo de ellos un flujo de metal
fundido metido adentro de la válvula mediante dicho paso (21) de
entrada; ramas internas (27) adecuadas para forzar a discurrir el
flujo de metal desde los canales internos (25) hacia el pistón o
actuador (14); y uno o dos canales laminares retroflexionados (28,
29) adecuados para forzar a discurrir el flujo de metal fundido
desde los canales internos (25) hacia canales externos (26) y, a
través de dichos canales externos (26), hacia el émbolo (13) para la
descarga del gas y el aire.
2. Válvula de succión de acuerdo con la
reivindicación 1, en la cual en el plano entre el cuerpo (11) de
válvula y la tapa (12) hay dos canales internos (25) que se
bifurcan alejándose del paso (21) de entrada y rodean el área del
pistón o actuador (14), sin unirse con sus extremidades más
alejadas, dos canales externos (26) que se ramifican en direcciones
opuestas desde dicho paso (21) de entrada o desde dichos canales
internos (25) y que alcanzan el área del émbolo (13) desde extremos
opuestos, al menos un primer canal laminar retroflexionado (28)
vuelto hacia atrás desde un canal interno (25) hacia un canal
externo colateral (26) y que fluye adentro de este canal externo a
un ángulo contrario al flujo del fluido en el mismo canal externo, y
una rama interna (27) desde cada canal interno (25) hacia el área
del pistón o actuador (14), estando dicha rama interna aguas arriba
del primer canal laminar retroflexionado (27), considerando la
dirección del flujo en este canal.
3. Válvula de acuerdo con la reivindicación 2,
en la cual dichos canales internos (25) y dichos canales externos
(26) tienen una sección trasversal que es más o menos igual y cada
primer canal laminar retroflexionado (28) tiene una sección
trasversal menor que la de cada uno de los canales internos y
externos (25, 26), siendo dicho primer canal retroflexionado (28)
mucho más superficial que ancho.
4. Válvula de acuerdo con la reivindicación 3,
en la cual cada primer canal laminar retroflexionado (28) tiene una
sección trasversal que no es más de un 30% mayor que la sección
trasversal del paso (21) de entrada.
5. Válvula de acuerdo con las reivindicaciones
1-4, en la cual cada primer canal laminar
retroflexionado (28) fluye adentro del respectivo canal externo
(26) a un ángulo no mayor de 60º, en la dirección opuesta al flujo
de fluido en dicho canal externo.
6. Válvula de acuerdo con las reivindicaciones
1-5, en la cual cada primer canal laminar
retroflexionado (28) tiene un curso de doble cono, con una zona
ahusada en su parte media.
7. Válvula de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones previas 1-6, en la cual la parte
(26') más cercana de cada canal externo está ahusada o es más
superficial que el resto.
8. Válvula de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones previas 1-7, en la cual cada canal
externo tiene al menos una desviación (26'') para aumentar su
longitud.
9. Válvula de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones previas, en la cual cada rama interna (27) tiene
una profundidad y/o una anchura que disminuye a medida que discurre
desde el canal interno (25) hacia el área del pistón o actuador
(14).
10. Válvula de acuerdo con las reivindicaciones
previas, que también consta de un segundo canal laminar
retroflexionado entre un canal interno (25) y un canal externo
colateral, teniendo dicho segundo canal retroflexionado una sección
trasversal menor que el primer canal retroflexionado (28).
11. Válvula de acuerdo con la reivindicación 10,
en la cual dicho primer canal laminar retroflexionado tiene una
sección trasversal al menos igual a la suma de las secciones
trasversales del segundo canal laminar retroflexionado y la parte
(26') más cercana del canal externo.
12. Válvula de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones previas, en la cual cada canal lateral del área de
émbolo tiene una profundidad que es al menos 30% menos que la del
resto del mismo canal.
13. Método para descargar aire y gas desde
matrices para la colada a presión y reducir la velocidad del flujo
de metal fundido, que comprende las siguientes etapas:
- proporcionar una válvula de succión de acuerdo
con la reivindicación 1;
- hacer entrar un flujo de metal fundido en la
válvula a través de un paso (21) de entrada;
- forzar dicho flujo de metal fundido a
discurrir principalmente a lo largo de canales internos (25);
- forzar dicho flujo de metal a discurrir desde
dichos canales internos (25) a lo largo de ramas internas (27)
hacia un pistón o actuador (14) para el cierre de la válvula;
- forzar dicho flujo de metal a discurrir desde
dichos canales internos (25) a lo largo de uno o dos canales
laminares retroflexionados (28; 29) hacia canales externos (26) y, a
través de dichos canales externos (26), hacia un émbolo (13) para
la descarga del gas y el aire;
siendo enfriado dicho flujo de metal
uniformemente a medida que pasa a lo largo de dichos canales
internos y externos.
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