ES2317384T3 - Valvula de asiento conico de pequeñas perdidas y procedimiento de suministro de fluido de limpieza con la misma. - Google Patents
Valvula de asiento conico de pequeñas perdidas y procedimiento de suministro de fluido de limpieza con la misma. Download PDFInfo
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Abstract
Un conjunto (48) de válvula de asiento cónico para su uso en un ventilador de hollín (10) configurado para retirar los residuos desde el volumen interior de una caldera, comprendiendo el conjunto (48) de válvula de asiento cónico: - un alojamiento (64) de la válvula que define un primer conducto (72) que se extiende a lo largo de un primer eje (74) y un segundo conducto (76) que se extiende a lo largo de un segundo eje (78) que es genéricamente perpendicular al primer eje (74); y - una cabeza (82) de válvula configurada para moverse de una manera generalmente transversal con respecto al alojamiento (64) de la válvula entre una posición abierta y una posición cerrada, definiendo la cabeza (82) de la válvula una superficie de conexión (108) generalmente curvada que se extiende entre el primero y segundo conductos (72, 76), de manera que la válvula tenga un factor de pérdidas sustancialmente menor que 6,0 cuando la válvula está en la posición abierta.
Description
Válvula de asiento cónico de pequeñas pérdidas y
procedimiento de suministro de fluido de limpieza con la misma.
La invención se refiere, en general a un
ventilador de hollín para retirar los residuos de la parte interior
de una caldera. Más específicamente, la invención se refiere a una
válvula para controlar el flujo de un fluido limpiador dentro del
ventilador de hollín. Dicha válvula ha sido revelada, por ejemplo,
en el documento EP 0391038.
Durante el funcionamiento de unos dispositivos
de combustión a gran escala, tales como unas calderas que queman
combustibles fósiles y pulpa de productos orgánicos, incrustaciones
de escoria y de ceniza que se desarrollan sobre las superficies
interiores de la caldera. La presencia de estos depósitos degrada el
rendimiento térmico de la caldera. Por lo tanto, es necesario
retirar periódicamente dichas incrustaciones. Actualmente, se usan
varios sistemas para retirar estas incrustaciones.
Uno de los sistemas de tipo parecido incluye un
dispositivo conocido como un ventilador de hollín. Los ventiladores
de hollín se usan para proyectar una corriente de un fluido
limpiador, tal como el aire, vapor o agua, hacia el volumen
interior de la caldera. En el caso de unos ventiladores de hollín de
tipo retráctil, un tubo en forma de lanza se hace avanzar
periódicamente hacia el interior y se retira, de la caldera y
conduce el fluido limpiador para pulverizarlo desde una o más
toberas que están sujetas al tubo en forma de lanza. El tubo en
forma de lanza, por ejemplo, recibe de manera deslizante un tubo de
alimentación y de suministro de fluido de manera telescópica, de
tal forma que la combinación de tubo de alimentación/lanza tenga una
longitud efectiva ajustable. A medida que el tubo en forma de lanza
avanza hacia el interior y se retira de la caldera, puede girar u
oscilar a fin de dirigir uno o más chorros de fluido limpiador a
unas superficies deseadas comprendidas dentro de la caldera. En el
caso de unos ventiladores de hollín estacionarios (fijos), el tubo
en forma de lanza se mantiene siempre dentro de la cavidad de la
caldera y el tubo en forma de lanza tiene una longitud efectiva
fija, en otros términos, un ventilador de hollín estacionario no
requiere típicamente un tubo de alimentación.
Los ventiladores de hollín envían el fluido
limpiador, típicamente vapor, dentro de la caldera a una alta
presión relativa para facilitar la retirada de las incrustaciones.
Los ventiladores de hollín requieren, típicamente, que el vapor se
suministre al tubo en forma de lanza a una presión de, al menos,
827,586 kPa. Adicionalmente, los ventiladores de hollín reciben,
típicamente, el suministro de vapor desde una tubería de admisión
que se extiende en una dirección generalmente perpendicular al tubo
en forma de lanza. La tubería de admisión se extiende típicamente
de una manera generalmente vertical a partir del suelo y el tubo en
forma de lanza y el tubo de alimentación del ventilador de hollín
se extienden normalmente de una manera generalmente horizontal
dentro de la caldera. Por lo tanto, dicho ventilador de hollín tiene
unos componentes de fontanería que se acoplan hidráulicamente a los
componentes perpendiculares respectivos, tales como un conducto o
válvula que tiene una curvatura de 90 grados. Por lo tanto, en un
ventilador de hollín longitudinal que tiene un tubo de alimentación
y un tubo en forma de lanza, el tubo de admisión y el tubo de
alimentación están conectados típicamente por un elemento conector
que tiene una curvatura de 90 grados, conocido comúnmente como una
junta articulada. De la misma manera, en un ventilador de hollín
estacionario que no lleve incluido un tubo de alimentación, el tubo
de admisión y el tubo en forma de lanza están conectados típicamente
por una junta articulada.
Típicamente, la junta articulada incluye un
dispositivo válvula que controla el flujo de vapor que afluye
dentro del tubo en forma de lanza. Las válvulas que se usan
normalmente son, por lo general, del tipo válvula de asiento cónico
las cuales además de "abrir" o "cerrar" el paso del flujo
pueden estar provistas también de un medio para regular el flujo en
las posiciones de "apertura" controlando el flujo en dirección
transversal a través de la válvula, tal y como se revela en la
Solicitud Provisional de Patente U.S. titulada "Válvula de
asiento cónico de control de presión de regulación externa",
presentada el 24 de Marzo de 2004 y con el número de serie asignado
de 60/555.763, la cual se incorpora aquí por referencia. El medio
para regular el flujo puede ser una válvula de
apertura-cierre y/o una válvula que incluye unas
posiciones intermedias para controlar el flujo de fluido de una
manera más precisa.
Típicamente, los ventiladores de hollín
conocidos actualmente en la técnica tienen un tubo de alimentación
con un diámetro exterior de aproximadamente unos 6,985 cm. y un
diámetro interior de aproximadamente unos 6,0325 cm.
Adicionalmente, los ventiladores de hollín conocidos actualmente en
la técnica tienen típicamente un tubo en forma de lanza con un
diámetro exterior de aproximadamente unos 9,625 cm. De esta manera,
las válvulas de asiento cónico que existen actualmente tienen,
típicamente, una salida con un diámetro interior de 6,985 cm. ó
9,625 cm. de manera que coincida, ya sea con el tubo de alimentación
o con el tubo en forma de lanza, dependiendo de si el ventilador de
hollín incluye o no un tubo de alimentación. Por lo tanto, cuando
se instale una válvula de asiento cónico de recambio sería deseable
entonces que dicha válvula de asiento cónico de recambio esté
provista de una salida igual que la de la válvula de asiento cónico
que esté siendo sustituida a fin de reducir parcialmente los costes
y los costes de mantenimiento para sustituir el tubo de
alimentación y/o el tubo en forma de lanza actualmente
existentes.
Durante el funcionamiento de la caldera, se crea
frecuentemente vapor de escape como un subproducto. Típicamente, el
exceso de vapor no se usa para limpiar la caldera debido a que tiene
una presión relativamente baja, tal como 689,655 kPa. Un elemento
que contribuye particularmente a las pérdidas de presión a través
del sistema de suministro de vapor del ventilador de hollín es la
válvula de asiento cónico disponible actualmente en el mercado.
Incluso en la condición totalmente abierta, se encuentran unas
pérdidas sustanciales de presión en el flujo que circula a través
de la válvula. Más específicamente, en las válvulas conocidas
actualmente en la técnica la cabeza de la válvula de asiento cónico
está situada a lo largo de la trayectoria del flujo del fluido
limpiador, originando así un flujo turbulento alrededor de la cabeza
de la válvula. Por lo tanto, debido a las pérdidas de presión del
flujo que existen en los sistemas, los sistemas de los ventiladores
de hollín conocidos actualmente tienen serias dificultades para
usar el vapor de escape sin el uso de un dispositivo impulsor de la
presión.
Debido a que los ventiladores de hollín
requieren generalmente vapor a alta presión, entonces una parte del
vapor generado por la caldera se derivará a efectos de limpieza.
Esta derivación representa una pérdida total del rendimiento
térmico necesario para el funcionamiento de la caldera.
Según se hace evidente a partir de la
descripción anterior, sería deseable proporcionar un dispositivo
limpiador que tenga unas pérdidas de flujo mínimas, una curvatura
de 90 grados en el flujo del fluido y una válvula de control de
pérdidas de flujo bajas que permita un fluido con una presión
relativamente baja, tal como el vapor del proceso de escape de la
caldera, que se va a utilizar como fluido limpiador sin tener que
usar un dispositivo impulsor de la presión. Sería deseable también
proporcionar una válvula de control del dispositivo de limpieza que
sea capaz de intercambiarse con una válvula de control que se use
normalmente sin necesidad de sustituir el tubo en forma de lanza o
el tubo de alimentación.
En uno de los aspectos de la presente invención,
se describe un conjunto válvula de asiento cónico para su uso con
un ventilador de hollín para retirar los desechos desde un volumen
interior de una caldera. El conjunto válvula de asiento cónico
incluye un alojamiento de válvula y una cabeza de válvula
configurados para moverse dentro del alojamiento de válvula entre
una posición abierta y una posición cerrada. El conjunto válvula de
asiento cónico permite que el fluido limpiador experimente unas
pérdidas de presión relativamente pequeñas a medida que fluya a
través del conjunto válvula de asiento cónico cuando la cabeza de
válvula esté situada en la posición abierta. Más específicamente,
el conjunto válvula de asiento cónico tiene un factor de pérdidas
sustancialmente menor que el de las válvulas conocidas actualmente
en la técnica (las cuales tienen un factor de pérdidas de 6,0)
cuando la cabeza de válvula esté situada en la posición abierta.
Preferiblemente, la válvula tiene un factor de pérdidas menor que
la mitad de las válvulas conocidas actualmente en la técnica. Por
ejemplo, el factor de pérdidas está comprendido preferiblemente
entre 0,5 y 0,25 cuando la válvula esté situada en la posición
abierta.
En otro aspecto de la presente invención, el
alojamiento de válvula incluye un primero y un segundo conductos
que se extienden a lo largo de una primera y una segunda direcciones
que no son sustancialmente paralelas entre sí. Además, la cabeza de
válvula incluye una superficie de conexión que se extiende entre el
primero y segundo conductos cuando la cabeza de válvula esté
situada en la posición abierta. La superficie de conexión tiene un
radio de curvatura que es generalmente igual que el diámetro de cada
uno de los conductos primero y segundo.
En otro aspecto de la presente invención, se
describe un procedimiento para suministrar un fluido limpiador
dentro del volumen interior de una caldera, que incluye las etapas
de: insertar un tubo en forma de lanza dentro del volumen interior
para suministrar el fluido limpiador, proporcionar una válvula en
comunicación hidráulica con el tubo en forma de lanza y suministrar
el fluido limpiador a la válvula.
Otros objetos, características y ventajas de
esta invención se harán aparentes fácilmente a las personas expertas
en la técnica después de una revisión de la descripción siguiente,
haciendo referencia a los dibujos y reivindicaciones que se
adjuntan a, y que forman parte de esta especificación.
- La Figura 1 muestra un ventilador de hollín
tipo retráctil grande que tiene un tubo retráctil en forma de lanza
y una válvula de asiento cónico que controla el flujo de un fluido
limpiador dentro de la misma, en la que el ventilador de hollín
incorpora los principios de la presente invención;
- La Figura 2 es una vista en sección
transversal de un tubo de alimentación del ventilador de hollín
tomada a lo largo de la línea 2-2 mostrada en la
Figura 1, que muestra una vista frontal en alzado de la válvula de
asiento cónico;
- La Figura 3 es una vista en sección
transversal tomada a lo largo de la línea 3-3
mostrada en la Figura 2, en la que la cabeza de la válvula está
situada en la posición cerrada;
- La Figura 4 es una vista en sección
transversal similar a la de la Figura 3, en la que la cabeza de la
válvula está situada en la posición abierta;
- La Figura 5 es una vista en sección
transversal tomada a lo largo de la línea 5-5
mostrada en la Figura 2, que muestra un conducto de derivación que
se extiende a través del alojamiento de la válvula;
- La Figura 6a es una vista en sección
transversal de una realización alternativa de una válvula de asiento
cónico que comprende los principios de la presente invención, en la
que un brazo de articulación está situado en una primera
posición;
- La Figura 6b es una vista lateral de la
válvula de asiento cónico mostrada en la Figura 6a;
- La Figura 7a es una vista en sección
transversal de la válvula de asiento cónico mostrada en la Figura 6a
en la que el brazo de articulación está situado en una segunda
posición;
- La Figura 7b es una vista lateral de la
válvula de asiento cónico mostrada en la Figura 7a;
- La Figura 8a es una vista en sección
transversal de la válvula de asiento cónico mostrada en la Figura
6a, en la que el brazo de articulación está situado en una tercera
posición; y
- La Figura 8b es una vista lateral de la
válvula de asiento cónico mostrada en la Figura 8a.
Refiriéndonos ahora a los dibujos, la Figura 1
muestra un ventilador de hollín 10 que incluye los principios de la
presente invención. El ventilador de hollín 10 incluye
principalmente un conjunto de soporte 12 (indicado en líneas
transparentes), un tubo en forma de lanza 14, un tubo de
alimentación 16 y un carro 18. El ventilador de hollín 10 se
muestra en su posición normal de reposo mostrada en la Figura 1, no
obstante, una vez que el tubo en forma de lanza 14 se haya puesto
en funcionamiento entonces se extiende hacia y se retrae desde una
caldera (no mostrada) mientras que gira simultáneamente.
El conjunto de soporte 12 mostrado en las
figuras incluye una caja de soporte 20 conformada de una manera
generalmente rectangular, la cual conforma un alojamiento para toda
la unidad. El carro 18 es guiado a lo largo de las pistas (no
mostradas) situadas en los lados opuestos de la caja de soporte 20
para permitir un movimiento longitudinal del carro 18. El conjunto
de soporte 12 está soportado en un extremo proximal 22 y en un
extremo distal 24 que es adyacente a, y/o está conectado a la
caldera. El carro 18 acciona el tubo en forma de lanza 14 dentro y
fuera de la caldera a través de un motor de accionamiento 26 y de
una caja de cambios 28. Más específicamente, el carro 18 acciona un
par de engranajes de piñón 30 y 32 que se traban con unos conjuntos
cremallera 34, para hacer que el carro 18 y el tubo en forma de
lanza 14 avancen. Un par de rodamientos (no mostrados) se acoplan
con las pistas para soportar el carro 18.
Una abrazadera frontal de soporte 36 incluye
unos rodillos inclinados los cuales soportan el tubo en forma de
lanza 14 durante su movimiento longitudinal y giratorio.
Adicionalmente, está provista una abrazadera intermedia de soporte
38 para evitar una deflexión excesiva del tubo en forma de lanza 14.
Un cable eléctrico espiral 40 suministra potencia al motor de
accionamiento 26 a medida que el carro 18 y el motor de
accionamiento 26 se mueven a lo largo del tubo de alimentación
16.
El tubo en forma de lanza 14 recibe, de manera
que pueda deslizarse, el tubo de alimentación 16 de una manera
telescópica para conformar un componente de longitud ajustable que
tiene una porción solapada 42 entre el tubo en forma de lanza 14 y
el tubo de alimentación 16. Por lo tanto, el tubo en forma de lanza
14 tiene preferiblemente un diámetro exterior 43 el cual es mayor
que el diámetro exterior 45 del tubo de alimentación. Durante el
recorrido longitudinal del ventilador de hollín 10, la posición del
tubo de alimentación 16 permanece generalmente invariable a medida
que el tubo en forma de lanza 14 se desplaza y retrae, haciendo que
varíe la longitud de la porción solapada 42. En un diseño
preferente a modo de ejemplo, el diámetro exterior 43 del tubo en
forma de lanza es igual a 9,625 cm y el diámetro 45 del tubo de
alimentación es igual a 6,985 cm. Preferiblemente, el tubo de
alimentación 16 tiene una pared con un grosor de 0,47625 cm y, por
lo tanto, el tubo de alimentación 16 tiene una pared con un grosor
de 0,47625 cm y, por lo tanto, el diámetro interior del tubo de
alimentación es preferiblemente igual a 6,0325 cm. En un diseño
preferente a modo de ejemplo, alternativo, el diámetro exterior del
tubo en forma de lanza es igual a 10,16 cm y el diámetro del tubo de
alimentación es igual a 8,255 cm. No obstante, los componentes
pueden tener cualquier otro tipo de dimensiones apropiadas.
Durante el funcionamiento del ventilador de
hollín 10, el fluido limpiador fluye a lo largo de toda la longitud
del tubo de alimentación 16, dentro del tubo en forma de lanza 14 y
a través de una tobera 46 del ventilador de hollín. Pueden estar
provistas unas toberas múltiples 46, cada una de las cuales tiene
unas entradas conformadas y calibradas de manera apropiada para
controlar la velocidad y el modelo de rociado de las corrientes
limpiadoras que fluyen de las mismas.
El volumen del fluido limpiador que fluye dentro
del tubo de alimentación 16 está controlado por un conjunto de
válvula de asiento cónico 48 que controla el flujo del fluido
limpiador. El conjunto de válvula de asiento cónico 48 se acciona a
través de unas articulaciones, tales como la primera, segunda y
tercera articulaciones 50, 52, 54 mostradas en la Figura 1. La
primera, segunda y tercera articulaciones 50, 52, 54 se acoplan por
el movimiento del carro 18 a través de una varilla 56 del carro,
permitiendo así que el fluido limpiador fluya dentro del tubo de
alimentación 16 a medida que el carro 18 se mueva. El carro 18 está
conectado a la varilla 56 del carro de manera que los componentes
respectivos 18, 56 se muevan entre sí, al unísono. La varilla 56
del carro está conectada también pivotalmente a una porción superior
58 de la primera articulación 50 de manera que la porción superior
58 se mueva también al unísono con el carro 18. Una porción media 60
de la primera articulación 50 está conectada pivotalmente a la
segunda articulación 52 de manera que la primera articulación 50
gire alrededor de la porción media 60 a medida que el carro 18 se
mueva. El movimiento giratorio de la primera articulación 50 hace
que una porción inferior 62 de la primera articulación 50 se mueva
en una dirección opuesta a la de la porción superior 58. La porción
inferior 62 de la primera articulación 50 está conectada a la
tercera articulación 54, moviendo así la tercera articulación 54 en
una dirección opuesta a la del carro 18. La segunda articulación 52
mostrada en las Figuras 1 a 4, está conectada rígidamente a una
porción del conjunto de válvula de asiento cónico 48 por cualquier
medio apropiado, tal como un sujetador o una junta de soldadura.
Alternativamente, la segunda articulación 52 es una porción integral
del conjunto de válvula de asiento cónico 48.
El movimiento de la tercera articulación 54
acciona transversalmente a una porción del conjunto de válvula de
asiento cónico 48, según se describirá más detalladamente a
continuación. La fuerza de la tercera articulación 54 ejercida
sobre el conjunto de válvula de asiento cónico 48 puede variar
basándose en la proporción de la distancia existente entre la
porción superior 58 y la porción media 60 y la distancia entre la
porción media 60 y la porción inferior 62.
Refiriéndonos ahora a las Figuras 2 hasta 4, el
conjunto de válvula de asiento cónico 48 se describirá ahora más
detalladamente. El conjunto de válvula de asiento cónico 48 incluye
un alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico que define un
conducto 66 totalmente pasante que conecta hidráulicamente una
tubería de alimentación (no mostrada) al tubo de alimentación 16.
Más específicamente, la tubería de alimentación, la cual puede ser
cualquier conducto apropiado que transporte un fluido, está
conectada a una entrada 68 conformada en una cara inferior 69 del
alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico para suministrar el
fluido limpiador al conjunto de válvula de asiento cónico 48.
Adicionalmente, está conformada también una abertura 70 en una cara
lateral 69 del alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico para
suministrar el fluido limpiador al tubo de alimentación 16. La cara
inferior 71 está asegurada, preferiblemente, a la tubería de
alimentación a través de una pluralidad de sujetadores (no
mostrados) que se extienden a través de las aberturas 73 conformadas
en el alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico, o por
cualquier otro procedimiento apropiado. Adicionalmente, la cara
lateral 69 está asegurada al tubo de alimentación 16 por una
conexión de placa de fijación, o por cualquier otro procedimiento
apropiado. Las caras 69 y 71, respectivas, son por lo general
preferiblemente perpendiculares entre sí a fin de corresponder a la
orientación de los componentes que existen actualmente, la tubería
de alimentación y el tubo de alimentación 16.
El alojamiento 64 de la válvula de asiento
cónico define además un primer conducto 72 que se extiende desde la
entrada 68 a lo largo de un primer eje 74 que se muestra de una
manera generalmente vertical en la Figura 3. Adicionalmente, el
alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico define también un
segundo conducto 76 que se extiende desde la abertura 70 a lo largo
de un segundo eje 78 que se muestra de una manera sustancialmente
horizontal en la Figura 3. Los dos conductos 72 y 76 convergen en un
punto de intersección 80 que está sellado selectivamente por una
cabeza 82 de la válvula de asiento cónico de traslación.
La cabeza 82 de la válvula de asiento cónico
tiene una circunferencia generalmente redonda para que sea capaz de
conformar selectivamente un cierre sustancialmente estanco al fluido
con el alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico para separar
selectivamente entre sí el primero y segundo conductos 72, 76 y para
evitar selectivamente que el fluido limpiador fluya a través de los
mismos. La cabeza 82 de la válvula de asiento cónico está conectada
a la tercera articulación 54 y es capaz de deslizarse
transversalmente a lo largo del segundo eje 78. Por lo tanto, a
medida que se acciona el carro 18 y que, por lo tanto, haga que se
muevan las articulaciones, la tercera articulación 54 hace que la
cabeza 82 de la válvula de asiento cónico se mueva transversalmente
en una dirección opuesta a la del carro 18. En las figuras, la
cabeza 82 de la válvula de asiento cónico se mueve a lo largo de
una trayectoria generalmente lineal, no obstante, se puede mover
también a lo largo de cualquier trayectoria apropiada con la
presente invención.
El ventilador de hollín 10 puede incluir uno o
más dispositivos, referidos aquí como un tope 83, para desconectar
y conectar temporalmente la conexión entre el carro y la cabeza 82
de la válvula de asiento cónico. Más específicamente, el tope 83
está conectado con la varilla 56 del carro cuando el carro 18 esté
posicionado cerca del conjunto de válvula de asiento cónico 48 para
abrir y cerrar la cabeza 82 de la válvula de asiento cónico. No
obstante, una vez que el carro 18 se haya movido distalmente hasta
una distancia predeterminada, entonces se desconectará el tope 83
de la varilla 56 del carro para desconectar temporalmente la
conexión entre los componentes 82, 83, respectivos. Por ejemplo,
cuando el carro 18 se mueva distalmente desde la posición natural de
reposo mostrada en la Figura 1, entonces se acciona la cabeza 82 de
la válvula de asiento cónico junto con el carro 18. No obstante,
una vez que el carro 18 se mueva hasta el punto predeterminado a lo
largo del tubo de alimentación 16, entonces el tope 83 se
desconectará de la varilla 58 del carro a través de un mecanismo de
liberación. Inmediatamente después de que el carro 18 retorna a la
posición natural de reposo, entonces el tope 83 se trabará
nuevamente con la varilla 56 del carro y hará que se cierre la
cabeza 82 de la válvula de asiento cónico.
En la Figura 3 se muestra la cabeza 82 de la
válvula de asiento cónico en una posición cerrada 84 en donde el
área en sección transversal del segundo conducto 76 está
sustancialmente obstruida a fin de evitar que el fluido fluya a
través de la misma. La cabeza 82 de la válvula de asiento cónico
está situada en la posición cerrada 84 cuando el carro 18 esté
situado en la posición natural de reposo mostrada en la Figura 1, de
tal manera que el fluido limpiador no sea expulsado de la tobera 46
cuando no se haya extendido aun el tubo en forma de lanza 14 dentro
de la caldera.
Adicionalmente, la cabeza 82 de la válvula de
asiento cónico se mueve hasta una posición abierta 86, mostrada en
la Figura 4, en donde el área en sección transversal del segundo
conducto 76 no está sustancialmente obstruida permitiendo que el
flujo limpiador fluya a través de la misma. La cabeza 82 de la
válvula de asiento cónico está situada en la posición abierta 86
cuando el carro 18 y el tubo en forma de lanza 14 se hayan extendido
hacia adelante desde la posición mostrada en la Figura 1. Por lo
tanto, el fluido limpiador es expulsado de la tobera 46 cuando el
tubo en forma de lanza 14 esté extendido dentro de la caldera.
La cabeza 82 de la válvula de asiento cónico y
el alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico, cada uno de los
cuales, incluye preferiblemente unos componentes que proporcionan un
cierre estanco a los fluidos. Por ejemplo, un retén de cierre 88
está encastrado en el alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico
y la cabeza 82 de la válvula de asiento cónico incluye una cara
satélite 90 que está alineada con el retén de cierre 88. El retén
de cierre 88 mostrado en las Figuras se extiende alrededor de uno de
los bordes 92 del alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico,
sustancialmente para evitar que el retén de cierre 88 sea retirado
a la fuerza del alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico. La
cara satélite 90 sobresale del cuerpo de la cabeza 82 de la válvula
de asiento cónico de tal manera que sea flexible, mejorando así el
cierre entre los componentes 88, 90 respectivos. El retén de cierre
88 y la arandela 90 los dos están compuestos preferiblemente de
acero inoxidable y/o de un material de cementación.
Para favorecer adicionalmente el cierre entre la
cabeza 82 de la válvula de asiento cónico y el alojamiento 64 de la
válvula de asiento cónico, la cabeza 82 de la válvula de asiento
cónico se cierra en la dirección del flujo del fluido, indicada
generalmente por el número de referencia 94. Esta configuración hace
que el fluido limpiador impulse la cabeza 82 de la válvula de
asiento cónico hacia la posición cerrada 84, en el transcurso de
ciertas posiciones de la cabeza 82 de la válvula de asiento cónico.
Por ejemplo, el fluido limpiador puede dar lugar también a un
impulso parecido si la cabeza 82 de la válvula de asiento cónico
está situada en una posición tal que el fluido limpiador sea capaz
de fluir detrás de una superficie posterior 98 de la cabeza 82 de
la válvula de asiento cónico.
No obstante, otro mecanismo para favorecer el
cierre entre la cabeza 82 de la válvula de asiento cónico y el
alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico es un mecanismo de
muelle, tal como una pluralidad de arandelas Belleville o un muelle
de ondas multivueltas 100 que impulsa la cabeza 82 de la válvula de
asiento cónico hacia la posición cerrada 84. Alternativamente, se
puede usar cualquier mecanismo de impulsión apropiado, tal como
otros tipos de muelles. Un manguito 102 circunda a, y está acoplado
con la tercera articulación 54 para que los componentes 54 y 102 se
muevan al unísono. El manguito 102 incluye una brida 104 que se
traba con un primer extremo de las arandelas Belleville 100 y el
alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico incluye una brida
106 que se traba con el otro extremo de las arandelas Belleville 100
para impulsar el manguito 102 lejos del alojamiento 64 de la
válvula de asiento cónico.
Según se muestra en las Figuras, la cabeza 82 de
la válvula de asiento cónico incluye una superficie 108 generalmente
curvada para minimizar las pérdidas de presión del flujo a medida
que el fluido limpiador fluya a través del conducto 66.
Preferiblemente, la superficie curvada 108 está, por lo general,
curvada a lo largo de un primer plano que se extiende a lo largo de
la sección transversal mostrada en las Figuras 3 y 4. Por ejemplo,
la superficie curvada 108 define un primer radio de curvatura 110 a
lo largo del primer plano, según se muestra en la Figura 4.
Adicionalmente, también la superficie curvada 108 está, por lo
general, preferiblemente curvada a lo largo de un segundo plano que
se extiende a lo largo de la sección transversal mostrada en la
Figura 5. Por ejemplo, la superficie curvada 108 define un segundo
radio de curvatura 111 a lo largo del segundo plano, según se
muestra en la Figura 5. Las curvaturas conformadas a lo largo de los
planos respectivos minimizan las pérdidas de flujo al proporcionar
una superficie lisa de contacto (la superficie curvada 108) para el
fluido limpiador a lo largo de tres dimensiones.
Preferiblemente, el primer radio de curvatura
110 es generalmente igual que uno de los diámetros 112 del primer
conducto 72 y que uno de los diámetros 114 del segundo conducto 76.
En esta configuración, el flujo del fluido limpiador no está
limitado sustancialmente mientras que el flujo a lo largo del
conducto 66 y la trayectoria del flujo del fluido limpiador es
generalmente lisa. Cuando el conjunto válvula de asiento cónico 48
esté situado en la posición abierta, entonces se proporciona una
trayectoria de flujo sin obstrucciones para hacer fluir el fluido
limpiador. Esto se percibe en las válvulas de asiento cónico de la
técnica anterior en las cuales la cabeza de la válvula permanece en
la posición de flujo.
Según se ha descrito anteriormente, el tubo de
alimentación 16, el cual tiene preferiblemente un diámetro exterior
45 de 6,985 cm., está conectado hidráulicamente al conjunto válvula
de asiento cónico 48. Más específicamente, el alojamiento 64 de la
válvula de asiento cónico define una porción de diámetro alargado
124 en el extremo del segundo conducto 76 que recibe y conforma un
retén estanco a los fluidos con el tubo de alimentación 16. Por lo
tanto, la porción de diámetro alargado 124 tiene, preferiblemente,
un diámetro interior 126 (véase la Figura 2) de aproximadamente
6,985 cm. Además, para evitar las pérdidas de flujo, el segundo
conducto 76 tiene preferiblemente un diámetro interior 128
generalmente igual que el diámetro interior del tubo de
alimentación 16. Por lo tanto, debido a que el tubo de alimentación
tiene una pared de un grosor igual a 0,47625 cm., entonces el
diámetro interior 128 del segundo conducto 76 mostrado en las
Figuras es, por lo general, igual a 6,0325 cm., lo cual se calcula
a partir de la fórmula siguiente:
(Diámetro
exterior- (2 . Grosor de la Pared) = 6,985 -(2 . 0,47625) = 6,985 -
0,9525 =
6,0325.
La cabeza 82 de la válvula de asiento cónico
incluye un mecanismo anti-rotación para evitar que
la superficie curvada 108 esté desalineada con la dirección del
flujo de fluido 94. El mecanismo de anti-rotación se
muestra como una junta articulada 116 entre la primera articulación
50 y la tercera articulación 54 para evitar la rotación entre las
mismas. Además, la cabeza 82 de la válvula de asiento cónico está
conectada a la tercera articulación 54 para evitar la rotación
entre las mismas. Alternativamente, el mecanismo de
anti-rotación puede evitar directamente la rotación
entre el alojamiento 64 de la válvula de asiento cónico y la cabeza
82 de la válvula de asiento cónico, tal como por medio de una
conexión de ranura y lengüeta (no mostrada) conformada entre los
componentes 64 y 82, respectivos.
La superficie curvada 108 mostrada en las
Figuras minimiza las pérdidas de presión del flujo a través de la
cabeza 82 de la válvula de asiento cónico, minimizando así la
presión de entrada del fluido limpiador requerida (la presión del
fluido limpiador que entra dentro del conjunto válvula de asiento
cónico 48) necesaria para proporcionar una presión de salida
suficientemente alta (la presión del fluido limpiador suministrado
al tubo de alimentación 16 desde el conjunto válvula de asiento
cónico 48) necesaria para producir un efecto de limpieza deseado.
Como un ejemplo cuantitativo de las pérdidas de presión del flujo a
través del conjunto válvula de asiento cónico 48, cuando el fluido
limpiador tenga un número de Reynolds típico para los ventiladores
de hollín tal como de 1,5 millones o superior, entonces el conjunto
será capaz de proporcionar una presión de salida de aproximadamente
unos 827,586 kPa al introducir una corriente de fluido limpiador a
la entrada 68 a una presión de entrada de aproximadamente (1034,482
- 965,517 kPa). En este ejemplo, el cambio de la presión a través
de la cabeza 82 de la válvula de asiento cónico se calcula mediante
la fórmula siguiente:
\Delta P = K
\frac{\rho \cdot V^{2}}{2g \cdot
c}
\DeltaP es el cambio de la presión entre los
puntos primero y segundo,
K es un sistema constante correspondiente al
factor de pérdidas del sistema,
\rho es la densidad del fluido limpiador,
g es una constante correspondiente a la
aceleración de la gravedad;
V es un cambio de altura del líquido limpiador a
medida que fluye entre los puntos primero y segundo, y
V es la velocidad del líquido limpiador.
\vskip1.000000\baselineskip
Según puede observarse en la fórmula anterior,
el cambio de presión a través de la cabeza 82 de la válvula de
asiento cónico y el factor de pérdidas K son directamente
proporcionales entre sí. Por lo tanto, sería deseable para el
sistema a fin de minimizar el factor de pérdidas K minimizar
las pérdidas de presión causadas por la válvula de asiento cónico
48. El diseño mostrado en las Figuras tiene un factor de pérdidas
(K) que está comprendido generalmente entre 1,75 y 1,25. Los
sistemas usados actualmente tienen, típicamente, un factor de
pérdidas de 6,0 ó mayor. Por lo tanto, el diseño mostrado en las
Figuras ofrece una ventaja significativa para los sistemas usados
actualmente.
El alojamiento 64 de la válvula de asiento
cónico define una pluralidad de conductos de derivación 122 para
suministrar una corriente de baja presión de un fluido limpiador
secundario al volumen interior de la caldera cuando la cabeza 82 de
la válvula de asiento cónico esté situada en la posición cerrada 84.
Más específicamente, cada uno de los conductos de derivación 122
mostrados en las Figuras se extiende desde el aire ambiente hasta
el conducto 66 corriente debajo de la cabeza 82 de la válvula de
asiento cónico, para de esta manera conectar hidráulicamente el
aire ambiente y el volumen interior de la caldera independientemente
de la posición en que esté situada la cabeza 82 de la válvula de
asiento cónico. La configuración anterior permite que el fluido
secundario, por ejemplo, aire, agua o vapor, pueda fluir dentro del
tubo de alimentación 16 y a través de la tobera 46 para evitar que
se acumulen los residuos alrededor de la tobera 46.
Cuando la cabeza 82 de la válvula de asiento
cónico esté situada en la posición abierta 86, entonces el fluido
limpiador de alta presión barrerá los residuos de la tobera 46,
haciendo así que el fluido limpiador secundario se considere
temporalmente innecesario. Por lo tanto, el alojamiento 64 de la
válvula de asiento cónico puede incluir un mecanismo de válvula
secundario (no mostrado) que evite que fluya el fluido limpiador
secundario cuando no sea deseable, tal como cuando la cabeza 82 de
la válvula de asiento cónico esté situada en la posición abierta
86. Además, el mecanismo de válvula secundario puede incluir también
un mecanismo de válvula sin retorno (unidireccional) para evitar
que el fluido limpiador a alta presión salga del ventilador de
hollín 10 a través del conducto de derivación 122.
Algunas calderas funcionan con un vacío parcial,
de manera que la presión comprendida en el volumen interior de la
caldera sea menor que la presión ambiente. Por lo tanto, para dicha
caldera se introduce el aire de manera natural dentro del volumen
interior de la caldera a través del conducto de derivación 122.
Alternativamente, se puede usar un dispositivo de bomba de
desplazamiento positivo para suministrar el fluido limpiador
secundario dentro del volumen interno de la caldera.
El conducto de derivación 122 se puede usar
también para proporcionar un aumento de la presión del fluido
limpiador en el tubo de alimentación 16. Por ejemplo, un dispositivo
de desplazamiento del fluido, tal como una bomba, puede estar
conectado con el conducto de derivación 122 para aumentar la presión
del fluido limpiador cuando la cabeza 82 de la válvula de asiento
cónico esté situada en la posición abierta 86. Alternativamente, el
dispositivo de desplazamiento del fluido puede estar situado en otra
posición que no sea adyacente al conducto de derivación 122.
Refiriéndonos ahora a las Figuras 6a hasta 8b,
en las que se muestra un conjunto de válvula de asiento cónico 248
alternativa, que tiene una cabeza 246 de la válvula de asiento
cónico con una superficie 247 de la cabeza de la válvula
generalmente curvada. La superficie 247 de la cabeza de la válvula
está generalmente curvada a lo largo de un solo plano, de tal
manera que la naturaleza curvada de la superficie sea bidimensional,
en lugar de la naturaleza curvada tridimensional de la cabeza de la
válvula de asiento cónico mostrada en las Figuras 2 a 5. No
obstante, en otro diseño alternativo la cabeza de la válvula de
asiento cónico tiene una forma generalmente esférica. En este
diseño, el componente esférico se puede mover de manera rotacional o
transversalmente entre una posición abierta y una posición
cerrada.
El conjunto de válvula de asiento cónico 248
mostrado en las Figuras 6a hasta 8b incluye también un conjunto de
articulaciones alternativas, que incluye una primera, segunda y
tercera articulaciones 250, 252, 254. La primera, segunda y tercera
articulaciones 250, 252, 254 se traban por el movimiento del carro
18 a través de la varilla 56 del carro, permitiendo así que el
fluido limpiador pueda fluir dentro del tubo de alimentación 16 a
medida que el carro 18 se mueva. Más específicamente, el carro 18
está interconectado a una porción superior 255 de la primera
articulación 250 para convertir el movimiento de traslación del
carro 18 en un movimiento giratorio de la primera articulación
250.
La primera articulación 250 incluye un primer
punto giratorio 258, para aplicar un par de torsión relativamente
alto sobre la tercera articulación 254 y un segundo punto giratorio
260 para aplicar un par de torsión menor sobre la tercera
articulación 254. Más específicamente, cuando la cabeza 246 de la
válvula de asiento cónico esté situada en la posición cerrada 261 y
la presión del fluido esté incitando a la cabeza 246 de la válvula
de asiento cónico a permanecer en la posición cerrada 247, entonces
la primera articulación 250 gira alrededor del primer punto
giratorio 258 y se desliza dentro de una ranura 262 conformada en la
segunda articulación 252. Este movimiento hace que la porción
inferior 264 y la tercera articulación 254 se muevan en la dirección
opuesta a la del carro 18, abriendo así la cabeza 246 de la válvula
de asiento cónico. Cuando la primera articulación 250 esté girando
alrededor al primer punto giratorio 258 entonces un primer brazo del
momento 266 relativamente grande, actúa sobre el carro 18, haciendo
así que descienda la fuerza requerida para abrir inicialmente la
cabeza 246 de la válvula de asiento cónico. El primer punto
giratorio 258 mostrado en las Figuras está definido por un pasador
generalmente cilíndrico 268 y por una superficie de alojamiento 270
generalmente curvada que están configurados para permitir la
rotación del pasador 268.
Según se muestra en las Figuras 7a y 7b, a
medida que la cabeza 246 de la válvula de asiento cónico se esté
abriendo parcialmente, entonces la primera articulación 250 se
desliza hasta la porción situada más hacia la derecha de la ranura
262 que está conformada en la segunda articulación 252, haciendo así
que la primera articulación 250 gire alrededor del segundo punto
giratorio 260. El segundo punto giratorio 260 está definido por un
pasador 272 y por la ranura 262 que recibe al pasador 272 y permite
la rotación del mismo. La rotación alrededor del segundo punto
giratorio 260 crea un segundo brazo del momento 274 relativamente
pequeño que actúa sobre el carro 18. No obstante, la fuerza
requerida para abrir adicionalmente la cabeza 246 de la válvula de
asiento cónico no se incrementará necesariamente debido al brazo del
momento más corto ya que el flujo del fluido 276 será capaz ahora
de fluir a través de una abertura conformada entre la cabeza 246 de
la válvula de asiento cónico y el alojamiento de la válvula de
asiento cónico, impulsando así la cabeza 246 de la válvula de
asiento cónico hacia una posición abierta.
A continuación, según se muestra en las Figuras
8a y 8b, la primera articulación 250 continúa girando alrededor del
segundo punto giratorio 260 y la cabeza 246 de la válvula de asiento
cónico se mueve hasta una posición abierta 278. Mientras que esto
ocurre, el pasador 268 se desliza alejándose de la superficie de
alojamiento curvada 270. El segundo brazo del momento 274
relativamente pequeño que actúa sobre el carro 18 se complementa
con un brazo del momento 280 relativamente grande que actúa sobre la
tercera articulación 254, dando lugar así a un movimiento
relativamente rápido de la cabeza 246 de la válvula de asiento
cónico hacia la posición abierta 278.
El conjunto de válvula de asiento cónico 248
incluye un conducto de derivación 322 para suministrar una corriente
de baja presión de un fluido limpiador secundario hacia el volumen
interior de la caldera cuando el conjunto de válvula de asiento
cónico esté situado en la posición cerrada. Más específicamente, el
conducto de derivación 322 mostrado en las Figuras 6a hasta 8b se
extiende desde el aire ambiente dentro del conjunto de válvula de
asiento cónico 248 para, de esta manera, conectar hidráulicamente el
aire ambiente y el volumen interior de la caldera
independientemente de la posición en que esté situada la cabeza de
la válvula de asiento cónico. La configuración anterior permite que
el fluido limpiador secundario, por ejemplo, aire, agua o vapor,
fluya dentro del tubo de alimentación 16 y a través de la tobera 46
para evitar que se acumulen los residuos alrededor de la tobera 46.
El conducto de derivación 122 se puede extender también a través del
alojamiento de la válvula de asiento cónico conformando un ángulo
en la dirección vertical.
Por lo tanto, se pretende que la descripción
detallada anterior se considere como ilustrativa y no como
limitativa y que debe entenderse que las reivindicaciones
siguientes, incluyendo todas las equivalentes, están dirigidas a
definir el alcance de esta invención.
Claims (17)
1. Un conjunto (48) de válvula de asiento cónico
para su uso en un ventilador de hollín (10) configurado para
retirar los residuos desde el volumen interior de una caldera,
comprendiendo el conjunto (48) de válvula de asiento
cónico:
cónico:
- -
- un alojamiento (64) de la válvula que define un primer conducto (72) que se extiende a lo largo de un primer eje (74) y un segundo conducto (76) que se extiende a lo largo de un segundo eje (78) que es genéricamente perpendicular al primer eje (74); y
- -
- una cabeza (82) de válvula configurada para moverse de una manera generalmente transversal con respecto al alojamiento (64) de la válvula entre una posición abierta y una posición cerrada, definiendo la cabeza (82) de la válvula una superficie de conexión (108) generalmente curvada que se extiende entre el primero y segundo conductos (72, 76), de manera que la válvula tenga un factor de pérdidas sustancialmente menor que 6,0 cuando la válvula está en la posición abierta.
2. Un conjunto (48) de válvula de asiento cónico
de acuerdo con la Reivindicación 1, siendo el factor de pérdidas
menor que o igual a 3,0 cuando la cabeza (82) de la válvula esté
situada en la posición abierta.
3. Un conjunto (48) de válvula de asiento cónico
de acuerdo con la Reivindicación 2, siendo el factor de pérdidas
menor que o igual a 1,5 cuando la cabeza (82) de la válvula esté
situada en la posición abierta.
4. Un conjunto (48) de válvula de asiento cónico
de acuerdo con la Reivindicación 3, siendo el factor de pérdidas
menor que o igual a 0,5 cuando la cabeza (82) de la válvula esté
situada en la posición abierta.
5. Un conjunto (48) de válvula de asiento cónico
de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 4, estando el
primero y segundo conductos (72, 76) sustancialmente sin
obstrucciones cuando la cabeza (82) de la válvula está en la
posición abierta.
6. Un conjunto (48) de válvula de asiento cónico
de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones anteriores, en el
que la superficie de conexión (108) generalmente curvada tiene un
radio de curvatura sustancialmente constante a lo largo de un
primer plano.
7. Un conjunto (48) de válvula de asiento cónico
de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones anteriores, que
comprende además una articulación configurada para mover la cabeza
(82) de la válvula dentro del alojamiento (64) de la válvula entre
unas posiciones abierta y cerrada.
8. Un conjunto (48) de válvula de asiento cónico
según la Reivindicación 7, en el que el conjunto de articulación
gira alrededor de un primer eje para mover la cabeza (82) de la
válvula dentro del alojamiento de la válvula.
9. Un conjunto (48) de válvula de asiento cónico
según la Reivindicación 8, en el que el conjunto de articulación
gira alrededor del primer eje durante un primer margen de recorrido
de la cabeza (82) de la válvula y gira alrededor del segundo eje
durante un segundo margen de recorrido de la cabeza (82) de la
válvula.
10. Un conjunto (48) de válvula de asiento
cónico de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones anteriores,
en el que una porción del alojamiento (64) de la válvula situada a
lo largo del segundo conducto (76) tiene un diámetro interior (126)
generalmente igual a 6,985 cm.
11. Un procedimiento de suministro de un fluido
limpiador dentro de un volumen interior de una caldera, que
comprende las etapas de:
- -
- insertar un tubo en forma de lanza (14) dentro del volumen interior para suministrar el fluido limpiador dentro del volumen interior de la caldera;
- -
- proporcionar una válvula en comunicación hidráulica con el tubo en forma de lanza (14) para suministrar el fluido limpiador a la misma, que tiene un número de Reynolds mayor de 1,5 millones; y
- -
- suministrar el fluido limpiador a la válvula a una presión menor que, o igual a 1379,31 kPa, de tal manera que el fluido limpiador salga de la válvula a una presión mayor que, o igual a 689,655 kPa.
12. Un procedimiento de suministro de fluido
limpiador de acuerdo con la Reivindicación 11, en el que la primera
presión es menor que o igual a 1103,448 kPa y la segunda presión es
mayor que o igual a 827,586 kPa.
13. Un procedimiento de suministro de fluido
limpiador de acuerdo con la Reivindicación 11 ó 12, en el que el
fluido limpiador penetra dentro de la válvula fluyendo a lo largo
del primer eje y sale de la válvula fluyendo a lo largo de un eje
que es sustancialmente perpendicular al primer eje.
14. Un conjunto de válvula de asiento cónico de
acuerdo con la Reivindicación 6, en el que los ejes primero y
segundo (74, 78) se extienden en el primer plano.
15. Un conjunto de válvula de asiento cónico de
acuerdo con la Reivindicación 6, en el que el radio de curvatura es
genéricamente igual que el diámetro del primer conducto (72).
16. Un conjunto de válvula de asiento cónico de
acuerdo con la Reivindicación 6, en el que la superficie de
conexión tiene una superficie genéricamente curvada definida por un
radio de curvatura sustancialmente constante a lo largo de un
segundo plano ortogonal al primer plano.
17. Un conjunto de válvula de asiento cónico de
acuerdo con la Reivindicación 15, en el que la cabeza (82) de
válvula tiene una forma genéricamente esférica.
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