ES2426465T3 - Conjunto de válvula - Google Patents

Abstract

Conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) para regular el flujo de fluido entre una cámara de trabajo (104, 414) de lamáquina de trabajo con fluido (100) y un colector de fluido (102, 116), comprendiendo el conjunto de válvula uncuerpo de válvula que comprende un asiento de válvula, un paso de fluido (6) que se extiende a través del cuerpo dela válvula, y un miembro de avance (12, 14, 16) (206, 208, 210) (304, 306) (402, 404, 406) que comprende unmiembro de válvula (12, 210, 306, 402), cuyo miembro de válvula es operativo entre una posición abierta, en la queel miembro de válvula esta espaciado aparte del asiento de la válvula y el fluido puede fluir a través del paso defluido y una posición cerrada, en la que el miembro de la válvula está en contacto de sellado con el asiento de laválvula, previniendo que el fluido fluya a través del paso de fluido, definiendo, además, el conjunto de válvula unatrayectoria de flujo de fluido (40, 218, 310) que pasa, en un primer modo de flujo de fluido, entre el miembro deválvula y el asiento de la válvula, y dentro del paso de fluido, caracterizado por que el conjunto de válvulacomprende, además, una barrera (220, 308, 416) curso arriba del miembro de válvula dispuesta de tal manera que,en el primer modo de flujo de fluido, el fluido recibido fluye hacia la barrera y es desviado alrededor de una periferiadel miembro de válvula por la barrera, para reducir de esta manera una o más de las fuerzas que en otro casoactuarían sobre el miembro de válvula como resultado del flujo de fluido para empujar el miembro de válvula hacia elasiento de la válvula.

Description

Conjunto de válvula

Campo de la invención

La invención se refiere al campo de conjuntos de válvulas adecuados para regular el flujo de fluido entre una cámara de trabajo de una máquina de trabajo con fluido y un colector de fluido, que incluyen, pero no están limitados a conjuntos de válvulas controlables electrónicamente.

Antecedentes de la invención

Las máquinas de trabajo de fluido incluyen máquinas accionadas con fluido y/o de accionamiento con fluido, tales como bombas, motores y máquinas que pueden funcionar o bien como una bomba o como un motor en diferentes modos de funcionamiento. Aunque la invención se ilustrará con referencia a aplicaciones, en las que el fluido es un líquido, tal como un líquido generalmente compresible, el fluido podría ser alternativamente un gas.

Cuando una máquina de trabajo con fluido funciona como una bomba, un colector de baja presión actúa típicamente como una fuente neta de fluido y un colector de alta presión actúa típicamente como un sumidero neto para fluido. Cuando una máquina de trabajo con fluido funciona como un motor, un colector de alta presión actúa típicamente como una fuente neta y un colector de baja presión actúa típicamente como un sumidero neto para fluido. Dentro de esta descripción y de las reivindicaciones anexas, los términos “colector de alta presión” y “colector de baja presión” se refieren a colectores con presiones más altas y más baja relativas entre sí. La diferencia de la presión entre los colectores de alta y de baja presión y los valores absolutos de la presión en los colectores de alta y baja presión dependerán de la aplicación. Una máquina de trabajo con fluido puede tener más de un colector de baja presión y puede tener más de un colector de alta presión.

La invención se refiere a conjuntos de válvulas adecuados para uso en la regulación del flujo de fluido entre una cámara de trabajo de una máquina de trabajo con fluido y un colector. Los conjuntos de válvulas incluyen un miembro de válvula y un asiento de válvula y, de acuerdo con ello, son de asiento frontal. Las válvulas de acuerdo con la invención pueden ser útiles con una amplia gama de tipos de máquina de trabajo con fluido. Sin embargo, los objetos a los que se refiere la invención se describirán ahora con referencia al ejemplo específico de conjuntos de válvulas adecuados para uso con máquinas de trabajo con fluido conocidas que comprenden una pluralidad de cámaras de trabajo de volumen variable cíclicamente, en las que el desplazamiento de fluido a través de las cámaras de trabajo es regulado por válvulas controlables electrónicamente, sobre una base de ciclo por ciclo y en relación de fases con respecto a ciclos de volumen de la cámara de trabajo para determinan el rendimiento neto del fluido a través de la máquina.

Por ejemplo, el documento EP 0 361 927 describe un método de control del rendimiento neto de fluido a través de una bomba de cámaras múltiples abriendo y/o cerrando válvulas de resorte controlables electrónicamente, en relación de fases con respecto a ciclos del volumen de la cámara de trabajo, para regular la comunicación de fluido entre cámaras de trabajo individuales de la bomba y un colector de baja presión. Como resultado, las cámaras individuales son seleccionables por un controlador, sobre una base de ciclo por ciclo, o bien para desplazar un volumen fijo predeterminado de fluido o para emprender un ciclo en vacío sin desplazamiento neto de fluido, permitiendo de esta manera que el rendimiento neto de la bomba coincide dinámicamente con la demanda. El documento EP 0 494 236 ha desarrollado este principio y ha incluido válvula de resorte controlables individualmente, que regulan la comunicación de fluido entre cámaras de trabajo individuales y un colector de alta presión, facilitando de esta manera la provisión de un de una máquina de trabajo con fluido que funciona o bien como una bomba o como un motor en modos operativos alternativos. El documento EP 1 537 333 ha introducido la posibilidad de ciclos parciales, permitiendo que los ciclos individuales de las cámaras de trabajo individuales desplacen cualquiera de una pluralidad de volúmenes diferentes de fluido para adaptarse mejor a la demanda.

Se conocen conjuntos de válvula de este tipo a partir de los documentos US 20060070666, WO 0169114, US 4058287 y JP 60146966.

Las máquinas de trabajo con fluido de este tipo requieren la apertura y el cierre rápidos de válvulas controlables electrónicamente, que son capaces de regular el flujo de fluido dentro y fuera de una cámara de trabajo desde y hacia el colector de baja presión y, en algunas formas de realización, el colector de alta presión. La válvula controlable electrónicamente que regula el flujo de fluido entre una cámara de trabajo y el colector de baja presión está orientada típicamente de tal manera que el miembro de válvula (por ejemplo, una cabeza de válvula de resorte) se mueve en el mismo sentido que la dirección de flujo de fluido a través del asiento de la válvula durante una carrera de escape, en la que el fluido es ventilado al colector de baja presión. Durante una carrera de escape en vacío, en la que el fluido que ha sido recibido desde el colector de baja presión en la carga de entrada precedente es retornado al colector de baja presión, el caudal punta del flujo de fluido es muy alto. En estas circunstancias, unas fuerzas que resultan desde al menos cuatro fenómenos diferentes, que se describirán ahora, impulsan a la cabeza de la válvula de resorte hacia el asiento de la válvula.

1. Con el fin de facilitar un fluido de fluido rápido con pérdidas mínimas de energía, reduciendo al mínimo al mismo tiempo la distancia sobre la que debe desplazarse la cabeza de resorte, es ventajoso incrementar a máximo el área de la sección transversa de la trayectoria de flujo de fluido, reducir al mínimo el intersticio

5 entre el asiento de la válvula y la cabeza de resorte, e incrementar al máximo el volumen de fluido alrededor del resto de la cabeza de resorte. Esto significa que el fluido fluye más rápidamente en el intersticio entre la cabeza de resorte y el asiento de la válvula. Como resultado, existe una caída de la presión relacionada con la energía cinética que está en su punto máximo (que conduce a un mínimo de la presión del fluido) entre la cabeza de la válvula de resorte y el asiento de la válvula, que actúa por la fuerza

10 para cerrar la válvula. Las fuerzas relacionadas con la energía cinética son proporcionales al cuadrado de la velocidad del fluido y la densidad del fluido y esta fuerza se aplica durante las carreras de entrada y de escape.

2. La resistencia viscosa que resulta del flujo de fluido a través de la superficie de la cabeza de la válvula de resorte actúan en una tangente con respecto a la superficie de la cabeza de resorte. Existe siempre una

15 componente de la tangente de la superficie de la cabeza de resorte en la dirección de cierre, de manera que la resistencia viscosa actúa para cerrar la válvula de resorte durante carreras de escape. La resistencia viscosa es proporcional al producto de la velocidad del fluido y viscosidad del fluido, y es particularmente importante a bajas temperaturas.

3. A medida que el fluido se divide y se desvía más allá del frente de la cabeza de la válvula de resorte, debe

20 realizar cizallamiento a medida que cambia su forma. Esto conduce a una región de alta presión sobre la superficie curso arriba de la corriente de la cabeza de la válvula de resorte y a una región de baja presión sobre la superficie interior (donde el flujo desviado se reúne). El diferencial de la presión resultante actúa para cerrar la válvula de resorte. Las fuerzas de cizallamiento son proporcionales al producto de la velocidad del fluido y la viscosidad del fluido, y son también particularmente importantes a bajas

25 temperaturas.

4. La masa de fluido debe acelerarse también perpendicularmente al eje de flujo, para que se desvíe a lo largo de la cabeza de la válvula de resorte. La aceleración eleva la presión dentro del fluido en el resorte y, por lo tanto, aplica también fuerzas perpendicularmente a la cara alrededor de la cual está siendo desviado (el llamado ‘efecto de chorro’). Estas fuerzas son detectadas por la cabeza de la válvula de resorte y, debido a

30 que las cabezas de las válvulas de resorte tienen típicamente caras curso arriba de la corriente configuradas en forma de cono o de bala con el fin de reducir las fuerzas de cizallamiento, las fuerzas resultantes tienen una componente en la dirección de cierre del resorte. Estas fuerzas relacionadas con la aceleración son proporcionales al producto de la densidad del fluido y la viscosidad del fluido.

La magnitud de las fuerzas resultantes varía en función de la temperatura, la viscosidad del fluido, el caudal de flujo

35 instantáneo y la configuración de la válvula. Por ejemplo, en algunas válvulas, el fluido incide sobre el lado del miembro de válvula antes de circular entre el miembro de válvula y el asiento de la válvula, en lugar de la superficie curso arriba de la corriente, afectando a la magnitud relativa de estas fuerzas.

Como un resultado de estas fuerzas, puede existir un riesgo de que se produzcan carreras de bombeo involuntarias, en las que se desplaza fluido que no ha sido demandado por el controlador. Esto puede afectar en una medida

40 significativa al rendimiento de una máquina que trabaja con fluido, particularmente a baja temperatura y puede ser peligroso. No es práctico superar estas fuerzas simplemente proporcionando campos magnéticos más fuertes para retener la apertura de la válvula, ya que esto incrementaría el consumo de potencia de la válvula y ralentizaría la liberación de la válvula.

Cuestiones similares se pueden plantear en otros tipos de máquina que trabaja con fluido, donde el fluido fluye a

45 través del asiento de la válvula durante al menos algunas circunstancias de funcionamiento en el mismo sentido que se mueve el miembro de válvula hacia el asiento de la válvula para cerrar la válvula.

El objeto de la invención es proporcionar un conjunto de válvula adecuado para regular el flujo de fluido entre una cámara de trabajo de una máquina que trabaja con fluido y un colector de fluido, en el que se mitigan o evitan los efectos de algunas o de todas estas cuatro fuerzas. Esto se consigue en algunas formas de realización reduciendo o

50 eliminando una o más de estas fuerzas y mitigando o evitando de esta manera los efectos de alguna o de todas estas cuatro fuerzas.

Mitigando los efectos de todas estas cuatro fuerzas, se reduce la probabilidad de que la válvula de cierre en un momento erróneo y se puede reducir el consumo de potencia del conjunto de válvula en algunas circunstancias. El conjunto de válvula puede tener, por lo tanto, una visa de trabajo más larga que la conseguida en otro caso.

55 Sumario de la invención

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un conjunto de válvula para regular el flujo de fluido entre una cámara de trabajo de la máquina de trabajo con fluido y un colector de fluido, comprendiendo el conjunto de válvula un cuerpo de válvula que comprende un asiento de válvula, un paso de fluido que se extiende a través del cuerpo de la válvula, y un miembro de avance que comprende un miembro de válvula, cuyo miembro de válvula es operativo entre una posición abierta, en la que el miembro de válvula esta espaciado aparte del asiento de la válvula y el fluido puede fluir a través del paso de fluido y una posición cerrada, en la que el miembro de la válvula está en contacto de sellado con el asiento de la válvula, previniendo que el fluido fluya a través del paso de fluido, definiendo, además, el conjunto de válvula una trayectoria de flujo de fluido que pasa, en un primer modo de flujo de fluido, entre el miembro de válvula y el asiento de la válvula, y dentro del paso de fluido, caracterizado porque el conjunto de válvula comprende, además, una barrera curso arriba del miembro de válvula dispuesta de tal manera que, en el primer modo de flujo de fluido, el fluido recibido fluye hacia la barrera y es desviado alrededor de una periferia del miembro de válvula por la barrera, para reducir de esta manera una o más de las fuerzas que en otro caso actuarían sobre el miembro de válvula como resultado del flujo de fluido para empujar el miembro de válvula hacia el asiento de la válvula.

La barrera debería ser operativa para reducir una o más fuerzas que otro caso actuarían sobre el miembro de válvula como resultado del flujo de fluido para empujar el miembro de válvula hacia el asiento de la válvula. Por lo tanto, la berrera debería formarse y disponerse para reducir una o más fuerzas que en otro caso actuarían sobre el miembro de válvula como resultado del flujo de fluido para empujar el miembro de válvula hacia el asiento de la válvula. Con una o más fuerzas que en otro caso actuarían sobre el miembro de válvula como resultado del flujo de fluido para empujar el miembro de válvula hacia el asiento de la válvula no referimos a fuerzas cinéticas que actuarían sobre el miembro de válvula, o se incrementaría, si no estuviera presenta la barrera, cuyas fuerzas cinéticas resultan a partir del movimiento del fluido adyacente al miembro de válvula, por ejemplo algunas o todas las cuatro fuerzas mencionadas anteriormente. Esto contrasta con fuerzas que resultan de la presión estática. La barrera pude estar formada y dispuesta para reducir dichas fuerzas que está en forma de una pantalla localizada directamente curso arriba del miembro de válvula cuando la válvula está en la posición abierta. Con curso arriba nos referimos a curso arriba en el primer modo de flujo de fluido. Por lo tanto, la barrera protege típicamente una superficie del miembro de la válvula (típicamente toda o parte de la superficie curso arriba del miembro de válvula) del flujo de fluido que en otro caso ejercería una fuerza empujando el miembro de válvula hacia el asiento de la válvula en el primer modo de fluido.

Con preferencia, la barrera es operativa (por ejemplo formada y dispuesta) para reducir o remover la resistencia viscosa a través de la superficie del miembro de válvula en una tangente a una superficie del miembro de válvula, que en otro caso actuaría sobre el miembro de válvula como resultado del flujo de fluido que empuja el miembro de válvula hacia el asiento de válvula en el primer modo de flujo de fluido.

Con preferencia, la barrera es operativa (por ejemplo formada o dispuesta) para reducir o remover fuerzas que resultan a partir de un diferencial de presión creado por el cizallamiento del fluido curso arriba del miembro de válvula que en otro caso actuaría sobre el miembro de válvula como resultado del flujo de fluido para empujar el miembro de válvula hacia el asiento de válvula en el primer modo de flujo de fluido.

Con preferencia, la barrera es operativa (por ejemplo formada y dispuesta) para reducir o remover fuerzas relacionadas con la aceleración que resultan de la aceleración del fluido con una componente perpendicularmente al eje de flujo, de manera que se desvía alrededor del miembro de válvula que en otro caso actuaría sobre el miembro de válvula como resultado del flujo de fluido para empujar el miembro de válvula hacia el asiento de válvula en el primer modo de flujo de fluido.

Con preferencia, la barrera está dispuesta (por ejemplo, localizada) directamente curso arriba del miembro de válvula cuando el miembro de válvula está en la posición abierta. Por lo tanto, al menos algunas de dichas fuerzas pueden ser ejercidas sobre la barrera en lugar de sobre el miembro de válvula. Con preferencia, la barrera está montada fijamente al conjunto de válvula. Típicamente, la barrera está montada fijamente en el cuerpo de válvula.

Con preferencia, la barrera está dispuesta (por ejemplo, localizada) para proteger una superficie del miembro de válvula (típicamente toda o parte de la superficie curso arriba del miembro de válvula) del flujo de fluido que en otro caso ejercería fuerzas que empujan el miembro de válvula hacia el asiento de válvula en el primer modo de flujo de fluido. Por lo tanto, se forma típicamente una región sin flujo o de flujo de fluido mínimo sobre el lado curso arriba del miembro de válvula como resultado de la presencia de la barrera. La barrera puede estar formada o dispuesta de forma que la trayectoria del flujo de fluido no se extiende a través de una parte de la superficie curso arriba del miembro de válvula.

Típicamente, la barrera se extiende a través de toda el área de la superficie que mira curso arriba del miembro de válvula. Sin embargo, se puede conseguir alguna reducción de las fuerzas debidas al flujo de fluido empleando una barrera que se extiende a través de una porción el área de la superficie que mira curso arriba del miembro de válvula.

La barrera puede comprender un borde de barrera que se extiende al menos parcialmente alrededor de una periferia del miembro de válvula.

La barrera desvía típicamente fluido que fluye hacia la barrera en el primer modo de flujo alrededor de una periferia del miembro de válvula. El miembro de válvula puede estar no perforado y la barrera se puede extender a través de parte o toda la superficie del miembro de válvula que está curso arriba en el primer modo de flujo. El miembro de válvula puede comprender una o más aberturas. Por ejemplo, el miembro de válvula puede ser una válvula anular que comprende una o más aberturas. En estos casos, la barrera desvía típicamente fluido que fluye hacia la barrera tanto alrededor de una periferia exterior de la barrera como también a través de una o más aberturas.

Es ventajoso desviar fluido alrededor del miembro de válvula en un conjunto de válvula para regular el flujo de fluido entre una cámara de trabajo de una máquina que trabaja con fluido y un colector de fluido, y para no reducir la presión del fluido curso arriba (en el primer modo de flujo de fluido) del miembro de válvula, facilitando el flujo de fluido rápido requerido en una máquina que trabaja con fluido.

Típicamente, el conjunto de válvula define la trayectoria de flujo de fluido de manera que, en el primer modo de flujo de fluido, el fluido incide sobre la barrera generalmente paralelo a (por ejemplo, paralelo con) el movimiento del miembro de válvula entre la posición abierta y la posición cerrada. La efectividad de la barrera es especialmente altra en esta configuración. La barrera y el miembro de válvula pueden estar coaxiales.

El miembro de avance puede comprender un vástago de válvula. Típicamente la fuerza se transmite al miembro de válvula a través del vástago de la válvula, por ejemplo, por medio de un actuador tal como un polo magnético integral o acoplado con el miembro de avance y que puede ser activado por un electroimán. El vástago de válvula se puede extender, por ejemplo, o bien curso arriba o curso abajo del miembro de válvula (en el primer modo de flujo de fluido). La barrera puede comprender una abertura, por ejemplo, donde el vástago de la válvula se extiende curso arriba del miembro y válvula, el vástago de la válvula se puede extender a través de la abertura.

No obstante, la barrera puede tener que estar simétrica al eje. Por ejemplo, el vástago de la válvula se puede extender a través de una abertura en la barrera en otra posición distinta al centro de la barrera. La barrera puede tener una pluralidad de bordes y, en este caso, la trayectoria de flujo de fluido puede estar adyacente solamente a algunos bordes de la barrera (por ejemplo, un borde externo o interno o no todos los bordes). Por ejemplo, donde la barrera es una barrera anular, la trayectoria de flujo de fluido se puede extender solamente más allá del borde exterior o del borde interior del anillo. Puede ser que el vástago de la válvula separe al menos parte de la trayectoria de flujo de fluido fuerza de la barrera colocándose adyacente al menos a un borde de la barrera, por ejemplo el borde interior de la barrera anular.

Típicamente, el conjunto de válvula define la trayectoria de flujo de fluido de tal manera que, en el primer modo de flujo de fluido, el fluido incide sobre la barrera generalmente desde una sola dirección, por ejemplo a través de un solo orificio.

Por lo tanto, la invención se extiende hasta un conjunto de válvula para regular el flujo de fluido entre una cámara de trabajo de una máquina que trabaja con fluido y un colector de fluido, comprendiendo el conjunto de válvula un cuerpo de válvula que comprende un asiento de válvula, un paso de fluido que se extiende a través del cuerpo de la válvula, y un miembro de avance que comprende un miembro de válvula, cuyo miembro de válvula es operativo entre una posición abierta, en la que el miembro de válvula esta espaciado aparte del asiento de la válvula y el fluido puede fluir a través del paso de fluido y una posición cerrada, en la que el miembro de la válvula está en contacto de sellado con el asiento de la válvula, previniendo que el fluido fluya a través del paso de fluido, definiendo, además, el conjunto de válvula una trayectoria de flujo de fluido que pasa, en un primer modo de flujo de fluido, entre el miembro de válvula y el asiento de la válvula, y dentro del paso de fluido, caracterizado porque el conjunto de válvula comprende, además, una barrera localizada directamente curso arriba del miembro de válvula para desviar fluido alrededor de una periferia del miembro de válvula en el primer modo de flujo de fluido. En esta disposición, la barrera desvía fluido alrededor de la periferia del miembro de válvula en operación en el primer modo de flujo de fluido.

Con preferencia, el miembro de válvula y la barrera se forman y disponen para definir un volumen de contiene fluido entre ellos, cuando el miembro de válvula está en la posición abierta y típicamente también cuando el miembro de válvula está en la posición cerrada. Con preferencia, el miembro de válvula y la barrera se forman y disponen para evitar la formación de una película aplastada entre fuerzas cooperativas del miembro de válvula y la barrera cuando el miembro de válvula está en la posición abierta, que en otro caso restringiría la apertura del conjunto de válvula. El conjunto de válvula comprende típicamente una entrada a través de la cual el fluido es recibido en el primer modo de flujo de fluido. La barrera puede estar localizada intermedia entre la entrada y el miembro de salida. No obstante, en algunas formas de realización, la barrera se extiende curso arriba de la entrada.

La barrera puede estar formada como una lámina de metal estampada.

La barrera puede comprender un miembro de avance que guía la formación (tal como una abertura) dispuesta para

cooperar con y guiar el miembro de avance (con preferencia, el miembro de válvula).

El miembro de válvula comprende típicamente una superficie curso abajo, al menos parte de la cual es operativa para entrar en contacto con el asiento de la válvula cuando la válvula está en la posición cerrada. La barrera, el miembro de válvula y el cuerpo de la válvula pueden estar formados y dispuestos de tal manera que el fluido que fluye a lo largo de la trayectoria de flujo de fluido fluye más allá de la superficie curso abajo en un ángulo de al menos 80º, y con preferencia de al menos 85º, más preferentemente de al menos 90º y mucho más preferentemente mayor de 90º con respecto a la dirección en la que el miembro de válvula es operativo para moverse desde la posición abierta hasta la posición cerrada. Por lo tanto, la componente de fuerzas de cizallamiento ejercidas sobre el miembro de válvula por el fluido que fluye más allá de la superficie curso abajo del miembro de válvula que actúan paralelamente a la dirección, en la que el miembro de válvula se mueve desde la posición abierta hasta la posición cerrada, se reducen o se eliminan o, donde dicho ángulo es mayor que 90º, actúan para empujar el miembro de válvula hacia la posición abierta.

Puede ser que la trayectoria de flujo de fluido comprenda una región de flujo restringido y el conjunto de válvula comprenda, además, una cámara de presión reducida en combinación tanto con una primera superficie del miembro de avance como también con la región de flujo restringido, dispuesta para ejercer una fuerza sobre el miembro de avance por medio de una reducción de la presión en la cámara de presión reducida cuando es fluido está fluyendo a lo largo de la trayectoria de flujo de fluido, a través de la región de flujo restringido, cuya fuerza actúa para resistir el cierre de la válvula.

Con una región de flujo restringido nos referimos a una región de un conducto a través del cual fluye fluido que tiene un área de la sección transversal más estrecha a través de la cual fluye fluido que la trayectoria de flujo de fluido curso arriba de la región de flujo restringido y típicamente también un área de la sección transversal más estrecha a través de la cual fluye fluido que la trayectoria de flujo de fluido curso abajo de la región de flujo restringido. Por lo tanto, la presión del fluido en la región de flujo restringido se reducirá con relación al flujo que está curso arriba y típicamente también curso abajo, de la región de flujo restringido, en virtud del efecto Venturi. Con “área de la sección transversal a través de la cual fluye fluido” excluimos el área de la sección transversal de cualquier miembro alrededor del cual, pero no a través del cual fluye fluido. Por ejemplo, en algunas formas de realización, un vástago de válvula u otro miembro que es impermeable a fluido, y alrededor del cual fluye fluido, puede estar localizado dentro de un conducto, tal como un paso de fluido, restringiendo de esta manera el flujo.

Puesto que la cámara de presión reducida está en comunicación con la región de flujo restringido, la presión dentro de la cámara de presión reducida se reducirá también hasta por abajo de la presión del fluido recibido curso arriba de la región de flujo restringido, y típicamente también curso abajo de la región de flujo restringido, cuando el fluido está fluyendo a través de la trayectoria de flujo de fluido.

Típicamente, el conjunto de válvula tendrá también un segundo modo de flujo de fluido, en el que se invierte la dirección del flujo. Los términos curso arriba y curso abajo se emplean aquí para referirse a las direcciones generalmente en el mismo sentido, y en sentido opuesto, respectivamente, a la trayectoria de flujo de fluido en el primer modo de flujo de fluido. El conjunto de válvula comprende con preferencia una entrada de fluido a través de la cual se recibe fluido en el primer modo de flujo de fluido. El conjunto de válvula comprende con preferencia una salida de fluido a través de la cual el fluido abandona el conjunto de válvula en el primer modo de flujo de fluido. La entrada y la salida pueden comprender cada una de ellas una o más aberturas. La(s) abertura(s) de entrada y/o de salida se extiende(n) típicamente a través de la pared exterior del conjunto de válvula, paralelamente a la dirección, en la que el miembro de válvula se mueve desde la posición abierta hasta la posición cerrada.

La región de flujo restringido puede tener, por ejemplo, un área de la sección transversal que no excede del 60 % y con preferencia que no excede del 25 %, del área de la sección transversal de una entrada a la válvula desde donde se extiende la trayectoria de flujo de fluido. Por lo tanto, la presión dentro de la cámara de presión reducida es típicamente inferior a la presión del fluido recibido por el conjunto de válvula cuando el fluido está fluyendo a través de la trayectoria de flujo de fluido.

Generalmente, la diferencia de la presión entre la cámara de presión reducida y el fluido recibido por el conjunto de válvula se incrementará a medida que se incrementa el caudal de flujo de fluido. De acuerdo con ello, la fuerza que actúa sobre la primera superficie del miembro de avance que resulta a partir de la reducción de la presión en la cámara de presión reducida tendrá a incrementarse a medida que se incrementa el caudal de flujo de fluido, cuando las fuerzas indicadas anteriormente en la introducción a la invención son máximas. Por lo tanto, se genera una fuerza que se opone a las fuerzas sobre el asiento de la válvula generadas por el flujo de fluido más allá del miembro de válvula en uso, mitigando o evitando los efectos de las fuerzas indicadas anteriormente.

El conjunto de válvula es especialmente útil en circunstancias en las que, en al menos una condición operativa, el conjunto de válvula se orientará de tal manera que la dirección en la que el miembro de válvula se mueve desde la posición abierta hasta la posición cerrada está en el mismo sentido que el flujo de fluido a través del asiento de válvula (el primer modo de flujo de fluido). En este contexto, por “en el mismo sentido” se entiende que el flujo de

fluido a través del asiento de válvula debería tener una componente paralela, más que antiparalela, a la dirección de movimiento del miembro de válvula desde la posición abierta hasta la posición cerrada para cerrar el miembro de válvula. En muchas formas de realización, el flujo de fluido a través del asiento de válvula estará generalmente paralelo a la dirección de movimiento del miembro de válvula desde la posición abierta hasta la posición cerrada para cerrar el miembro de válvula.

En algunos conjuntos de válvula de asiento frontal, la dirección general del flujo de fluido a través de la válvula es generalmente la misma que la dirección en la que el fluido fluye a través del asiento de la válvula. No obstante, éste no es necesariamente el caso. Por ejemplo, se pueden emplear conjuntos de válvula en los que el fluido entra o sale radialmente del conjunto de válvula. En conjuntos de válvula anulares, el fluido recibido a través de la entrada puede fluir a través de la entrada puede fluir a través de uno o más asientos de válvula en una dirección que está generalmente opuesta a la dirección en la que el fluido ha sido recibido dentro del conjunto de válvula.

Típicamente, la primera superficie del miembro de avance está localizada sobre una cara, cuya perpendicular está dirigida generalmente hacia fuera y típicamente paralela a la dirección en la que el miembro de válvula se mueve desde la posición cerrada hasta la posición abierta. La cámara de presión reducida se define típicamente, en parte, por la primera superficie del miembro de avance. Típicamente, la primera superficie del miembro de avance mira en una dirección curso arriba con relación a la dirección en la que el fluido que ha entrado en el paso de fluido a través del asiento de la válvula fluye a través del paso de fluido en el primer modo de flujo de fluido.

El miembro de avance puede comprender un vástago de válvula, sobre el que está montado un miembro de válvula. La primera superficie del miembro de avance puede ser una superficie de un miembro lateral que se extiende desde el vástago de válvula. La primera superficie del miembro de avance puede estar conectada rígidamente al miembro de válvula. Por ejemplo, el miembro de avance puede comprender dicho miembro lateral que incluye la primera superficie, un vástago de válvula y el miembro de válvula formado como una unidad integrada, por ejemplo como un cuerpo rígido continuo de metal.

No obstante, el miembro de avance puede comprender una primera porción que comprende el miembro de válvula y una segunda porción que tiene la primera superficie encima, en el que la primera y la segunda porciones son móviles relativamente entre sí, pero están conectadas o se pueden acoplar, al menos cuando el miembro de válvula está en la posición abierta, de tal manera que la fuerza que actúa sobre la primera superficie de la segunda porción actúa sobre el miembro de válvula al menos cuando la válvula está en la posición abierta. Una superficie de la segunda porción se puede apoyar contra una superficie de cooperación de la primera porción cuando la válvula está en la posición abierta, de manera que se transmite fuerza entre la primera superficie y el miembro de válvula. De manera ventajosa, la segunda porción puede comprender un inducido que puede ser activado por un electroimán, de manera que el conjunto de válvula es una válvula activada electromagnéticamente (que es un ejemplo de una válvula activada electrónicamente).

El conjunto de válvula puede definir una trayectoria de flujo de fluido que se extiende alrededor del miembro deválvula cuando la válvula está en la posición abierta. Ésta es una configuración en la que las fuerzas que actúan sobre el miembro de válvula debidas al flujo de fluido pueden ser especialmente altas. El conjunto de válvula puede estar configurado de tal manera que, en el primer modo de flujo de fluido, una parte de la trayectoria de flujo de fluido se extiende a lo largo de una periferia del miembro de válvula cuando la válvula está en la posición abierta, en el mismo sentido que el miembro de válvula se mueve hacia el asiento de la válvula para cerrar el miembro de válvula.

Puede ser que el paso de fluido comprenda una región de flujo restringido y la cámara de presión reducida esté en comunicación con dicha región de flujo restringido del paso de fluido. En este caso, el flujo de fluido a través de la región de flujo restringido está típicamente sustancialmente paralela con la dirección de avance del miembro de avance entre las posiciones cerrada y abierta.

No obstante, la región de flujo restringido puede estar curso arriba del miembro de válvula. El conjunto de válvula puede comprender una barrera, unida fijamente al conjunto de válvula (por ejemplo, al cuerpo de válvula) y dispuesta para definir la cámara de presión reducida intermedia entre la barrera y el miembro de avance. En este caso, la cámara de presión reducida puede estar definida intermedia entre la barrera y el miembro de válvula. La barrera está localizada típicamente curso arriba del miembro de avance (con preferencia el miembro de válvula), en cuyo caso la cámara de presión reducida está formada típicamente curso arriba del miembro de avance (con preferencia el miembro de válvula). Donde está prevista una barrera, el conjunto de válvula define con preferencia una trayectoria de flujo de fluido que se extiende entre el miembro de válvula y el cuerpo de válvula adyacente al asiento de válvula, en el que al menos una porción de la región entre el miembro de válvula y el cuerpo de válvula adyacente al asiento de la válvula funciona como una región de flujo restringido en comunicación con la cámara de presión reducida intermedia entre la barrera y el miembro de válvula. La trayectoria de flujo de fluido se puede extender entre la barrera y el cuerpo de válvula y la región de flujo restringido puede estar localizada intermedia entre la barrera y el cuerpo de la válvula.

Típicamente, la cámara de presión reducida está en comunicación con al menos una región de flujo restringido por medio de un paso que tiene un área de la sección transversal de no más del 10 % del área de la sección transversal de la primera superficie en comunicación con la cámara de presión reducida. Esto incrementa la fuerza máxima que puede ser ejercida sobre la primera superficie del miembrote avance en virtud de la presión en la cámara de presión reducida para un caudal dado de flujo de fluido.

Típicamente, la trayectoria de flujo de fluido comprende, además, una región de flujo de alta presión que tiene un área de la sección transversal mayor que la región de flujo restringido y el conjunto de válvula comprende, además, una cámara de presión elevada en comunicación tanto con una segunda superficie del miembro de avance como también con dicha región de flujo de alta presión.

Con preferencia, el conjunto de válvula puede ser activado electrónicamente. Con activable electrónicamente se incluyen conjuntos de válvula que se abre o se cierran pasivamente en uso, por ejemplo por medio de un diferencial de presión, pero que se puede abrir activamente, se puede cerrar activamente, se puede abrir por enganche activo o se puede cerrar por enganche activo.

Típicamente el conjunto de válvula es una válvula de mariposa y el miembro de válvula es una cabeza de válvula de mariposa. No obstante, el conjunto de válvula puede ser, por ejemplo, una válvula anular.

Donde el conjunto de válvula comprende un vástago de válvula, el vástago de válvula puede comprender un vástago de conexión hueco a través del cual se extiende la trayectoria de flujo de fluido. El vástago de conexión hueco puede comprender una abertura a través de la cual la cámara de presión reducida se comunica con una porción del interior del vástago de conexión hueco que funciona como una región de flujo restringido. Puede ser que el vástago de conexión hueco esté montado de forma deslizable dentro de un taladro del cuerpo de la válvula.

Puede ser que el miembro de avance sea operativo entre una posición abierta, en la que el miembro de válvula está espaciado aparte del asiento de la válvula y puede circular fluido a través del paso de fluido y una posición cerrada, en la que una porción de la superficie curso abajo del miembro de válvula está en contacto de sellado con el asiento de la válvula previniendo que el fluido circule a través del paso de fluido. El fluido que fluye a lo largo de dicha trayectoria de flujo de fluido en uso puede ser incidente sobre la superficie curso abajo del miembro de válvula en un ángulo de aproximadamente 80º con relación a la dirección en la que el miembro de válvula es operativo para desplazarse entre la posición abierta y la posición cerrada.

El conjunto de válvula está formado y dispuesto para que el fluido que circula a lo largo de dicha trayectoria de flujo de fluido en uso incida sobre la superficie curso abajo del miembro de válvula en dicho ángulo. Esto se consigue seleccionando la forma de uno o más orificios o conductos de fluido y la posición relativa de la superficie curso abajo del miembro de válvula de forma correspondiente.

Con preferencia, el conjunto de válvula se forma de tal manera que el fluido que circula a lo largo de dicha trayectoria de flujo de fluido incide sobre la superficie curso abajo del miembro de válvula en un ángulo de al menos 85º, y más preferentemente de al menos 90º, con respecto a la dirección en la que el miembro de válvula es operativo para desplazarse entre la posición abierta y la posición cerrada. En algunas formas de realización, el conjunto de válvula está formado de tal manera que el fluido que circula a lo largo de dicha trayectoria de flujo de fluido incide sobre la superficie curso abajo del miembro de válvula en un ángulo mayor de 90º con respecto a la dirección, en la que el miembro de válvula es operativo para desplazarse entre la posición abierta y la posición cerrada.

Por lo tanto, las fuerzas de cizallamiento que actúan sobre la superficie curso abajo del miembro de válvula tienen solamente una componente baja, ninguna componente o una componente negativa que está paralela a la dirección en la que el miembro de válvula es operativo para desplazarse entre la posición abierta y la posición cerrada, reduciendo o eliminando de esta manera las fuerzas que resultan del cizallamiento del fluido que empujan el miembro de válvula hacia la posición cerrada.

El cuerpo de válvula adyacente al asiento de la válvula puede estar adaptado para hacer que el fluido que fluye a lo largo de la trayectoria de flujo de fluido sea incidente sobre la superficie curso abajo del miembro de válvula en un ángulo de al menos 80º, al menos 85º, al menos 90º, o mayor de 90º, con respecto a la dirección en la que el miembro de válvula es operativo para desplazarse entre la posición abierta y la posición cerrada.

Se puede prever una barrera curso arriba del miembro de válvula que está adaptada para provocar que el fluido que fluye a lo largo de la trayectoria de flujo de fluido incida sobre la superficie curso abajo del miembro de válvula en un ángulo de al menos 80º, al menos 85º, al menos 90º, o más de 90º con respecto a la dirección en la que el miembro de válvula es operativo para desplazarse entre la posición abierta y la posición cerrada.

La superficie curso abajo del miembro de válvula sobre la que el fluido que fluye a lo largo de la trayectoria de flujo de fluido incide en primer lugar se puede orientar en un ángulo de al menos 80º, al menos 85º, al menos 90º o más de 90º con respecto a la dirección en la que el miembro de válvula es operativo para desplazarse entre la posición

abierta y la posición cerrada. Otras características preferidas y opcionales del segundo aspecto de la invención corresponden a las descritas anteriormente con relación al primer aspecto de la invención.

La invención se extiende en un tercer aspecto a una máquina de trabajo con fluido que comprende una cámara de trabajo de volumen cíclicamente variable, un colector alta presión y un colector de baja presión, y un conjunto de válvula de acuerdo con el primero o segundo aspecto de la invención, que regula el suministro de fluido hacia o desde el colector de alta presión o el colector de baja presión hasta la cámara de trabajo, en la que el fluido es operativo para fluir desde la cámara de trabajo a través del asiento de la válvula en el mismo sentido que el miembro de válvula de dicho conjunto de válvula se mueve hacia el asiento de la válvula para cerrar el conjunto de válvula, durante al menos parte de al menos algunos ciclos de volumen de la cámara de trabajo.

Se pueden proporcionar una pluralidad de dichas cámaras de trabajo. La máquina de trabajo con fluido puede comprender, además, un controlador que es operativo para controlar activamente dicho conjunto de válvula opcionalmente una u otras más válvulas, en relación de fase con ciclos del volumen de la cámara de trabajo, para determinar el desplazamiento neto del fluido por la o por cada cámara de trabajo sobre una base de ciclo por ciclo, para determinar de esta manera el desplazamiento neto medio en el tiempo de fluido por la máquina de trabajo o uno o más grupos de dichas cámaras de trabajo. La máquina de trabajo con fluido puede comprender, además, un sensor de fase o volumen de la cámara de trabajo para permitirle controlar activamente dicho conjunto de válvula en relación de fase con ciclos de volumen de la cámara de trabajo.

Con preferencia, la diferencia de la presión entre el colector de alta presión y el colector de baja presión y el rendimiento de fluido a través del conjunto de válvula son tales que la máquina de trabajo con fluido no funcionaría correctamente al menos en algunas condiciones operativas si no fuera por la presencia de la cámara de presión reducida en comunicación con la primera superficie y/o la barrera, según sea apropiado, ya que la válvula primaria se cerraría demasiado pronto debido a las fuerzas que resulta del flujo de fluido entre la cabeza de la válvula y el asiento de la válvula.

Con preferencia, el volumen de la cámara de trabajo cicla con una frecuencia de al menos 20 Hertzios. Con preferencia, el conjunto de válvula es operativo para abrirse o cerrarse en menos de 10 ms, o menos de 5 ms. Con preferencia, el diferencial de la presión entre el colector de baja presión y el colector de alta presión es al menos 20 bares. Con preferencia, el volumen de la cámara de trabajo es mayor que 1 cm3, mayor que 5 cm3, o más preferentemente mayor que 10 cm3.

El motor de trabajo con fluido puede funcionar solamente como un motor o solamente como una bomba. De manera alternativa, el motor de trabajo con fluido puede funcionar como un motor o una bomba en modos operativos alternativos.

Descripción de los dibujos

Una forma de realización ejemplar de la presente invención se ilustrará ahora con referencia a las figuras siguientes, en las que:

La figura 1 es una vista parcialmente en sección de un conjunto de válvula de acuerdo con la presente invención.

La figura 2 es un diagrama esquemático de una máquina de trabajo con fluido que incorpora el conjunto de válvula.

La figura 3 es una vista parcial en sección de un conjunto de válvula alternativo de acuerdo con la presente invención.

La figura 4 es una vista en sección de un conjunto de válvula alternativo de acuerdo con la presente invención.

La figura 5 es una vista en sección del miembro de entrada y de válvula de un conjunto de válvula alternativo.

La figura 6 es una visa en sección del miembro de entrada y de válvula de un conjunto de válvula alternativo.

La figura 7 es una sección transversal a través de un conjunto de válvula de acuerdo con otro ejemplo.

Descripción detallada de una forma de realización ejemplar

Con referencia a la figura 1, un conjunto de válvula 1 comprende un cuerpo de válvula 2 fabricado de acero, que define un asiento de válvula 4 y un paso de fluido 6 que, cuando la válvula está abierta, se extiende desde una entrada 8 a través de la cual se recibe fluido desde una cámara de trabajo (no mostrada) hasta una salida 10. Una cabeza de la válvula de resorte 12 (que funciona como el miembro de válvula) es operativa entre una posición abierta, en la que está espaciada del asiento de válvula para permitir que el fluido fluya entre la entrada y la salida por medio del paso de fluido, y una posición cerrada, en la que se mantiene en contacto de sellado con el asiento de válvula, previniendo de esta manera que flujo de fluido dentro o fuera del paso de fluido a través del asiento de

válvula.

Los términos entrada y salida se refieren a aberturas en extremos opuestos de una trayectoria de flujo de fluido a través del conjunto de válvula, donde el fluido está fluyendo a través del asiento de válvula dentro del paso de fluido en el mismo sentido que la cabeza de la válvula de resorte se mueve desde la posición abierta hasta la posición cerrada (el primer modo de flujo de fluido). En muchas aplicaciones prácticas, el fluido fluirá a través del paso de fluido en la dirección opuesta (el segundo modo de flujo de fluido), en tiempos diferentes. En esta forma de realización ejemplar, el conjunto de válvula está incluido en una máquina de trabajo con fluido del tipo descrito en los documentos EP 0 361 927, EP 0 494 236 y EP 1 537 333, y está orientado de tal forma que el fluido expulsado desde una cámara de trabajo hacia un colector de baja presión pasa a través del conjunto de válvula en el primer modo de flujo de fluido. A pesar de todo, existirán otras aplicaciones prácticas del conjunto de válvula, en las que el fluido fluye en el primer modo de flujo para regular el flujo de fluido dentro de una cámara de trabajo, o hacia o desde conductos o cámaras distintos a las cámaras de trabajo.

La cabeza de la válvula de resorte está conectada a un inducido anular 14 por medio de una barra de conexión tubular 16. La cabeza de la válvula de resorte, el inducido y la barra de conexión tubular hueca (que funciona como un vástago de válvula) forman juntos un miembro de avance que es rígido y se mueve como una unidad individual. Son posibles disposiciones alternativas de la válvula, en las que las partes componentes del miembro de avance no se mueven ya como una unidad individual. Por ejemplo, el inducido puede estar montado de forma elástica en la barra de conexión. No obstante, fuerzas en dirección opuesta al cierre de la válvula son transferidas desde el inducido a través de la barra de conexión hasta la cabeza de la válvula de resorte.

El conjunto de válvula comprende, además, un electroimán 18. Un circuito magnético se forma por el cuerpo de la válvula, un puente de fundente 20, el inducido y un tapón ferromagnético 22. Cuando se pasa corriente a través del electroimán, una fuerza actúa sobre el inducido para tirar de la barra de conexión tubular y de esta manera impulsar la cabeza de la válvula de resorte hacia el asiento de la válvula. Cuando no está presente ninguna corriente, el inducido es atraído hacia y retenido contra un tope 24 por un imán permanente anular 26, o por un muelle (no mostrado). El electroimán, la corriente punta a través del electroimán, la configuración del circuito magnético y la resistencia y localización del imán permanente se seleccionan para que la fuerza neta que actúa sobre el inducido cuando se pasa corriente a través del electroimán exceda sustancialmente la fuerza debida al imán permanente.

El cuerpo de válvula define, además, una primera cámara 28 (que funciona como la cámara de presión reducida) que está en comunicación de fluido con el paso de fluido por medio de una abertura 30 en la barra de conexión. La primera cámara está en contacto directo con una superficie frontal de entrada 32 del inducido (que funciona como la primera superficie del miembro de avance). La superficie frontal de salida 34 opuesta del inducido está en contacto directo con una segunda cámara 36, que está en comunicación de fluido con la salida del conjunto de válvula por medio de un paso 38 a través del tapón.

La figura 2 es un diagrama esquemático de una máquina de trabajo con fluido, mostrada generalmente como 100, que incorpora un conjunto de válvula ejemplar 1 como una válvula de baja presión, que regula el flujo de fluido hidráulico entre un colector de baja presión 102 y una cámara de trabajo 104. La válvula de baja presión está orientada de tal manera que el fluido expulsado desde la cámara de trabajo hacia el colector de baja presión fluye a través del asiento de la válvula en el mismo sentido que la cabeza de la válvula de resorte se mueve desde la posición abierta hacia la posición cerrada, es decir, en el primer modo de flujo de fluido, durante cada carrera de escape, cuando la máquina de trabajo con fluido funciona como un motor y durante carreras de escape en vacío cuando la máquina de trabajo con fluido funciona como una bomba.

La cámara de trabajo está definida por el interior de un cilindro 106 y un pistón 108 que está conectado mecánicamente a la rotación de un cigüeñal 110 por un enlace mecánico 112 adecuado, y que de mueve de forma alterna dentro del cilindro para variar cíclicamente el volumen de la cámara de trabajo. Una válvula de alta presión 114 regula el flujo de fluido hidráulico entre un colector de alta presión 116 y una cámara de trabajo. La máquina de trabajo con fluido ejemplar incluye una pluralidad de cámaras de trabajo enlazadas mecánicamente a la rotación del mismo cigüeñal, con diferentes de fases apropiadas. Un sensor de posición y de velocidad del árbol 118 determina la posición angular momentánea y la velocidad de rotación del árbol, y transmite señales de la posición y de la velocidad del árbol hasta un controlador 120, que permite al controlador determinar la fase instantánea de los ciclos de cada cámara de trabajo individual. El controlador es típicamente un microprocesador o microcontrolador que ejecuta un programa almacenado en uso. La válvula de baja presión puede ser activada electrónicamente, y la apertura y/o el cierre de las válvulas de alta y/o de baja presión se realizan bajo el control activo del controlador.

La máquina de trabajo de fluido ejemplar es operativa para funcionar o bien como una bomba o como un motor en modos operativos alternativos. Cuando funciona como una bomba, fluido a baja presión es recibido desde el colector de baja presión, y sale a través de la válvula de alta presión hasta el colector de alta presión. Por lo tanto, la potencia del árbol se convierte en potencia de fluido. Cuando funciona como un motor, el fluido a alta presión es recibido desde el colector de alta presión, y sale a través de la válvula de baja presión hasta el colector de baja

presión. Por lo tanto, la potencia del fluido se convierte en potencia del árbol.

El controlador regula la apertura y/o el cierre de las válvulas de baja y de alta presión para determinar el desplazamiento del fluido a través de cada cámara de trabajo, sobre una base de ciclo por ciclo, en relación de fases con ciclos de un volumen de la cámara de trabajo, para determinar el rendimiento neto del fluido a través de la máquina. Por lo tanto, la máquina de trabajo con fluido funciona de acuerdo con los principios descritos en los documentos EP 0 361 927, EP 0 494 236, y EP 1 537 333, cuyo contenido se incorporan aquí en virtud de esta referencia.

Durante una carrera de escape en vacío, el fluido dentro de la cámara de trabajo es ventilado a través de la válvula de baja presión hasta el colector de baja presión. Esto tiene lugar típicamente dentro de pocos milisegundos y de esta manera el caudal punta del flujo de fluido más allá de la cabeza de la válvula de resorte, a través del asiento de la válvula y el paso de fluido es, por lo tanto, muy alto. Como resultado, las fuerzas (1) a (4) descritas en la introducción anteriormente actúan sobre la cabeza de la válvula de resorte, empujando la cabeza de la válvula de resorte hacia el asiento de la válvula.

Con referencia a la figura 1, el fluido pasa el miembro de válvula y entra en el paso de fluido, a lo largo de la trayectoria 40. El canal interior del conector tubular tiene un área de la sección transversal significativamente menor que la salida desde la cámara de trabajo o el colector de baja presión adyacente al conjunto de la válvula. Por lo tanto, el canal interior del conector tubular funciona como una región de flujo restringido. De acuerdo con ello, la presión dentro del canal interior del conector tubular cae por debajo de la presión dentro de la cámara de trabajo o dentro del colector de baja presión, a modo del efecto Venturi. Cuando la primera cámara está en comunicación de fluido con el canal interior del conector tubular, la presión dentro de la primera cámara cae también por debajo de la presión dentro de la cámara de trabajo o del colector de baja presión. El diferencial de presión entre la primera cámara y la cámara de trabajo y el colector de baja presión se incrementa con el caudal de flujo de fluido. Al mismo tiempo, la presión dentro de la segunda cámara, sobre el lado opuesto del inducido, permanece sustancialmente igual que la presión en el colector de baja presión. Como resultado del diferencial de presión entre la primera cámara y la segunda cámara, una fuerza neta actúa sobre el inducido en una dirección generalmente paralela a la dirección, en la que el miembro de válvula se mueve desde la posición cerrada hasta la posición abierta, oponiéndose de esta manera a las fuerzas que resultan desde el flujo de fluido más allá del miembro de válvula que actúan para cerrar la válvula, reteniendo el inducido contra el asiento y manteniendo la válvula en la posición abierta. O bien el puente de fundente o el tope 24 actúan como un sellado para sellar al menos sustancialmente la primera y la segunda cámaras una con respecto a la otra.

Las fuerzas que actúan sobre el inducido como resultado del diferencial de la presión actúan de esta manera para resistir el cierre de la válvula. Esta fuerza de reacción que actúa sobre el inducido se incrementa con el caudal de flujo de fluido, y es máxima aproximadamente al mismo tiempo que las fuerzas que resultan del flujo de fluido más allá del miembro de válvula están en su máximo.

En máquinas de trabajo con fluido del tipo descrito en los documentos EP 0 361 927, EP 0 494 236, los conjuntos de válvula se abren o se cierran típicamente en o cerca del centro muerto superior o por debajo del centro muerto superior cuando la diferencia de la presión a través de la válvula que se abre o se cierra es mínima y el caudal de flujo de fluido es cero (donde una válvula cerrada debe abrirse) o aproximadamente cero (donde una válvula abierta debe cerrarse). Aunque puede existir cierta flexibilidad en la sincronización de la apertura y cierre de las válvulas, por ejemplo para implementar las carreras parciales de bombeo del cilindro descritas en el documento EP 1 537 333, sigue siendo preferido, en general, abrir o cerrar las válvulas en tiempos en los que la diferencia de la presión a través de la válvula es mínima y (si la válvula está abierta) el caudal de flujo de fluido es mínimo. Las válvulas que se pueden abrir, o mantener abiertas, contra diferenciales sustanciales de presión pueden ser diseñadas y construidas por un técnico en la materia; consumen típicamente una cantidad sustancial de energía o bien en el transcurso del movimiento de la válvula o en el transcurso de la retención de la válvula estacionaria contra fuerza debida al flujo. De acuerdo con ello, es ventajoso que este mecanismo tenga un efecto mínimo o ningún efecto sobre la apertura o cierre de la válvula cuando existe un flujo de fluido mínimo o ningún flujo de fluido a través de la válvula.

En una forma de realización alternativa de un conjunto de válvula, ilustrado en la figura 3, el miembro de avance anular incluye un vástago de válvula que se extiende axialmente a lo largo de parte de la longitud del paso de fluido. Como anteriormente, el conjunto de válvula es adecuado para uso con una máquina de trabajo con fluido como se ilustra con referencia a la figura 2 y se utiliza para regular el flujo de fluido entre una cámara de trabajo y el colector de baja presión y está orientado de tal manera que la trayectoria del flujo de fluido 42 a través del asiento de la válvula, cuando el fluido es ventilado desde la cámara de trabajo hacia el colector de baja presión, está en el mismo sentido que el miembro de válvula se mueve desde la posición abierta hasta la posición cerrada. El inducido es parte de un brazo lateral que se extiende desde el vástago de la válvula. Una primera cámara y una segunda cámara están previstas sobre lados opuestos del inducido, como anteriormente. La primera cámara, localizada en el lado interior del inducido, se comunica con una región de flujo restringido del paso de fluido 42 por medio de un paso de conexión 44. La región de flujo restringido está restringida en virtud de sus circunferencias interior y exterior restringidas. El vástago de válvula puede estar allí parcialmente cortado para incrementar el área de flujo y reducir la

resistencia sobre el vástago de la válvula por el fluido que pasa más allá del mismo. La segunda cámara, localizada sobre el lado exterior el inducido, se comunica con otra sección el paso de fluido 46 que tiene un área de la sección transversal mayor que la región de flujo restringido en virtud de que tiene una circunferencia exterior (y/o interior) mayor. En esta forma de realización ejemplar, está previsto un muelle 48 para desviar el inducido y, por lo tanto, todo el miembro de avance hacia la entrada. De nuevo, cuando el fluido fluye a través del paso de fluido, la presión en la región de flujo restringido es menor que la presión en la entrada, la presión en la primera cámara es menor que en la segunda cámara y de esta manera las fuerzas actúan sobre el miembro de avance para empujar el miembro de válvula hacia la posición abierta.

La figura 4 ilustra una forma de realización alternativa de un conjunto de válvula adecuado para uso con una máquina de trabajo con fluido, tal como la máquina de trabajo con fluido descrita con referencia a la figura 2.Como anteriormente, el conjunto de válvula 200 incluye una entrada 202 para recibir fluido desde una cámara de trabajo, donde sea apropiado y una salida 204 (que conduce en este caso hasta una pluralidad de aberturas que se extienden radialmente). Un miembro de avance incluye un inducido 206 que está formado integralmente con un vástago de válvula 208 y una cabeza de válvula de resorte 210. La cabeza de la válvula de resorte es operativa entre la posición abierta ilustrada en la figura 4 y una posición cerrada, en la que sella contra un asiento de válvula

212. Un electroimán 214 se puede utilizar para cerrar la válvula bajo el control activo del controlador y está previsto un muelle de retorno 216 para desviar el miembro de avance fuera del electroimán y, por lo tanto, para desviar la cabeza de la válvula de resorte hacia la posición abierta. En un primer modo de flujo de fluido, por ejemplo durante una carera de escape en vacío, el fluido fluye a lo largo de la trayectoria 218. De acuerdo con ello, las cuatro fuerzas descritas en la introducción de la invención anteriormente actúan para empujar la cabeza de la válvula de resorte hacia el asiento de la válvula. Si estas fuerzas exceden la fuerza ejercida sobre el miembro de avance por el muelle de retorno, ocurrirá una carrera de bombeo involuntaria, fuera del control del controlador.

No obstante, el conjunto de válvula incluye, además, una barrera 220 sobre el lado curso arriba de la cabeza de válvula, fuera del asiento de válvula, fijada al conjunto de válvula por brazos de conexión radiales 222 entre los cuales puede fluir el fluido. La barrera define una cámara de presión reducida 224 que se comunica con una región de flujo restringido 226 alrededor de la periferia del miembro de válvula. De acuerdo con ello, cuando el fluido fluye hacia fuera a través del conjunto de válvula, a lo largo de la trayectoria de flujo 218, la presión cae en la región de flujo restringido y, por lo tanto, también en la cámara de presión reducida. La presión que actúa sobre la superficie de sellado opuesta 228 de la cabeza de la válvula de resorte es mayor cuanto mayor es la sección transversal de la trayectoria de flujo de fluido. De acuerdo con ello, la cabeza de la válvula de resorte (que funciona aquí como un miembro de avance) detecta, por lo tanto, una fuerza que empuja el miembro de válvula hacia fuera del asiento de la válvula. Esta fuerza se incrementa con el caudal de flujo de fluido, proporcionando una fuerza que está en su punto máximo aproximadamente al mismo tiempo que las fuerzas que empujan el miembro de válvula hacia el asiento de la válvula están en su punto máximo.

El miembro de avance se extiende más allá de la cabeza de la válvula de resorte, a través de una abertura 230 en la barrera e incluye una pestaña 232 que coopera con la periferia de la abertura para limitar el movimiento de la cabeza de la válvula de resorte fuera del asiento de válvula, de manera que existe siempre al menos algún fluido en la cámara entre la barrera y la cabeza de la válvula de resorte. Esto evita la formación de una película aplastada que proporcionaría una resistencia innecesariamente fuerte al cierre, incrementaría el consumo de potencia del conjunto de válvula y reduciría la velocidad de funcionamiento.

Además, la barrera se extiende a través de toda el área de la superficie del lado curso arriba del miembro de válvula y funciona también para proteger la cabeza de la válvula de resorte de la segunda a la cuarta fuerzas mencionadas en la introducción a la invención anteriormente. La barrera encontrará al menos fuerzas de cizallamiento y fuerzas relacionadas con la aceleración que actúan hacia fuera de la cabeza de la válvula de resorte, pero puesto que la barrera está montada fijamente en el cuerpo del conjunto de válvula, estas fuerzas serán transmitidas al cuerpo del conjunto de válvula y no tendrán ningún efecto sobre la cabeza de la válvula de resorte.

La barrera incluye un labio 324 que se extiende desde la barrera en dirección curso abajo, alrededor de la periferia de la cabeza de la válvula de resorte, reduciendo de esta manera adicionalmente al menos fuerzas de resistencia viscosa. En algunas formas de realización, la barrera puede cubrir solamente una porción del área de la superficie de la cabeza de la válvula de resorte, en cuyo caso las fuerzas que empujan el cierre de la válvula serán todavía reducidas por este mecanismo, pero hasta una menor extensión.

Con referencia a la figura 5, un conjunto de válvula alternativa incluye un cuerpo de válvula 302 y un miembro de avance activado que incluye un vástago de válvula 304 y una cabeza de válvula de resorte 306, como anteriormente. Una barrera 308 está dispuesta curso arriba de la cabeza de la válvula de resorte, pero la barrera, el cuerpo de la válvula adyacente al asiento de la válvula 312 y la superficie 314 curso abajo de la cabeza de la válvula de resorte están formados y dispuestos de manera que la trayectoria de flujo de fluido 310 incide sobre la superficie curso abajo de la cabeza de la válvula de resorte alrededor de 90º con respecto a la dirección en la que la cabeza de la válvula de resorte se movería desde la posición abierta hasta la posición cerrada. Por lo tanto, las fuerzas de cizallamiento que actúan sobre la superficie curso abajo de la cabeza de la válvula de resorte están dirigidas

radialmente hacia dentro y no proporcionan ninguna contribución o una contribución mínima a las fuerzas que actúan para empujar la cabeza de la válvula de resorte hacia la posición cerrada. En una forma de realización alternativa ilustrada en la figura 6, el cuerpo de la válvula adyacente al asiento de la válvula está configurado de manera que el fluido que fluye a lo largo de la trayectoria de flujo de fluido incide sobre la superficie curso debajo de 5 la cabeza de la válvula de resorte en un ángulo mayor de 90º con respecto a la dirección en la que la cabeza de la válvula de resorte se movería desde la posición abierta hasta la posición cerrada. En estos ejemplos, la superficie curso debajo de la cabeza de la válvula de resorte tiene una perpendicular que está paralela a la dirección en la que se movería la cabeza de la válvula de resorte. No obstante, la cabeza de la válvula de resorte puede tener un perfil alternativo. Por ejemplo, la superficie curso debajo de la cabeza de la válvula de resorte puede ser cóncava o

10 ligeramente convexa.

En otra forma de realización de un conjunto de válvula 400, ilustrado en la figura 7, el miembro de válvula está formado por un miembro de válvula anular 402 fijado a través del vástago de válvula hueco 404 a un polo móvil (inducido) 406, que puede ser activado por electroimán 408. Un muelle de retorno 410 desvía la válvula hacia la posición cerrada. En el primer modo de flujo, ilustrado en la figura 7, el fluido fluye radialmente hacia dentro a través 15 de los orificios 412, conectados a un colector de alta presión, y hacia fuera hacia una cámara de trabajo 414. Se forma una barrera por una pestaña circular 416 que se extiende hacia dentro desde el cuerpo 418 del miembro de válvula. La barrera solapa el borde exterior del miembro de válvula anular y desvía el fluido alrededor del borde interior del miembro de válvula anular a través de la abertura central 420 del miembro de válvula en el sistema de válvula, reduciendo de esta manera las fuerzas cinéticas que en otro caso actuarían sobre el miembro de válvula

20 anular empujándolo a la posición cerrada. Además, se forma una región de flujo restringido 422 donde se restringe el flujo de fluido a través de los orificios inmediatamente adyacentes al miembro de válvula, y una región de baja presión 424 está en comunicación de fluido con la región de flujo restringido. Por lo tanto, se reduce el consumo de corriente del electroimán requerido para mantener la válvula abierta en contra del flujo de fluido, en contraste con una válvula que carece de la barrera.

25 La válvula es especialmente útil como una válvula de alta presión en una máquina de trabajo con fluido, para regular el flujo de fluido desde un colector de alta presión hasta una cámara de trabajo de volumen cíclicamente variable, bajo el control activo de un controlador de la máquina de trabajo con fluido.

Otras variaciones y modificaciones se pueden realizar dentro del alcance de la invención reivindicada.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

   1.-Conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) para regular el flujo de fluido entre una cámara de trabajo (104, 414) de la máquina de trabajo con fluido (100) y un colector de fluido (102, 116), comprendiendo el conjunto de válvula un cuerpo de válvula que comprende un asiento de válvula, un paso de fluido (6) que se extiende a través del cuerpo de la válvula, y un miembro de avance (12, 14, 16) (206, 208, 210) (304, 306) (402, 404, 406) que comprende un miembro de válvula (12, 210, 306, 402), cuyo miembro de válvula es operativo entre una posición abierta, en la que el miembro de válvula esta espaciado aparte del asiento de la válvula y el fluido puede fluir a través del paso de fluido y una posición cerrada, en la que el miembro de la válvula está en contacto de sellado con el asiento de la válvula, previniendo que el fluido fluya a través del paso de fluido, definiendo, además, el conjunto de válvula una trayectoria de flujo de fluido (40, 218, 310) que pasa, en un primer modo de flujo de fluido, entre el miembro de válvula y el asiento de la válvula, y dentro del paso de fluido, caracterizado por que el conjunto de válvula comprende, además, una barrera (220, 308, 416) curso arriba del miembro de válvula dispuesta de tal manera que, en el primer modo de flujo de fluido, el fluido recibido fluye hacia la barrera y es desviado alrededor de una periferia del miembro de válvula por la barrera, para reducir de esta manera una o más de las fuerzas que en otro caso actuarían sobre el miembro de válvula como resultado del flujo de fluido para empujar el miembro de válvula hacia el asiento de la válvula.
2. 2.-Un conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) de acuerdo con cualquier reivindicación precedentes, en el que la barrera (220, 308, 416) es operativa para reducir o eliminar fuerzas relacionadas con la aceleración que resultan de la aceleración del fluido con una componente perpendicular al eje de flujo, de manera que se desvía alrededor del miembro de válvula que en otro caso actuaría sobre el miembro de válvula como resultado del flujo de fluido para empujar el miembro de válvula hacia el asiento de válvula en el primer modo de flujo de fluido.
3. 3.-Un conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la barrera (220, 308, 416) está localizada directamente curso arriba del miembro de válvula cuando el miembro de válvula está en la posición abierta.
4. 4.- Un conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la barrera (220, 308, 416) está montada fijamente sobre el conjunto de válvula.
5. 5.- Un conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la barrera (220, 308, 416) se extiende a través de todo el área de la superficie que mira curso arriba de la corriente del miembro de válvula (12, 210, 306, 402).
6. 6.-Un conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la barrera (220, 308, 416) comprende un borde de barrera que se extiende al menos parcialmente alrededor de una periferia del miembro de válvula (12, 210, 306, 402).
7. 7.- Un conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el miembro de válvula (12, 210, 306, 402) y la barrera (220, 308, 416) están formados y dispuestos para definir un volumen (224) que contiene fluido en medio cuando el miembro de válvula está en la posición abierta y típicamente también cuando el miembro de válvula está en la posición cerrada.
8. 8.- Un conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la trayectoria de flujo de fluido (40, 218, 310) incluye una región de flujo restringido (40, 42, 226, 422) y el conjunto de válvula comprende, además, una cámara de presión reducida en comunicación tanto con una primera superficie 32 del miembro de avance (12, 14, 16) (206, 208, 210) (304, 306) (402, 404, 406) como también con la región de flujo restringido, dispuesta para ejercer una fuerza sobre el miembro de avance a modo de una reducción de la presión en la cámara de presión reducida cuando el fluido está fluyendo alrededor de la trayectoria de flujo de fluido, a través de la región de flujo restringido, cuya fuerza actúa para resistir el cierre de la válvula.
9. 9.- Una máquina de trabajo con fluido (100) que comprende una cámara de trabajo (104, 414) de volumen variable cíclicamente, un colector de alta presión (116) y un colector de baja presión (102) y un conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que regula el suministro de fluido hacia o desde el colector de alta presión o el colector de baja presión hacia la cámara de trabajo, en el que el fluido es operativo para fluir desde la cámara de trabajo a través del asiento de la válvula (4, 212, 312) en el mismo sentido que el miembro de válvula (12, 210, 306) de dicho conjunto de válvula se mueve hacia el asiento de la válvula para cerrar el conjunto de válvula, durante al menos parte de al menos algunos ciclos de volumen de la cámara de trabajo.
10. 10.-Una máquina de trabajo con fluido (100) de acuerdo con la reivindicación 9, en la que la máquina de trabajo con fluido comprende, además, un controlador (120) que es operativo para controlar activamente dicho conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) y opcionalmente una u otras más válvulas, en relación de fase con ciclos de volumen de la cámara de trabajo, para determinar el desplazamiento neto del fluido por la o por cada cámara de trabajo (104, 414) sobre una base de ciclo por ciclo, para determinar de esta manera el desplazamiento neto por tiempo medio de fluido por la máquina de trabajo o uno o más grupos de dichas cámaras de trabajo.
11. 11.- Una máquina de trabajo con fluido (100) de acuerdo con la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en la que la diferencia de la presión entre el colector de alta presión (116) y el colector de baja presión (102) y el rendimiento de fluido a través del conjunto de válvula (1, 200, 300, 400), son tales que la máquina que trabaja con fluido no

    5 funcionaría correctamente en al menos algunas condiciones operativas si no fuera por la presencia de la barrera (220, 308, 416).
12. 12.- Un conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el fluido que fluye a lo largo de dicha trayectoria de flujo de fluido (40, 218, 310) en uso in incidente sobre la superficie curso abajo de la corriente del miembro de válvula (228, 314) en un ángulo de al menos

    10 80º con respecto a la dirección, en la que el miembro de válvula es operativo para desplazarse entre la posición abierta y la posición cerrada.
13. 13.- Una máquina de trabajo de fluido (100) que comprende una cámara de trabajo de volumen variable cíclicamente, un colector de alta presión y un colector de baja presión, y un conjunto de válvula de acuerdo con la reivindicación 12, que regula el suministro de fluido hacia o desde el colector de alta presión (116) o el colector de

    15 baja presión (102) hacia la cámara de trabajo (104, 414), en la que el fluido es operativo para fluir desde la cámara de trabajo a través del asiento de válvula en el mismo sentido que el miembro de válvula (12, 210, 306) de dicho conjunto de válvula (1, 200, 300, 400) se mueve hacia el asiento de la válvula para cerrar el conjunto de válvula, durante al menos parte de al menos algunos ciclos de volumen de la cámara de trabajo.