ES2929359T3 - Válvula de regulación de un flujo de fluido equipada con un obturador cónico y sistema que comprende dicha válvula - Google Patents

Válvula de regulación de un flujo de fluido equipada con un obturador cónico y sistema que comprende dicha válvula Download PDF

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Adrien Arnaud
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Abstract

Válvula (10) para regular un flujo de fluido que comprende: un cuerpo de válvula (20), un elemento de cierre (30) configurado para poder pasar de una posición abierta que permite la circulación de fluido, a una posición cerrada que impide la circulación de fluido, dicho elemento se caracteriza porque comprende: un soporte fijo cónico solidario al cuerpo de la válvula (20), una aleta cónica móvil en rotación con respecto al soporte fijo, y aberturas de paso de fluido dispuestas respectivamente en dicha aleta cónica y en dicha aleta fija. soporte, y un accionador (50) de dicho obturador adaptado para poder controlar la posición de dicho obturador (30). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Válvula de regulación de un flujo de fluido equipada con un obturador cónico y sistema que comprende dicha válvula Campo técnico de la invención
La invención se refiere a una válvula de regulación de un flujo de fluido, en particular un flujo de aire. La invención se refiere en particular a una válvula de regulación de un flujo de fluido de forma cónica. La invención también se refiere a un sistema de aire acondicionado para la cabina de un avión y un sistema de ventilación que comprende una válvula de este tipo.
Antecedentes de la técnica
Un sistema de aire acondicionado de la cabina de un avión comprende generalmente un dispositivo de toma de aire comprimido de al menos un compresor de un motor de propulsión de la aeronave (o un dispositivo para tomar aire conectado a una toma de aire de la aeronave) y una turbomáquina de ciclo de aire comprendiendo al menos un compresor y una turbina, estando el compresor alimentado con aire por el dispositivo de toma de aire comprimido, y comprendiendo la turbina una salida de aire que alimenta la cabina con temperatura y caudal controlados. El sistema de aire acondicionado también incluye varios intercambiadores de calor, válvulas de regulación y un circuito de extracción de agua.
Una válvula de regulación de flujo de fluido está diseñada para controlar el flujo de aire que circula en la tubería de circulación de aire equipada con esta válvula de regulación.
Una válvula de este tipo se puede utilizar en particular en los sistemas de aire acondicionado para regular flujos de aire en las cabinas de aeronaves o en los sistemas de ventilación de aire de los motores de aeronaves.
También, es necesario utilizar una válvula que tenga una estructura que permita tener una sección de paso que permita la circulación del aire asegurando una estanqueidad óptima para evitar fugas de aire.
Para cumplir con estas dos restricciones, una de las soluciones implementadas actualmente es utilizar una válvula de tipo mariposa que tiene un elemento de obturación en forma de clapeta adaptada para permitir la apertura y el cierre del elemento de obturación. El elemento de obturación está montado sobre un eje perpendicular al flujo y atraviesa el cuerpo de válvula para estar conectado mecánicamente a un actuador dispuesto por ejemplo en el exterior de la válvula para poder controlar el elemento de obturación. Dado que el eje de la mariposa atraviesa el cuerpo de válvula, esto implica desplegar medios complejos para gestionar cualquier fuga a nivel del cojinete de este eje. La mayoría de las veces estas válvulas son controladas por un actuador eléctrico, electroneumático, neumático o hidráulico que permite el desplazamiento del elemento de obturación para regular el flujo de aire.
El caudal de fluido que circula por la válvula puede ser importante. Para esto, es conocido el uso de una válvula de tipo mariposa para permitir el paso de un fluido con un caudal y una presión elevados. Sin embargo, este tipo de válvula comprende por un lado una mariposa que permite obtener una sección de apertura en media luna, por lo tanto, la circulación del fluido se ve perturbada por la presencia de la mariposa. Por otra parte, el desplazamiento de la mariposa no puede obtenerse rápidamente y por tanto se ralentiza la variación de la sección de paso del fluido. Otra solución podría ser utilizar una válvula con obturador axial que tenga un eje de rotación en el eje del flujo del fluido. Sin embargo, en vista de la dificultad de accionar un obturador axial de este tipo, este tipo de válvula no está muy extendido.
A este respecto, la invención tiene como objetivo obtener una válvula de regulación que tenga una sección de paso de fluido equivalente a la de una válvula de mariposa, permitiendo al mismo tiempo una variación de la sección de paso de fluido y asegurando la completa estanqueidad de la válvula.
El documento US3421544 divulga una válvula de regulación de flujo de fluido conocida.
Objetivos de la invención
La invención tiene como objetivo proporcionar una válvula de regulación de un flujo de fluido, en particular un flujo de aire, lo que supera al menos algunos de los inconvenientes de las soluciones conocidas.
La invención se refiere en particular a una válvula de regulación del flujo de fluido que permite obtener una sección de paso equivalente a una sección de paso obtenida con una válvula de mariposa en el canal de circulación de una válvula.
La invención también tiene como objetivo proporcionar una válvula de regulación de un flujo de fluido cuya estanqueidad se mejora.
La invención tiene como propósito, igualmente, proporcionar, en al menos un modo de realización, una válvula de regulación de un flujo de fluido que permite la variación rápida de la sección de paso del fluido que circula en el canal de circulación.
La invención tiene como propósito, igualmente, proporcionar, en al menos un modo de realización, una válvula de regulación de un flujo de fluido, cuyo accionamiento se realiza sin contacto.
La invención también tiene como objetivo proporcionar un sistema de aire acondicionado equipado con una válvula de regulación según la invención.
La invención también tiene como objetivo proporcionar un sistema de ventilación equipado con una válvula de regulación según la invención.
La invención tiene como objetivo finalmente proporcionar un vehículo de transporte aéreo o ferroviario equipado con un sistema de aire acondicionado o un sistema de ventilación según la invención.
Exposición de la invención
Para hacer esto, la invención se refiere a una válvula de regulación de un flujo de fluido que comprende:
- un cuerpo de válvula que comprende una entrada de fluido, una salida de fluido, un canal de circulación de fluido que se extiende en una dirección, llamada dirección axial, entre dicha entrada de fluido y dicha salida de fluido, - un elemento de obturación dispuesto en dicho canal de circulación de fluido y configurado para poder pasar desde una posición abierta permitiendo la circulación de fluido en dicho canal de circulación entre la entrada de fluido y la salida de fluido o viceversa, en una posición cerrada impidiendo la circulación de fluido en el canal de circulación entre la entrada de fluido y la salida de fluido o viceversa,
- un actuador de dicho elemento de obturación adaptado para poder controlar la posición de dicho elemento de obturación en dicho canal de circulación de fluido.
- un soporte fijo cónico solidario al cuerpo de válvula y que tiene un vértice orientado hacia dicha entrada de fluido de dicho cuerpo de válvula,
- un obturador cónico conjugado móvil en rotación con respecto al soporte fijo y que tiene un vértice orientado hacia dicha entrada de fluido de dicho cuerpo de válvula,
- al menos una luz de paso de fluido dispuesta en dicho obturador cónico y al menos una luz de paso de fluido conjugada dispuesta en dicho soporte fijo para permitir la circulación de fluido a través de dicho elemento de obturación cuando dichas luces están enfrentadas entre sí y definen dicha posición abierta,
- una junta de estanqueidad dispuesta axialmente entre dicho obturador cónico y dicho soporte fijo cónico, y - medios para el desplazamiento axial espontáneo del obturador cónico contra el soporte fijo que comprenden al menos un resorte configurado para permitir mantener el obturador cónico a una distancia del soporte fijo cuando dicho elemento de obturación está en dicha posición abierta o en una posición intermedia y para ser comprimido cuando dicho elemento de obturación está en dicha posición cerrada para permitir el desplazamiento axial de dicho obturador que comprime dicha junta de estanqueidad.
La válvula según la invención tiene por lo tanto la particularidad de implementar un elemento de obturación que tiene un obturador cónico montado de forma móvil sobre un soporte fijo cónico conjugado que comprende cada uno luces de paso de fluido para poder presentar secciones de paso de fluido equivalentes a las de una válvula de mariposa. Asimismo, estas secciones de paso permiten linealizar la circulación de un fluido en dicho canal de circulación. Para hacer esto, el obturador cónico montado móvil en rotación sobre su soporte fijo y el soporte fijo están ambos formados por una pared de forma cónica atravesada por luces de paso de fluido.
En otros términos, el elemento de obturación de forma cónica tiene un vértice orientado hacia la entrada del fluido de dicho cuerpo de válvula, de manera que el fluido que entra por la entrada de fluido pase primero por las luces del obturador cónico, a continuación por las luces del soporte fijo antes de salir por la salida de fluido de dicho cuerpo de válvula, cuando el elemento de obturación está en posición abierta.
La invención se describe a lo largo del texto considerando que el fluido pasa a través de la válvula desde aguas arriba a aguas abajo de dicha entrada de fluido hacia dicha salida de fluido. Siendo esto así, no hay nada que impida utilizar la válvula según la invención previendo que se le suministre fluido a través de dicha salida de fluido de manera que el fluido salga de la válvula, después de pasar a través del elemento de obturación, a través de dicha entrada de fluido. En otros términos, la válvula según la invención puede ser bidireccional y dicha entrada de fluido y dicha salida de fluido pueden, dependiendo de las aplicaciones, formar una entrada o salida de fluido eficaz.
Preferentemente, cuando el fluido sale de la válvula, después de pasar a través del elemento de obturación, por dicha entrada de fluido, el obturador está montado sobre el soporte de manera que el fluido que entra por la salida de fluido pasa primero a través de las luces del obturador cónico, a continuación por las del soporte fijo antes de salir por la entrada de fluido de dicho cuerpo de válvula, cuando el elemento de obturación está en la posición abierta.
La regulación del fluido por la válvula según la invención está permitida por la presencia de un elemento de obturación que tiene al menos una primera posición, llamada posición abierta, que permite la circulación del fluido desde la entrada hasta la salida de fluido del cuerpo de válvula (o viceversa), y al menos una segunda posición, llamada posición cerrada, en la que el elemento de obturación evita la circulación del fluido en el canal de flujo entre la entrada de fluido y la salida de fluido (o viceversa).
En la posición, llamada posición abierta, puede maximizarse la circulación del fluido a través de las luces de paso de fluido. En la posición, llamada posición cerrada, el fluido es bloqueado por las respectivas paredes del obturador cónico y del soporte fijo, lo que impide cualquier circulación de fluido a través del elemento de obturación.
Dicho obturador cónico y dicho soporte fijo están respectivamente formados por una pared en la que están dispuestas unas luces de paso. De este modo, las luces definen la sección de paso a través de la cual puede fluir el fluido y las paredes definen un medio para impedir la libre circulación del fluido. Cuando las paredes del obturador cónico obstruyen las luces de paso de fluido del soporte fijo, el paso de fluido está bloqueado en el canal de circulación de fluido.
Todas las posiciones intermedias permiten regular el flujo de fluido en el interior del canal de circulación de fluido.
Cuando las luces de paso están parcialmente enfrentadas entre sí, se forman secciones de paso parciales, lo que permite controlar el flujo de fluido entre la entrada de fluido y la salida de fluido (o viceversa). Estas posiciones corresponden a las posiciones intermedias del elemento de obturación.
Las luces de paso dispuestas respectivamente sobre dicho obturador cónico y sobre dicho soporte fijo tienen una estructura particular adaptada a la forma cónica. El encaramiento de las respectivas luces del obturador cónico y del soporte fijo permite liberar una sección de paso axial-radial a través de la cual el fluido puede circular libremente cuando el elemento de obturación se encuentra en la posición abierta o una posición intermedia.
En otros términos, la configuración cónica del elemento de obturación permite definir secciones de pasos de fluido equivalentes a las de una válvula de mariposa y, por lo tanto, permite generar una circulación de fluido más lineal (en comparación con la mariposa), especialmente cuando el flujo es alto. El fluido circula así de manera globalmente lineal sin ser desviado hacia el eje de la válvula.
Además, las secciones de paso de fluido formadas por las luces del elemento de obturación pueden tener diferentes formas geométricas. Preferentemente, las secciones de paso tienen forma triangular, específicamente un triángulo isósceles con el vértice mirando hacia la entrada de fluido del cuerpo de válvula.
El control de apertura/cierre del elemento de obturación y por consiguiente del encaramiento de las luces por las que se unen dicho obturador y soporte permite regular el caudal de flujo que pasa a través de la válvula.
La válvula según la invención también permite ventajosamente definir una posición de seguridad de la válvula. Para hacer esto, la geometría del obturador cónico se puede definir para poder crear un par aerodinámico que provoque la inclinación espontánea de dicho obturador en una posición preferencial, llamada posición de seguridad, en ausencia de un comando del actuador. Esta posición de seguridad puede corresponder, según las aplicaciones, a la posición abierta, la posición cerrada o cualquier posición intermedia. Esta variante ventajosa permite garantizar, simplemente por la geometría del obturador cónico, que el obturador se mueva espontáneamente hacia la posición de seguridad, cuando se presenta un problema como un fallo del actuador de dicho obturador cónico.
Según la invención, el actuador está configurado para permitir el desplazamiento del elemento de obturación y por lo tanto la regulación del flujo de fluido. Este actuador puede ser accionado por una unidad de control configurada para imponer la posición del elemento de obturación en el canal de circulación de fluido.
Según la invención, la estanqueidad de dicha válvula de regulación está asegurada por una junta de estanqueidad y unos medios de desplazamiento axial espontáneo del obturador cónico contra el soporte fijo cónico. La junta de estanqueidad se dispone entre el obturador cónico y el soporte fijo y se extiende desde la parte superior del soporte fijo hasta su extremo distal solidario con el cuerpo de válvula.
Por consiguiente, cuando el elemento de obturación está en la posición cerrada, el fluido ejerce una fuerza contra dicho obturador cónico que hace que presione contra dicho soporte fijo, sobre el que se monta, y obliga así al obturador a sujetarse fijamente contra dicho soporte, mejorando así la estanqueidad del elemento de obturación.
Según una variante de la invención, la junta de estanqueidad se puede unir directamente a las paredes del soporte fijo. Según otra variante de la invención, se puede fijar en las paredes del obturador cónico. Preferentemente, la junta se fija en las paredes del soporte para permanecer fija durante la rotación del obturador y evitar su puesta en desplazamiento. Los medios de desplazamiento axial del obturador comprenden al menos un resorte solidario con el obturador que tiene una cierta rigidez determinada para garantizar el desplazamiento axial necesario para permitir mantener el obturador cónico a distancia del soporte fijo cuando el elemento de obturación se encuentra en dicha posición abierta o en una posición intermedia y para asegurar la compresión de dicha junta entre el obturador y el soporte cuando dicho elemento de obturación se encuentra en dicha posición cerrada. Durante la rotación del obturador, la presencia del resorte permite crear un espacio entre el obturador y el soporte para evitar el rozamiento de la junta de estanqueidad durante la rotación del obturador. Esta distancia permite también evitar el rozamiento del obturador contra la junta y por consiguiente proteger la junta de un desgaste acelerado.
Durante la rotación del obturador cónico de la posición abierta a la posición cerrada, pasando por una posición intermedia, el obturador se somete gradualmente a la presión aerodinámica del fluido que pasa a través de las luces del obturador y presiona sobre las paredes del obturador cónico.
En posición cerrada, el flujo de fluido ejerce una fuerza contra el obturador lo que provoca el desplazamiento axial del obturador contra su soporte y asegura la compresión de la junta de estanqueidad.
El actuador del elemento de obturación obliga por tanto al obturador a vencer el rozamiento provocado por la junta que se transforma en un par resistente.
Para limitar la resistencia del par, unos medios de desplazamiento axial espontáneo del obturador cónico contra el soporte fijo permiten asegurar una estanqueidad total y axial cuando el obturador está en posición cerrada. Estos medios se fijan al obturador al nivel del extremo distal del obturador.
Además, el espacio previsto entre el obturador y el soporte facilita la rotación del obturador con respecto al soporte. La junta alojada en este espacio sufre una compresión reducida durante la rotación, lo que conduce a una reducción de la fricción. Por consiguiente, la junta de estanqueidad no se comprime o se comprime ligeramente y mejora la rotación del obturador al pasar de la posición cerrada a la posición abierta y viceversa.
Una válvula según la invención puede implementarse para asegurar la regulación de cualquier tipo de fluido, especialmente aire, aceite, combustible, y en general cualquier tipo de fluido cuyo caudal deba ser controlado, por ejemplo dentro de una aplicación aeronáutica, ferroviaria o automóvil.
Ventajosamente y según la invención, dicho obturador cónico y dicho soporte fijo comprenden cada uno respectivamente un número impar de luces de paso de fluido distribuidas regularmente.
Un número impar de luces de paso de fluido permite mejorar la distribución de las fuerzas y limitar las fuerzas antagónicas ejercidas por el flujo de fluido sobre el obturador y el soporte.
Las luces de paso están preferentemente distribuidas regularmente sobre dicho obturador y dicho soporte para permitir el paso homogéneo de fluido en el canal de circulación.
Según esta variante, las luces de paso de dicho obturador y de dicho soporte están dispuestas de manera uniforme e idéntica sobre el obturador y el soporte conjugados.
El número de luces de paso de fluido puede ser arbitrario. Nada impide, por ejemplo, prever un elemento de obturación provisto de una sola luz o de N luces, donde N es cualquier número entero predeterminado, preferentemente superior o igual a 3, por ejemplo, 5. El intervalo en el que puede circular un fluido define el rango angular de las luces.
Según esta variante, dichas luces son 5 en número de manera que el rango angular de las luces forma un ángulo de 36°.
Ventajosamente y según la invención, dicha válvula tiene además al menos un eje de simetría que se extiende a lo largo de la dirección axial desde dicho vértice del soporte fijo y un ángulo a que define una inclinación de dichas luces del obturador cónico y del soporte fijo con respecto a dicho eje de simetría de la válvula, siendo dicho ángulo a menor o igual a 30°.
Según esta variante, la inclinación de dichas luces axialorradiales permite el paso del fluido a través del elemento de obturación de forma generalmente lineal. En otros términos, el fluido que circula en el canal de circulación no se ve perturbado por la presencia del elemento de obturación cónico y por lo tanto la dirección del fluido apenas se modifica y permanece lineal.
Esta configuración permite así mantener la linealidad en el desplazamiento del fluido y por lo tanto asegurar una circulación del fluido que no se ve perturbada por la presencia del elemento de obturación.
Al considerar un obturador plano perpendicular al eje de la válvula que comprende 5 luces cada una con un rango angular de 36 °, la sección máxima de apertura de la válvula es equivalente a 180° que corresponde a la mitad del canal de circulación de la válvula.
La superficie de una luz en un obturador plano está definida por la superficie S1 y la superficie de una luz en un obturador cónico como se describe en la invención está definida por la superficie S2. Así se puede determinar que la superficie S2 es igual a la relación de la superficie S1 por el seno del ángulo a (S2=S1/sin(a)). Considerando un ángulo a de 30°, el seno del ángulo a es igual a 0,5. Por tanto, podemos determinar la relación S2=S1/sin(30) y por lo tanto S2=S1*2. La superficie S2 de una luz en un obturador cónico (con un ángulo de 30°) es por lo tanto igual al doble de la superficie S1 de una luz en un obturador plano perpendicular al eje de simetría.
Dado que la apertura de las 5 luces en un obturador plano corresponde a la mitad del canal de circulación y la superficie S2 de una luz cónica es igual al doble de la superficie S1 de una luz en un obturador plano, la apertura de 5 luces cónicas permite tener la sección de todo el canal de circulación de la válvula.
Preferentemente, dicho elemento de obturación comprende 5 luces de paso de fluido que tienen un rango angular de 36° y un ángulo a de 30°.
Ventajosamente y según la invención, dicho actuador comprende medios de accionamiento sin contacto de dicho elemento de obturación.
Ventajosamente y según la invención, dichos medios de accionamiento sin contacto de dicho elemento de obturación son medios electromagnéticos o medios magnéticos alojados fuera del canal de circulación del fluido.
Según esta variante, dichos medios de accionamiento sin contacto permiten el desplazamiento del elemento de obturación y por tanto la regulación del fluido al estar alojados en el exterior del cuerpo de válvula. El accionamiento del elemento de obturación se simplifica por tanto gracias a un accionamiento magnético o electromagnético.
El uso de medios magnéticos o electromagnéticos sin contacto permite así prescindir de la gestión de las pérdidas de fluido al permitir un control sin contacto entre dicho actuador y dicho elemento de obturación.
Según esta variante, el posicionamiento del actuador fuera del cuerpo permite también evitar fugas de fluido que circulan por el canal de circulación y por tanto mejorar la estanqueidad de dicha válvula de regulación de un flujo. Ventajosamente y según la invención, dichos medios electromagnéticos comprenden al menos un estator bobinado y dicho obturador cónico comprende imanes permanentes.
Según esta variante, dichos medios electromagnéticos permiten, por medio de un estator bobinado dispuesto en dicho cuerpo de válvula, controlar la rotación del obturador cónico equipado con imanes permanentes controlando la corriente que alimenta este estator bobinado.
De este modo, el uso de dichos medios electromagnéticos permite eliminar la necesidad de atravesar el cuerpo de válvula para conectar el actuador con el elemento de obturación.
Los medios electromagnéticos permiten así evitar estar en contacto directo con el obturador cónico y por consiguiente mejorar la estanqueidad de la válvula.
Ventajosamente y según la invención, dichos medios magnéticos comprenden un anillo magnético provisto de imanes permanentes que se extienden alrededor del cuerpo de válvula, estando adaptado dicho anillo magnético para ser accionado en rotación por un motor eléctrico, y dicho obturador cónico comprende imanes permanentes adaptados para interactuar con dichos imanes permanentes de dicho anillo magnético, permitiendo su rotación.
Según esta variante, dichos medios magnéticos permiten, mediante un motor eléctrico y un anillo magnético, controlar la rotación del obturador sin contacto entre dicho obturador y dichos medios magnéticos.
Además, dicho motor eléctrico acciona la rotación de un árbol que porta una rueda dentada. La periferia del anillo magnético está provista de dientes de engranaje en los que engrana la rueda dentada.
El anillo magnético y el obturador cónico comprenden cada uno en su circunferencia imanes permanentes dispuestos simétricamente de manera que cuando el anillo magnético es accionado en rotación por el motor eléctrico, éste provoca la rotación del obturador por la atracción de los imanes magnéticos montados en el anillo y en el obturador. El desplazamiento del anillo magnético por el motor eléctrico permite la rotación del obturador por medio de la atracción magnética de los imanes dispuestos respectivamente sobre el aro y el obturador. El desplazamiento del obturador provoca el cierre o la apertura del elemento de obturación.
Según esta variante, la estanqueidad se mejora gracias a la ausencia de contacto entre dichos medios magnéticos y el elemento de obturación. Asimismo, esta configuración permite un fácil acceso a los medios magnéticos, lo que facilita su posible mantenimiento.
Según esta variante, dicho obturador y dicho anillo tienen varios imanes permanentes. El número de imanes permanentes puede variar según el tipo de válvula. Preferentemente, se prefiere un número par de imanes, por ejemplo 2, 4 o 6 imanes.
Según esta variante, la configuración simétrica del accionamiento magnético permite también actuar sobre el obturador como un cojinete magnético, lo que permite atenuar las vibraciones de dicho obturador cuando la válvula se somete a una excitación vibratoria, lo que es el caso, por ejemplo para aplicaciones aeronáuticas.
Ventajosamente y según la invención, dicha válvula comprende además al menos un sensor de efecto Hall sin contacto que permite medir una variación del campo magnético para obtener un cambio de estado de la señal del final de carrera.
Un sensor de efecto Hall de este tipo dispuesto en el cuerpo de válvula permite ventajosamente dotar a la válvula de una funcionalidad de detección de fin de carrera.
La invención también se refiere a un sistema de aire acondicionado para un vehículo de transporte aéreo o ferroviario que comprende al menos una válvula de regulación de aire según la invención.
Las ventajas de una válvula de regulación de este tipo según la invención se aplican mutatis mutandis a un sistema de aire acondicionado según la invención.
La invención también se refiere a un vehículo de transporte aéreo o ferroviario que comprende al menos un motor de propulsión, una cabina y al menos un sistema de aire acondicionado de dicha cabina, caracterizado por que el sistema de aire acondicionado de la cabina es el sistema de aire acondicionado según la invención.
Las ventajas de un sistema de aire acondicionado según la invención se aplican mutatis mutandis a un vehículo de transporte aéreo o ferroviario según la invención.
La invención también se refiere a una válvula, un sistema de aire acondicionado, un sistema de ventilación y un vehículo de transporte aéreo o ferroviario, caracterizados en combinación por todas o algunas de las características mencionadas anteriormente o a continuación.
Lista de las figuras
Otras finalidades, características y ventajas de la invención aparecerán tras la lectura de la siguiente descripción dada a título únicamente no limitativo y que hace referencia a las figuras adjuntas en las que:
[Fig. 1] es una vista esquemática en perspectiva de una válvula según un modo de realización de la invención.
[Fig. 2a] es una vista en sección esquemática de una válvula según un modo de realización de la invención que ilustra el elemento de obturación en la posición cerrada.
[Fig. 2b] es una vista en sección esquemática de una válvula según un modo de realización de la invención que ilustra el elemento de obturación en la posición abierta.
[Fig. 3a] es una vista en sección esquemática del elemento de obturación según un modo de realización de la invención que ilustra los medios de estanqueidad en la posición cerrada.
[Fig. 3b] es una vista en sección esquemática del elemento de obturación según un modo de realización de la invención que ilustra los medios de estanqueidad en la posición abierta.
[Fig. 4a] es una vista en sección esquemática de una válvula según un modo de realización de la invención que ilustra el elemento de obturación en la posición abierta controlado por un actuador electromagnético.
[Fig. 4b] es una vista en sección transversal esquemática de una válvula según la figura 4a, que ilustra el dispositivo de control de una válvula por el actuador electromagnético.
[Fig. 5a] es una vista en sección esquemática de una válvula según un modo de realización de la invención que ilustra el elemento de obturación en la posición abierta controlado por un actuador magnético.
[Fig. 5b] es una vista en sección transversal esquemática de una válvula según la figura 5a, que ilustra el dispositivo de control de una válvula por el actuador magnético.
[Fig. 6] es una vista esquemática de una aeronave según un modo de realización.
Descripción detallada de un modo de realización de la invención
En las figuras, las escalas y las proporciones no se respetan estrictamente y esto, con unos fines de ilustración y de claridad. En toda la descripción detallada que sigue con referencia a las figuras, salvo indicación contraria, cada elemento de la válvula se describe tal como está dispuesto cuando dicho obturador cónico es móvil en rotación sobre un soporte fijo en el cuerpo de válvula y está controlado por un actuador dispuesto fuera del cuerpo de válvula.
Los términos "axial" y "radial" se utilizan en referencia a la dirección axial, definida por la dirección del canal de circulación del fluido que se extiende entre la entrada de fluido y la salida de fluido del cuerpo de válvula.
Además, los elementos idénticos, similares o análogos se designan con las mismas referencias en todas las figuras.
En toda la continuación, la válvula de regulación descrita es una válvula de un sistema de aire acondicionado de una aeronave. Siendo esto así, según otros modos de realización, la válvula puede ser una válvula de regulación para un fluido distinto del aire y puede instalarse en sistemas distintos de los sistemas de aire acondicionado.
Además, la válvula se describe considerando que el aire pasa a través de la válvula de aguas arriba a aguas abajo desde la entrada de aire hasta la salida de aire. Siendo esto así, nada impide que la válvula sea utilizada previendo suministrarle aire a través de dicha salida de aire para que el aire salga por la válvula, después de pasar a través del elemento de obturación, por dicha entrada de aire. En otros términos, la válvula según la invención se puede utilizar bidireccionalmente.
Tal como se ha representado en la figura 1, una válvula 10 según la invención comprende un cuerpo de válvula que comprende una carcasa 20, un elemento de obturación 30 y un actuador eléctrico 50 del elemento de obturación que está dispuesto fuera de dicho cuerpo de válvula.
Tal como se ilustra en las figuras 2a y 2b, dicha válvula 10 comprende una entrada de aire 21, una salida de aire 22, un canal de circulación de aire 23 que se extiende entre la entrada y la salida de aire en una dirección axial 24. Dicho elemento de obturación 30 se extiende a lo largo de la dirección axial 24 y está dispuesto en dicho canal de circulación de aire 23.
Como se ha ilustrado en las figuras 2a a 5b, el elemento de obturación 30 comprende un obturador cónico 32 montado móvil en rotación sobre un soporte cónico fijo 31 conjugado. El obturador cónico 32 comprende un vértice 32a dispuesto hacia la entrada de aire en el canal de circulación. El vértice 32a es portado por un cojinete 31a del soporte fijo 32 que también forma un tope axial. La rotación del vértice 32a del obturador móvil 32 sobre el cojinete 31a del soporte 31 se obtiene por ejemplo, a través de un rodamiento de bolas o una jaula de agujas, no representado en las figuras con fines de claridad.
La circulación del aire está asegurada por la presencia de luces de paso de aire 33a, 33b dispuestas respectivamente en dicho obturador 32 y dicho soporte 31. Dada la forma cónica del elemento de obturación, las luces 33a, 33b forman secciones de paso de aire axial-radiales, que permiten establecer una comunicación fluida entre la entrada de aire 21 y la salida de aire 22 de la válvula cuando se colocan enfrentadas entre sí por la rotación del obturador móvil 32 sobre el soporte fijo 31.
En la figura 2a, el elemento de obturación está en la posición cerrada y el aire está bloqueado por el elemento de obturación por la superposición de las paredes del obturador 32 en las luces 33b del soporte 31. Según este modo de realización, las paredes del obturador 32 pueden ser mayores que las luces 31b del soporte.
En la figura 2b, el elemento de obturación está en la posición abierta y el aire pasa a través de las luces de paso de aire 33a, 33b. Esta circulación de aire a través de los pasos de aire se representa esquemáticamente mediante flechas discontinuas.
Según un modo de realización y como ilustran las figuras 3a y 3b, la válvula 10 comprende medios de estanqueidad 40 dispuestos entre el obturador 32 y el soporte 31. Con fines de claridad, los medios de estanqueidad 40 no se representan en las Figuras 2a, 2b, 4a a 5b.
T al como se representa en las figuras 3a y 3b, una junta de estanqueidad 41 está dispuesta entre dicho obturador 32 y el soporte 31 que permite asegurar la estanqueidad en toda la longitud del elemento de obturación cuando éste se encuentra en la posición cerrada. La junta 41 se extiende desde el vértice del elemento de obturación hasta su extremo distal.
Según este modo de realización, la junta 41 está fijada a las paredes del soporte 31 para permanecer fija durante la rotación del obturador. Por ejemplo, la junta puede ser una junta de silicona unida pero se pueden considerar otros materiales que permitan la estanqueidad dependiendo del tipo de aplicación y del tipo de fluido que pasa a través del elemento de obturación.
Cuando el elemento de obturación 30 está en la posición abierta, se mantiene un espacio entre el obturador 32 y el soporte 31 por la presencia de un resorte 43. Esta distancia corresponde a un intersticio que permite favorecer la rotación del obturador 32 sobre el soporte 31 evitando que la junta 41 fijada en el obturador cónico 32 roce contra el soporte fijo 31.
Además de la junta de estanqueidad 41, unos medios de desplazamiento axial 42 espontáneo del obturador cónico 32 contribuyen a mejorar la estanqueidad del elemento de obturación.
Estos medios 42 comprenden un resorte 43 que descansa sobre una arandela de apoyo 44 que descansa ella misma sobre un segmento de grafito 45. Estos medios 42 están fijados al obturador 32 por el extremo distal. La arandela de apoyo 44 permite limitar los rozamientos del resorte 43 sobre el segmento de grafito 45. El resorte 43 se puede comprimir cuando el elemento de obturación está en la posición cerrada, tal como se representa en la figura 3a. También se puede descomprimir y así mantener el obturador 32 a distancia de su soporte 31 cuando el elemento de obturación está en la posición abierta, tal como se representa en la figura 3b.
Tal como se ilustra en la figura 3a, el elemento de obturación está en posición cerrada y dichas paredes de dicho obturador 32 se superponen a las luces 33b del soporte 31 para impedir el paso del aire. También, el aire que circula en el canal de circulación ejerce una fuerza contra el obturador 32, lo que provoca el desplazamiento axial del obturador 32 hacia el soporte fijo, comprimiendo el resorte 43, y asegura la compresión de la junta de estanqueidad 41 contra el soporte fijo. La rigidez del resorte 43 se elige para permitir el desplazamiento axial del obturador cónico 32 cuando la válvula está en posición cerrada.
Tal como se ilustra en la figura 3b, el elemento de obturación 30 está en la posición abierta y se permite el paso de aire a través de las luces de paso 33a, 33b. En esta posición, el resorte 43 no está comprimido y forma un espacio entre el obturador y el soporte. La junta de estanqueidad 41 está alojada en este intersticio y no está comprimida.
Cuando el elemento de obturación 30 pasa de la posición abierta a la posición cerrada, la rotación del obturador 32 está controlada por un actuador 50.
También, según un modo de realización, el accionamiento del obturador cónico está asegurado por medio de imanes permanentes. Estos imanes permanentes 51 están dispuestos en el extremo distal del obturador 32. Son preferentemente solidarios con el segmento de grafito 45.
Las figuras 4a a 5b ilustran esquemáticamente el principio de funcionamiento de un actuador 50 para controlar un elemento de obturación 30 de una válvula según un modo de realización de la invención. Con fines de claridad, los medios de estanqueidad 40 no se muestran en estas figuras.
Según el modo de realización representado en las figuras 4a y 4b, el elemento de obturación está controlado por medios electromagnéticos sin contacto 60 para desplazar el obturador 32 y asegurar así el desplazamiento del elemento de obturación 30 desde la posición abierta a la posición cerrada y viceversa.
La figura 4a ilustra una válvula controlada por medios electromagnéticos sin contacto 60, cuyo elemento de obturación 30 está en la posición abierta permitiendo la circulación del aire.
Tal como se representa en la figura 4b, el actuador electromagnético está formado por dos bobinas 62 montadas en el cuerpo de válvula fuera de la válvula. El obturador 32 comprende en su parte distal una culata magnética 63 sobre la cual se montan imanes permanentes 61. De este modo, la culata permite optimizar el par inducido. Los imanes 61 pueden tener forma de tejas y tener una polaridad alterna sobre un arco angular suficiente para lograr la apertura total de la válvula. Las dos bobinas 62 realizan las funciones de fase A y de fase B de un motor de tipo paso a paso bipolar y el obturador 32 se utiliza como obturador del motor de tipo paso a paso. Cuando las bobinas 62 son atravesadas por una corriente, los imanes 61 se orientan según el campo magnético generado por las bobinas 62 y provocan el desplazamiento del obturador 32 para permitir la apertura o el cierre del elemento de obturación 30.
Según este modo de realización, las tejas magnéticas también pueden formar medios para el desplazamiento axial del obturador cónico por torsión magnética de las tejas.
Según otro modo de realización representado en las figuras 5a y 5b, el actuador es un actuador de tipo magnético 70 dispuesto fuera del cuerpo de válvula 20.
La figura 5a ilustra una válvula controlada por un actuador magnético 70 y cuyo elemento de obturación 30 está en posición abierta permitiendo la circulación del aire.
Tal como se ilustra en la figura 5a, el actuador magnético 70 está formado por un motor eléctrico 75 que comprende un piñón engranado con una rueda dentada 74 para desplazar el anillo magnético 72 sobre el que están dispuestos los imanes permanentes 71. El obturador 32 comprende en su parte distal una culata magnética 73 sobre la cual se disponen imanes permanentes 71. El anillo magnético 72 y el obturador 32 comprenden respectivamente cuatro imanes permanentes distribuidos simétricamente para realizar el accionamiento por atracción magnética entre polos opuestos de los imanes. La puesta en marcha del motor eléctrico 75 provoca el desplazamiento del anillo magnético 72 y en consecuencia el desplazamiento de los imanes permanentes 71 llevados por este anillo magnético. Este desplazamiento de los imanes provoca la rotación del obturador 32, lo que determina por lo tanto la apertura y el cierre del elemento de obturación.
Según otro modo de realización no representado en las figuras, el actuador magnético dispuesto fuera del cuerpo de válvula puede ser un motor eléctrico que acciona un tornillo sin fin magnético en rotación con la ayuda de una rueda dentada. Los imanes del tomillo sinfín están dispuestos en una hélice que recorre toda la circunferencia del tomillo sinfín. El obturador 32 comprende en su extremo distal una culata magnética 53 sobre la cual se montan imanes permanentes 61.
Los imanes utilizados en este tipo de aplicaciones pueden ser imanes de samario-cobalto que permiten soportar altas temperaturas del orden de los 260 °C.
Los diversos modos de realización presentados anteriormente permiten obtener un accionamiento sin contacto por un actuador electromagnético o magnético y así asegurar una estanqueidad óptima de la válvula.
La invención no se limita a los únicos modos de realización descritos. En particular, según otro modo de realización, el control del obturador cónico se puede realizar con contacto entre el obturador y el actuador. Según este modo de realización, el obturador no tiene imanes permanentes y comprende únicamente una rueda dentada accionada directamente por el piñón del motor dispuesto fuera del cuerpo de válvula. Se pueden considerar otras soluciones para impulsar un obturador cónico sobre un soporte fijo y formar así una válvula según la invención.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Válvula de regulación (10) de un flujo de fluido que comprende:
- un cuerpo de válvula (20) que comprende una entrada de fluido (21), una salida de fluido (22), un canal de circulación de fluido (23) que se extiende en una dirección, dicha dirección axial (24) entre dicha entrada de fluido (21) y dicha salida de fluido (22),
- un elemento de obturación (30) dispuesto en dicho canal de circulación de fluido y configurado para poder pasar desde una posición abierta permitiendo la circulación de fluido en dicho canal de circulación (23) entre la entrada de fluido (21) y la salida de fluido (22) o viceversa, en una posición cerrada impidiendo la circulación de fluido en el canal de circulación entre la entrada de fluido (21) y la salida de fluido (22) o viceversa,
- un actuador (50) de dicho elemento de obturación adaptado para poder controlar la posición de dicho elemento de obturación (30) en dicho canal de circulación de fluido,
- un soporte fijo cónico (31) solidario con el cuerpo de válvula (20) y que tiene un vértice (34b) orientado hacia dicha entrada de fluido (21) de dicho cuerpo de válvula,
- un obturador cónico conjugado (32) móvil en rotación con respecto al soporte fijo (31) y que tiene un vértice (34a) orientado hacia dicha entrada de fluido (21) de dicho cuerpo de válvula,
- al menos una luz de paso de fluido (33a) dispuesta en dicho obturador cónico (32) y al menos una luz de paso de fluido conjugada (33b) dispuesta en dicho soporte fijo (31) para permitir la circulación de fluido a través de dicho elemento de obturación (30) cuando dichas luces (33a, 33b) están enfrentadas entre sí y definen dicha posición abierta, y
- una junta de estanqueidad (41) dispuesta axialmente entre dicho obturador cónico (32) y dicho soporte fijo cónico (31),
caracterizada por que dicho elemento de obturación comprende:
- medios (42) para el desplazamiento axial espontáneo del obturador cónico (32) contra el soporte fijo que comprenden al menos un resorte (43) configurado para permitir mantener el obturador cónico a distancia del soporte fijo cuando dicho el elemento de obturación está en dicha posición abierta o en una posición intermedia y comprimirse cuando dicho elemento de obturación está en dicha posición cerrada para permitir el desplazamiento axial de dicho obturador (32) que comprime dicha junta de estanqueidad.
2. Válvula de regulación de flujo de fluido según la reivindicación 1 caracterizada por que dicho obturador cónico (32) y dicho soporte fijo (31) comprenden cada uno respectivamente un número impar de luces de paso de fluido (33a, 33b) repartidas de manera regular.
3. Válvula de regulación de un flujo de fluido según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada por que también tiene al menos un eje de simetría que se extiende a lo largo de la dirección axial (24) desde dicho vértice del soporte fijo y un ángulo a que define una inclinación de dichas luces (33a, 33b) del obturador cónico (32) y del soporte fijo (31) respecto a dicho eje de simetría de la válvula, siendo dicho ángulo a menor o igual a 30°.
4. Válvula de regulación de un flujo de fluido según una de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizada por que dicho actuador (50) comprende medios de actuación sin contacto de dicho elemento de obturación.
5. Válvula de regulación de flujo de fluido según la reivindicación 4 caracterizada por que dichos medios de accionamiento sin contacto de dicho elemento de obturación comprenden medios electromagnéticos (60) o medios magnéticos (70) alojados fuera del canal de circulación del fluido (23).
6. Válvula de regulación de flujo de fluido según la reivindicación 5 caracterizada por que dichos medios electromagnéticos (60) comprenden al menos un estator bobinado (62) y dicho obturador cónico comprende imanes permanentes (61).
7. Válvula de regulación de flujo de fluido según la reivindicación 5 caracterizada por que dichos medios magnéticos (70) comprenden un motor eléctrico (75) montado sobre un anillo magnético (72) provisto de imanes (71) y dicho obturador cónico comprende imanes (71).
8. Sistema de aire acondicionado de un vehículo de transporte aéreo (80) o ferroviario que comprende al menos una válvula de regulación de aire (10), caracterizado por que dicha válvula es una válvula según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
9. Vehículo de transporte aéreo (80) o ferroviario que comprende al menos un motor de propulsión (81), una cabina y al menos un sistema de aire acondicionado de dicha cabina, caracterizado por que el sistema de aire acondicionado de la cabina es el sistema de aire acondicionado según la reivindicación 8.
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