ITBO20130351A1 - Valvola di avviamento di una macchina operatrice a fluido funzionante in un impianto sottovuoto - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“VALVOLA DI AVVIAMENTO DI UNA MACCHINA OPERATRICE A FLUIDO FUNZIONANTE IN UN IMPIANTO SOTTOVUOTOâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad una valvola di avviamento di una macchina operatrice a fluido funzionante in un impianto sottovuoto.

Inoltre, la presente invenzione si riferisce ad impianto sottovuoto comprendente la suddetta valvola di avviamento.

Nella tecnica di circolazione e compressione di gas, in particolare aria, à ̈ abbastanza comune l’uso di valvole di avviamento che facilitano la partenza dei compressori o delle soffianti in presenza di una contropressione allo scarico dell’impianto.

Infatti, la presenza di tale contropressione genera un carico sul compressore già a macchina ferma, richiedendo, di conseguenza, una elevata subitanea richiesta di energia elettrica, e quindi un sovraccarico all’avviamento della macchina operatrice stessa tale anche da impedirne la messa in funzione a causa dell’elevato assorbimento di corrente del motore elettrico di azionamento.

Attualmente esistono sul mercato delle valvole di avviamento che consentono di ottenere un funzionamento a vuoto (ossia senza carico) per un periodo transitorio permettendo così di gestire il funzionamento dei compressori e delle soffianti in maniera corretta, evitando sovraccarichi indesiderati.

L’opportuna valvola di avviamento viene scelta in base alla pressione di funzionamento dell’impianto ed al volume di gas da trattare.

La presenza di una siffatta valvola di avviamento consente di eliminare il sovraccarico dello spunto equalizzando la pressione tra entrata e uscita del compressore, eliminando così la differenza di pressione che altrimenti genererebbe l’alto sovraccarico iniziale.

Subito dopo la valvola di avviamento tende a chiudersi progressivamente fino al valore di taratura della valvola stessa, che corrisponde alla pressione di funzionamento dell’intero impianto.

La gradualità con cui viene chiusa la valvola di avviamento consente di generare un carico progressivo sulla macchina operatrice e quindi sul motore elettrico di azionamento della macchina operatrice stessa.

Tuttavia, le valvole di avviamento attualmente presenti sul mercato non consentono un grado di precisione di regolazione della pressione tale da poter essere applicate con successo sia nelle applicazioni in pressione che in quelle in vuoto.

Pertanto, mediante la presente invenzione si à ̈ cercato di concepire una valvola di avviamento che abbia una elevata precisione di regolazione della pressione anche in impianti in cui sono presenti macchine operatrici a fluido funzionanti in vuoto.

Per la realizzazione della presente valvola di avviamento si sono utilizzati i già consolidati criteri costruttivi di semplicità ed economicità delle ben conosciute applicazioni in pressione.

La presente valvola di avviamento à ̈ particolarmente utile in tutte quelle applicazioni in vuoto aventi un basso rapporto di espansione (cioà ̈ un rapporto tra la pressione atmosferica e la pressione assoluta di funzionamento dell’impianto non superiore a 5) con alte portate di gas.

La presente valvola di avviamento, oltre a facilitare l’avviamento delle macchine operatrici, ha la funzione di garantire il mantenimento di una pressione di esercizio costante (±1% della pressione richiesta), fattore che si à ̈ rivelato essere fondamentale per una corretta ed efficiente operatività in questo tipo di applicazioni.

Pertanto, scopo principale della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una valvola di avviamento che, in un impianto sottovuoto, eviti di far lavorare la macchina operatrice in condizioni di sovraccarico eccessivo con un conseguente risparmio energetico, oppure di farla lavorare a valori inferiori a quelli relativi alle condizioni operative ottimali del processo.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un impianto sottovuoto comprendente almeno una suddetta valvola di avviamento.

Secondo la presente invenzione vengono quindi realizzati una valvola di avviamento ed un impianto sottovuoto che integra una siffatta valvola secondo quanto rivendicato nelle rispettive rivendicazioni indipendenti o in una qualsiasi delle rivendicazioni dipendenti; direttamente o indirettamente, dalle rivendicazioni indipendenti.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, vengono ora descritte alcune forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempi non limitativi e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 illustra una sezione longitudinale di una valvola di avviamento realizzata secondo i dettami della presente invenzione;

- la figura 2 mostra una prima configurazione di un impianto sottovuoto comprendente una valvola di avviamento del tipo illustrato in figura 1;

- la figura 3 illustra una seconda configurazione di un impianto sottovuoto comprendente una valvola di avviamento del tipo illustrato in figura 1;

- la figura 4 mostra una terza configurazione di un impianto sottovuoto comprendente una valvola di avviamento del tipo illustrato in figura 1;

- la figura 5 illustra una valvola di avviamento del tipo illustrato in figura 1 associata ad una relativa valvola pilota; e

- la figura 6 mostra la valvola di avviamento e la valvola pilota di figura 5 integrate in un impianto sottovuoto.

In figura 1, con 100 si à ̈ indicata, nel suo complesso, una valvola di avviamento integrata in un impianto sottovuoto 1000 (figure 2, 3, 4).

Per inciso, come illustrato nelle allegate figure 2, 3, 4, l’impianto sottovuoto 1000, comprende, oltre la citata valvola di avviamento 100, una macchina operatrice 200 posta a valle di tale valvola di avviamento 100.

Nell’impianto sottovuoto 1000 à ̈ compresa, inoltre, una valvola di non ritorno 300 frapposta tra la valvola di avviamento 100 ed una utenza sottovuoto 400.

Una linea fluidodinamica 500 collega l’utenza sottovuoto 400, la valvola di non ritorno 300, la valvola di avviamento 100 e la macchina operatrice 200 poste in serie l’una rispetto all’altra.

In seguito ci si riferirà di nuovo alla figure 2, 3, 4 quando si descriverà il funzionamento della valvola di avviamento 100 contestualizzato nel funzionamento globale dell’impianto sottovuoto 1000 (vedi oltre).

Come illustrato in maggior dettaglio in figura 1 la valvola di avviamento 100 comprende i seguenti elementi: - un corpo valvola 10;

- un coperchio 11;

- una piastra 12 di un pistone attuatore 13; tale pistone attuatore 13 potendo appoggiarsi sul bordo di una apertura di passaggio dell’aria 10A che si trova all’interno del corpo valvola 10; si noti che, anche quando il pistone attuatore 13 à ̈ appoggiato al bordo della prima apertura di passaggio dell’aria 10A, su tale pistone attuatore 13 vi à ̈ una luce 13A sempre aperta che consente sempre il passaggio di un flusso d’aria (F) in ogni condizione di funzionamento della valvola 100;

- una ghiera 14 di bloccaggio;

- una membrana deformabile 15 collegata alla piastra 12 ed al pistone attuatore 13;

- uno stelo 16 su cui à ̈ calettata la piastra 12 tramite la ghiera 14 di bloccaggio;

- una pluralità di aperture 17 realizzate sul corpo valvola 10, attraversate, in uso, dal suddetto flusso d’aria (F) proveniente dall’ambiente esterno (vedi oltre);

- un mozzo centrale 18 sostenuto dal corpo valvola 10 per mezzo di una pluralità di razze 19 (solo due razze 19 sono visibili in figura 1); il mozzo centrale 18 essendo provvisto di un foro passante centrale 18A attraversato, in uso, dallo stelo 16, il quale può liberamente scorrere all’interno di questo foro 18A lungo un asse centrale di simmetria (Y) secondo un primo senso (ARW1) verso il basso, oppure secondo un secondo senso (ARW2) verso l’alto;

- un otturatore 20 calettato anch’esso sullo stelo 16;

tale otturatore 20 essendo provvisto di una guarnizione di tenuta 21 atta a chiudere una seconda apertura di passaggio dell’aria 10B; inoltre, l’otturatore 20 à ̈ conformato vantaggiosamente come un corpo a tazza comprendente un fondo 20A a cui à ̈ solidale un collare cilindrico 20B provvisto di una pluralità di aperture passanti 20C; si noti che sullo stelo 16 sono calettati in definitiva sia il pistone attuatore 13 che l’otturatore 20;

- un foro passante 16A che attraversa longitudinalmente (lungo il suddetto asse (Y)) lo stelo 16; tale foro passante 16A mette in comunicazione fluidica lo spazio racchiuso da un raccordo 25 con uno spazio 22 definito da un coperchio 23 nella parte alta del corpo valvola 10; si noti, altresì, che sul coperchio 11 à ̈ prevista una luce di passaggio dell’aria 24 (a forma di corona circolare) che mette in comunicazione fluidica lo spazio 22 con una camera 30 sottostante definita superiormente dal coperchio 11, inferiormente dall’insieme dato dalla piastra 12 e dalla membrana deformabile 15, e centralmente dalla superficie, sostanzialmente cilindrica, dello stelo 16; inoltre, come illustrato in figura 1, l’estremità superiore dello stelo 16 à ̈ liberamente scorrevole nello spazio 22; per di più, all’estremità superiore dello stelo 16 à ̈ fissata una ghiera 35, la quale, in una particolare configurazione del sistema, serve a limitare l’apertura della valvola; ed

- una molla elicoidale 40 presentante una estremità superiore 40A appoggiata sulle razze 19, ed una estremità inferiore 40B in appoggio sulla superficie superiore del fondo 20A; pertanto l’otturatore 20 à ̈ soggetto ad una prima azione trasmessagli dallo stelo 16, e ad una seconda azione elastica impressa dalla molla elicoidale 40 (vedi oltre).

Anche se in figura 1 le aperture 20C presentano una forma triangolare per semplicità tali aperture 20C possono essere realizzate con forme e dimensioni diverse (semicircolari, quadrate, rettangolari ecc.) per far sì che l’area di passaggio del flusso d’aria aumenti più o meno progressivamente in funzione dello spostamento dello stelo 16.

Questa particolarità consente di adattare, in modo semplice ed efficace, il funzionamento della presente valvola ad un campo operativo più ampio.

Si noti che il raccordo 25 serve a collegare idraulicamente la valvola 100 alla linea fluidodinamica 500 (figure 2, 3, 4).

Si descriverà qui di seguito il funzionamento della valvola di avviamento 100 con riferimento anche agli schemi dell’impianto sottovuoto 1000 riportati nella figure 2, 3, 4:

- nella configurazione di partenza della valvola di avviamento 100 rappresentata nella parte a sinistra della figura 1, l’otturatore 20 non à ̈ in appoggio sul bordo dell’apertura 10B e la macchina operatrice 200 (figura 2) à ̈ ferma; pertanto, in questa configurazione iniziale la valvola di avviamento 100 à ̈ mantenuta aperta dalla molla elicoidale 40;

- quando la macchina operatrice 200 viene avviata (figura 3) l’aria esterna à ̈ aspirata dall’ambiente esterno attraverso le aperture 17 (freccia (F)) e fluisce anche attraverso le aperture passanti 20C; ciò provoca una caduta di pressione proprio attraverso le aperture passanti 20C presenti sul collare 20B dell’otturatore 20 inducendo così la chiusura della valvola di avviamento 100 in un tempo regolabile;

- la caduta di pressione generata nell’otturatore 20 si propaga lentamente attraverso un foro calibrato di strozzamento 16B ed il foro passante 16A alla camera 30 (via la luce di passaggio 24) posta sopra al pistone attuatore 13; ciò provoca una differenza di forze tra i due lati del pistone attuatore 13 a causa della differenza di superfici su cui agisce la depressione; tale forza provoca il movimento del pistone attuatore 13 verso l’alto (freccia (ARW2)), aumentando ulteriormente la caduta di pressione e quindi aumentando conseguentemente la forza che provoca il movimento del pistone attuatore 13 verso l’alto (freccia (ARW2)) sino alla completa chiusura della valvola di avviamento 100 dovuta al fatto che la guarnizione di tenuta 21 si à ̈ andata ad appoggiare sull’orlo dell’apertura 10B (si veda la parte destra di figura 1); a questo punto si conclude la fase di avviamento della macchina operatrice 200 (figura 4).

Durante il funzionamento della macchina operatrice 200 la valvola di avvio 100 (figura 4) rimane chiusa per la differenza tra le forze generate dalla stessa pressione che agisce sulle superfici diverse del pistone attuatore 13 e dell’otturatore 20.

All’arresto della macchina operatrice 200, a causa della chiusura della linea fluidodinamica 500 per la presenza della valvola di non ritorno 300 posta a monte della valvola di avviamento 100 (vedi figura 1), sotto l’otturatore 20 si ripristina la pressione atmosferica e, attraverso il foro calibrato di strozzamento 16B ed il foro 16A, la pressione atmosferica si ripristina anche nella camera 30.

A questo punto, la forza della molla 40, non più contrastata dalle forze indotte dalle depressioni, fa aprire la valvola di avviamento 100 (spingendo l’otturatore 40 verso il basso; freccia (AWR1)), che ritorna nella configurazione iniziale mostrata nella parte sinistra di figura 1, pronta per un nuovo avviamento.

Per regolare il tempo di chiusura della valvola di avviamento 100 occorre agire sulla posizione della ghiera 35.

Difatti, avvitando la ghiera 35 intorno allo stelo 16 si fa avvicinare l’otturatore 20 alla apertura 10B (nella sua configurazione iniziale mostrata nella parte sinistra di figura 1) riducendo il tempo di chiusura della valvola di avviamento 100; mentre svitando la ghiera 35 si allontana l’otturatore 20 dalla apertura 10B facendo aumentare proporzionalmente il tempo di chiusura della valvola di avviamento 100.

Durante il funzionamento della macchina operatrice 200 esiste la necessità di mantenere o limitare la depressione richiesta dall’impianto in modo accurato e ciò à ̈ possibile abbinando alla valvola di avviamento 100 sopra descritta un dispositivo di pilotaggio 600 (figure 5, 6) di seguito descritto.

Il dispositivo di pilotaggio 600 à ̈ realizzato tramite l’uso di una valvola limitatrice di pressione ad azione diretta, installata sul coperchio 11 della valvola di avviamento 100 (figura 5).

La depressione di funzionamento dell’impianto sottovuoto 1000 viene rilevata dal dispositivo di pilotaggio 600 mediante una presa di pressione 601 posta sul raccordo 25 (figura 5), o direttamente sulla linea fluidodinamica 500.

Il dispositivo di pilotaggio 600, pertanto, reagisce alle variazioni della depressione variando a sua volta l’afflusso di aria atmosferica nella camera 30 della valvola di avviamento 100.

Se, ad esempio, la depressione dell’impianto sottovuoto 1000 aumenta, il dispositivo di pilotaggio 600 si accorge della variazione di pressione tramite una membrana 602, la quale à ̈ sottoposta, da un lato alla pressione atmosferica attraverso un foro 603, e dall’altro lato alla depressione dell’impianto sottovuoto 1000 tramite un condotto 604.

La differenza di pressione sulla membrana 602 fa spostare un otturatore 605 secondo una freccia (ARW3) (figura 5). Nel suo spostamento l’otturatore 605 comprime una molla 606.

Lo spostamento dell’otturatore 605 mette in comunicazione, attraverso un foro di passaggio 607, l’ambiente esterno a pressione atmosferica con la camera 30 della valvola di avviamento 100 tramite due raccordi 608, 609 (figura 5).

Conseguentemente la pressione della camera 30 aumenta facendo muovere l’otturatore 20 della valvola di avviamento 100 verso il basso (secondo la citata freccia (ARW1)), facendo aumentare così la quantità di aria che entra nell’impianto sottovuoto attraverso le aperture 17 della valvola di avviamento 100 fino al raggiungimento di una nuova configurazione di equilibrio.

Se la depressione dell’impianto sottovuoto si abbassa il comportamento del dispositivo di pilotaggio 600 e della valvola di avviamento sarà esattamente opposto a quello appena descritto, riducendo l’ingresso di aria atmosferica dal foro di passaggio 607 fino ad una nuova condizione di equilibrio.

I principali vantaggi della valvola di avviamento secondo l’invenzione sono riassumibili nei seguenti punti:

- si à ̈ riuscito a garantire un funzionamento privo di carico alle applicazioni sottovuoto, con la finalità di limitare il massimo assorbimento energetico durante la fase di spunto all’avviamento della macchina operatrice; questa nuova configurazione meccanica della valvola ha consentito di avere una maggiore precisione di apertura della valvola, evitando di far lavorare la macchina operatrice in condizioni di sovraccarico eccessivo, con un conseguente risparmio energetico, oppure di farla lavorare a valori inferiori a quelli relativi alle condizioni operative ottimali del processo;

- si può garantire il mantenimento di una pressione di esercizio dell’impianto con una elevata precisione (± 1% della pressione richiesta) tramite l’eventuale uso di un opportuno elemento di pilotaggio;

- si sommano nello stesso elemento meccanico la funzione di attuazione con quella di otturazione per pressioni negative (tali funzioni sono normalmente separate nelle valvole attualmente esistenti in commercio); in questo modo si evita di incorrere nelle consuete complicazioni costruttive;

- l’aver sviluppato nella configurazione di questa valvola la possibilità di integrare un elemento di parzializzazione della portata tale da estendere il campo di applicazione della valvola stessa ad un campo di funzionamento più ampio di quello normalmente previsto, ciò sia per applicazioni in vuoto che in pressione, evitando l’instabilità di funzionamento che oggi si verifica in presenza di riduzioni di portata significative (30% della portata nominale) nella valvola in fase di regolazione e dell’impianto nel suo complesso; e

- si à ̈ ridotto il numero di elementi costituenti la valvola avendo adottato un sistema attuatore a semplice effetto con una unica camera su cui opera la pressione, contrariamente a quelle sia a doppio effetto che con doppia camera presenti sul mercato.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Valvola di avviamento (100) di una macchina operatrice a fluido (200) funzionante in un impianto sottovuoto (1000); valvola di avviamento (100) in cui sono previsti: - un corpo valvola (10) provvisto di almeno una apertura (17) per l’ingresso di un gas; ed - un pistone attuatore (13) calettato su uno stelo (16) liberamente scorrevole in mezzi di guida (18A); detto pistone attuatore (13) definendo una camera (30) insieme ad una porzione di detto corpo valvola (10); detto pistone attuatore (13) essendo sottoposto all’azione di una membrana deformabile (15) ed in cui à ̈ previsto un foro calibrato di strozzamento (16B) in serie con un foro passante (16A) che attraversa longitudinalmente detto stelo (16); tali fori (16A, 16B) mettendo in comunicazione fluidica detta camera (30) con una linea fluidodinamica (500) di detto impianto sottovuoto (1000); valvola di avviamento (100) caratterizzata dal fatto di comprendere, inoltre, un otturatore (20) calettato anch’esso su detto stelo (16); detto otturatore (20) essendo atto a chiudere una apertura di passaggio del gas (10B) in funzione della differenza di pressione esistente tra detta camera (30) e detta linea fluidodinamica (500).
2. 2. Valvola di avviamento (100), come rivendicato alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto otturatore (20) Ã ̈ soggetto a forze elastiche generate da un elemento elastico (40).
3. 3. Valvola di avviamento (100), come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto otturatore (20) à ̈ conformato vantaggiosamente come un corpo a tazza, e comprende un fondo (20A) a cui à ̈ solidale un collare cilindrico (20B) provvisto di una pluralità di aperture passanti (20C).
4. 4. Valvola di avviamento (100), come rivendicato alla rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che dette aperture (20C) sono realizzate con forme e dimensioni diverse (triangolari, semicircolari, quadrate, rettangolari ecc.), per far sì che l’area di passaggio del flusso d’aria aumenti più o meno progressivamente in funzione dello spostamento di detto stelo (16).
5. 5. Valvola di avviamento (100), come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto foro calibrato di strozzamento (16B) e detto foro passante (16A) mettono in comunicazione fluidica lo spazio racchiuso da un raccordo (25) con uno spazio (22) definito da un elemento di copertura (23) posto nella parte alta di detto corpo valvola (10).
6. 6. Valvola di avviamento (100), come rivendicato alla rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detto spazio (22) e detta camera (30) sono in comunicazione fluidica tra di loro per mezzo di una luce di passaggio dell’aria (24).
7. 7. Valvola di avviamento (100), come rivendicato alla rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che l’estremità superiore di detto stelo (16) à ̈ liberamente scorrevole in detto spazio (22).
8. 8. Valvola di avviamento (100), come rivendicato alla rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che all’estremità superiore di detto stelo (16) à ̈ fissata una ghiera (35), la quale serve a limitare l’apertura della valvola di avviamento (100) stessa.
9. 9. Valvola di avviamento (100), come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di prevedere mezzi di allacciamento fluidico (601, 608, 609) con un dispositivo di pilotaggio (600), il quale reagisce alle variazioni della depressione variando direttamente l’afflusso di aria atmosferica in detta camera (30).
10. 10. Impianto sottovuoto (1000) comprendente almeno una valvola di avviamento (100) come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 1-9.