ITBS20130182A1 - Valvola di intercettazione di un fluido - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una valvola di intercettazione di un fluido, del tipo comprendente un corpo valvola in cui sono ricavati un condotto di ingresso, un condotto di uscita, ed una sede otturatore tra detti condotti di ingresso ed uscita, dove in detta sede otturatore è posto un otturatore ruotabile tra una posizione di chiusura valvola, in cui impedisce il passaggio del fluido da detto condotto di ingresso a detto condotto di uscita, ed una posizione di apertura valvola, in cui pone in comunicazione fluidica detti condotti di ingresso e di uscita.

L’otturatore valvola, che in un’usuale forma di realizzazione è un otturatore a sfera, è supportato nella sede otturatore da guarnizioni di tenuta che impediscono trafilamenti del fluido tra i condotti di ingresso e di uscita attraverso detta sede quando l’otturatore è ruotato in posizione di chiusura.

In talune applicazioni, la rotazione dell’otturatore valvola è solitamente effettuata o manualmente da un operatore o mediante un servo-meccanismo, ad esempio per il tramite di un organo di comando accoppiato all’otturatore attraverso un albero di comando.

Quando l’otturatore è nella posizione di chiusura, la pressione del fluido agisce sulla guarnizione dell’otturatore rivolta verso il condotto di ingresso aumentando l’effetto di tenuta della guarnizione ma, al tempo stesso, sviluppando una forza che contrasta la rotazione dell’organo di comando in apertura della valvola e quindi dell’otturatore stesso.

In certi casi le valvole di intercettazione possono permanere nella posizione di chiusura in pressione anche per molto tempo; in questa situazione si crea un effetto colla (noto in gergo anche con l’espressione “lips sticker”) tra l’otturatore e le relative guarnizioni, che comporta un aumento di coppia anche del 50% per aprire la valvola. Per aumentare la coppia di apertura della valvola vengono allora impiegate leve di comando più lunghe, che spesso causano però la rottura dell’albero di comando o il danneggiamento della zona di accoppiamento tra albero e l’otturatore. Per ovviare ad un tale inconveniente, sono state proposte, soprattutto per il settore dell’alta pressione, valvole di intercettazione a cui è applicata una valvola di bypass, di dimensioni ridotte, che, quando l’otturatore valvola si trova in posizione di chiusura, può essere aperta dall’operatore in modo da porre in comunicazione il condotto di ingresso della valvola di intercettazione con il condotto di uscita, così da scaricare la pressione agente sull’otturatore. A questo punto la leva di comando della valvola di intercettazione può essere manovrata con una coppia pari a quella con valvola senza pressione.

E’ evidente che una tale soluzione tecnica comporta un aumento dei componenti e degli ingombri della valvola, con tutti gli svantaggi che ne derivano.

Inoltre, il fatto che l’operatore sia chiamato ad effettuare due manovre in successione, sia in apertura sia in chiusura, rende l’intervento sulla valvola di intercettazione più complesso e meno rapido. Ad esempio, potrebbe succedere che la valvola di bypass venga dimenticata aperta, facendo erroneamente ritenere di avere delle perdite nell’impianto.

Scopo della presente invenzione è quello di proporre una valvola di intercettazione di un fluido, in particolare per alte pressioni, che può essere manovrata con una coppia ridotta sull’organo di comando e in grado al tempo stesso di ovviare agli inconvenienti sopra lamentati.

Detto scopo è conseguito con una valvola di intercettazione secondo la rivendicazione 1. Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione preferite dell’invenzione.

L’idea alla base della presente invenzione è quella di ricavare nel corpo valvola della valvola di intercettazione un condotto di bypass intercettato da un otturatore di bypass il quale è comandabile in rotazione dallo stesso organo di comando che comanda l’otturatore valvola e contemporaneamente alla manovra di apertura/chiusura dell’otturatore valvola. In una prima fase della rotazione dell’organo di comando viene azionato il solo otturatore di bypass, aprendo il condotto di bypass mentre l’otturatore valvola è ancora chiuso. In una seconda fase della rotazione dell’organo di comando, entrambi gli otturatori vengono fatti ruotare. Al termine della rotazione dell’organo di comando, l’otturatore valvola è completamente aperto mentre l’otturatore di bypass è completamente chiuso. Grazie al fatto che le sezioni di passaggio del condotto di bypass e le relative guarnizioni di tenuta sono sensibilmente inferiori rispetto a quelle del passaggio principale, si ottiene l’effetto desiderato di scaricare a valle della valvola la pressione agente sull’otturatore valvola attraverso il condotto di bypass, applicando una coppia ridotta all’organo di comando.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno comunque evidenti dalla descrizione di seguito riportata di suoi esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle allegate figure, in cui:

- La figura 1 rappresenta uno spaccato, a parti separate, della valvola di intercettazione secondo l’invenzione;

- Le figure 2, 3 e 4 rappresentano uno spaccato della valvola assemblata nelle posizioni di valvola chiusa, valvola con condotto di bypass aperto e valvola aperta, rispettivamente;

- Le figure 2a, 3a e 4a mostrano, in vista prospettica, l’assieme dell’otturatore valvola e dell’otturatore di bypass con le rispettive guarnizioni, nelle posizioni di valvola chiusa, valvola con condotto di bypass aperto e valvola aperta, rispettivamente;

- La figure 2b, 3b e 4b sono sezioni orizzontali dell’assieme delle figure precedenti a livello dei mezzi di accoppiamento dell’albero di comando all’otturatore valvola;

- Le figure 5, 6 e 7 sono sezioni assiali della valvola di intercettazione nelle posizioni di valvola chiusa, valvola con condotto di bypass aperto e valvola aperta, rispettivamente, comprendenti un’indicazione del flusso del fluido nella valvola; e

- Le figure 5a, 6a e 7a sono viste in pianta dall’alto della valvola nelle posizioni di valvola chiusa, valvola con condotto di bypass aperto e valvola aperta, rispettivamente.

In detti disegni, con 1 è stata indicata nel suo complesso una valvola di intercettazione di un fluido secondo l’invenzione.

In una forma generale di realizzazione, la valvola 1 comprende un corpo valvola 10 in cui sono ricavati un condotto di ingresso 12 ed un condotto di uscita 14 per il fluido. Ad esempio, detti condotti di ingresso e di uscita 12, 14 sono coassiali tra loro. Nel corpo valvola 10, tra i condotti di ingresso 12 ed uscita 14, è ricavata una sede otturatore 16 in cui è alloggiato un otturatore valvola 18. L’otturatore valvola 18 è ruotabile tra una posizione di chiusura valvola, in cui impedisce il passaggio del fluido da detto condotto di ingresso 12 a detto condotto di uscita 14, ed una posizione di apertura valvola, in cui pone in comunicazione fluidica detti condotti di ingresso 12 e di uscita 14.

In una forma di realizzazione, l’otturatore valvola 18 è un otturatore a sfera.

L’otturatore valvola 18 è attraversato da un passaggio otturatore valvola 182 che, quando la valvola è in posizione di apertura, risulta allineato ai condotti di ingresso 12 e di uscita 14. Detti condotti 12, 14 e tale passaggio otturatore valvola 182 formano un passaggio principale per il fluido. In una forma di realizzazione, detto passaggio principale si estende lungo un asse principale X ortogonale rispetto all’asse di rotazione Y dell’otturatore valvola.

L’otturatore valvola 18 è supportato nella sede otturatore 16 per il tramite di guarnizioni di tenuta 20, ad esempio di forma toroidale, rivolte rispettivamente verso il condotto di ingresso 12 ed il condotto di uscita 14.

In accordo con un aspetto dell’invenzione, la valvola 1 comprende un condotto di bypass 30 ricavato nel corpo valvola 10 in modo da collegare fluidicamente il condotto di ingresso 12 ed il condotto di uscita 14 senza passare attraverso l’otturatore valvola 18.

In detto condotto di bypass 30 è posto un otturatore di bypass 32 ruotabile tra una posizione di chiusura di detto condotto di bypass 30 ed una posizione di apertura di detto condotto di bypass 30.

La valvola 1 comprende un elemento di comando 40 adatto a provocare una rotazione sia dell’otturatore valvola 18 sia dell’otturatore di bypass 32. Questo elemento di comando 40 è ruotabile tra una prima posizione, in cui sia l’otturatore valvola 18 sia l’otturatore di bypass 32 sono nella posizione di chiusura (figure 2 e 5), ed una seconda posizione, in cui l’otturatore valvola 18 è in posizione di apertura e l’otturatore di bypass 32 è nella posizione di chiusura (figure 4 e 7), passando attraverso una posizione intermedia, in cui l’otturatore valvola 18 è ancora in posizione di chiusura mentre l’otturatore di bypass 32 è nella posizione di apertura (figure 3 e 6).

In particolare, in una prima fase della rotazione dell’elemento di comando 40, in cui si ha il passaggio dalla prima posizione (di valvola chiusa) alla posizione intermedia (condotto di bypass aperto), l’elemento di comando 40 provoca la rotazione del solo otturatore di bypass 32. In una seconda fase della rotazione dell’elemento di comando 40, in cui si ha il passaggio dalla posizione intermedia alla seconda posizione (di valvola aperta), l’elemento di comando 40 provoca la rotazione sia dell’otturatore valvola 18 sia dell’otturatore di bypass 32. Da notare che, come rappresentato nelle figure 4, 4a e 7, al raggiungimento della seconda posizione il condotto di bypass 30 risulta nuovamente chiuso e la valvola funziona normalmente nella sua configurazione di apertura.

Più in dettaglio, l’elemento di comando 40 è solidale in rotazione all’otturatore di bypass 32 ed impegna angolarmente l’otturatore valvola 18 solo al raggiungimento della posizione intermedia.

Vantaggiosamente, il condotto di bypass 30 ha una sezione di passaggio del fluido inferiore rispetto alla sezione di passaggio del condotto di ingresso 12. Pertanto, la prima fase della rotazione dell’elemento di comando 40, che interessa solo l’otturatore di bypass 32, richiede una coppia sull’elemento di comando 40 significativamente inferiore rispetto a quella necessaria per ruotare l’otturatore valvola 18.

In una forma preferita di realizzazione, l’elemento di comando 40 comprende un organo di comando ruotabile 42, ad esempio una leva, ed un albero di comando 44 che trasmette la rotazione di detto organo di comando all’otturatore valvola 18. Vantaggiosamente, l’otturatore di bypass 32 è ricavato in detto albero di comando 42. Ad esempio, albero di comando 44 e otturatore di bypass 32 sono ricavati integralmente in un corpo unico.

In una forma preferita di realizzazione, l’albero di comando 44 ha una porzione (inferiore) di estremità 442 avente una sezione sostanzialmente rettangolare accolta in una sede albero 184 ricavata nell’otturatore valvola 18. Detta porzione di estremità 442 è libera di ruotare in detta sede albero 184 di un angolo pari allo spostamento dalla prima posizione alla posizione intermedia. Ad esempio, la sede albero 184 è costituita da un recesso ricavato nell’otturatore valvola 18 e delimitato da pareti inclinate.

In una forma di realizzazione, l’albero di comando 44 è alloggiato in una sede albero 444 ricavata nel corpo valvola 10. Detta sede albero 444 delimita una porzione intermedia 302 del condotto di bypass 30. Tale porzione intermedia 302 del condotto di bypass alloggia l’otturatore di bypass 32. Ad esempio, detta porzione intermedia 302 del condotto di bypass 30 si estendente in una direzione sostanzialmente ortogonale rispetto all’asse di rotazione Y dell’albero di comando 44. Inoltre, detta porzione intermedia 302 del condotto di bypass 30 comunica fluidicamente con una porzione di ingresso 304 del condotto di bypass 30 ricavata nel corpo valvola 10 e con una porzione di uscita 306 del condotto di bypass 30, ricavata nel corpo valvola 10. L’otturatore di bypass 32 si interfaccia con dette porzioni di ingresso 304 e di uscita 306 del condotto di bypass 30 per il tramite di guarnizioni di bypass 308. Da notare che la superficie di contatto di tali guarnizioni di bypass 308 con l’otturatore di bypass 32 è notevolmente inferiore rispetto alla superficie di contatto delle guarnizioni dell’otturatore valvola 20. L’effetto di incollaggio tra le guarnizioni di bypass 308 e l’otturatore di bypass 32 è dunque notevolmente inferiore rispetto a quello che si può generare tra l’otturatore valvola 18 e le relative guarnizioni 20. Come detto sopra, l’albero di comando 44 comprende una porzione inferiore 442 di accoppiamento all’otturatore valvola 18, una porzione superiore 446 di accoppiamento all’organo di comando 42, ed una porzione intermedia che forma l’otturatore di bypass 32 e che è alloggiata in detta porzione intermedia 302 del condotto di bypass 30. Nell’otturatore di bypass 32 è ricavato un passaggio trasversale di bypass 34.

In una forma vantaggiosa di realizzazione, l’otturatore di bypass 32 ha una forma a disco con asse di rotazione coincidente con l’asse di rotazione Y dell’elemento di comando. Una tale configurazione a disco favorisce la rotazione guidata dell’elemento di comando, di cui l’otturatore di bypass è parte, e permette al tempo stesso di contenere gli ingombri in altezza della valvola.

Quando la valvola è in posizione chiusa (figure 2 e 5), il passaggio trasversale di bypass 34 è disallineato rispetto alle porzioni di ingresso 304 e di uscita 306 del condotto di bypass 30, e quest’ultimo risulta quindi chiuso (figura 2a).

Dopo aver ruotato l’elemento di comando di un certo angolo, ad esempio pari a circa 15°, il passaggio di bypass 34 si trova allineato alle porzioni di ingresso 304 e di uscita 306 del condotto di bypass 30, e quest’ultimo viene quindi aperto (figura 3a). In questa posizione dell’elemento di comando, l’otturatore valvola 18 è ancora nella posizione iniziale di valvola chiusa. La pressione del fluido agente sull’otturatore valvola può essere scaricata a valle dell’otturatore valvola, come illustrato nella figura 6, attraverso il condotto di bypass 30.

A questo punto il condotto di bypass ha esaurito il suo compito e l’otturatore valvola 18 può essere fatto ruotare con una coppia notevolmente inferiore a quella che sarebbe stata necessaria in presenza di pressione solo nel condotto di ingresso 12.

Continuando a ruotare l’elemento di comando 40 si provoca la rotazione sia dell’otturatore valvola 18 sia dell’otturatore di bypass 32.

Al termine della rotazione, ad esempio pari a 90°, dell’elemento di comando 40 (figure 4, 7, 7a), l’otturatore valvola 18 si viene a trovare in posizione di apertura del passaggio principale, mentre il passaggio di bypass 442 è nuovamente disallineato (sostanzialmente ortogonale) rispetto alle porzioni di ingresso 304 e di uscita 306 del condotto di bypass 30. Alle forme di realizzazione della valvola di intercettazione secondo l’invenzione un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potrà apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni. Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione può essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Valvola di intercettazione di un fluido, comprendente un corpo valvola (10) in cui sono ricavati un condotto di ingresso (12), un condotto di uscita (14), ed una sede otturatore (16) tra detti condotti di ingresso ed uscita, dove in detta sede otturatore è posto un otturatore valvola (18) ruotabile tra una posizione di chiusura valvola, in cui impedisce il passaggio del fluido da detto condotto di ingresso a detto condotto di uscita, ed una posizione di apertura valvola, in cui pone in comunicazione fluidica detti condotti di ingresso e di uscita, la valvola essendo caratterizzata dal fatto di comprendere un condotto di bypass (30) ricavato nel corpo valvola in modo da collegare fluidicamente il condotto di ingresso ed il condotto di uscita, in detto condotto di bypass essendo posto un otturatore di bypass (32) ruotabile tra una posizione di chiusura di detto condotto di bypass ed una posizione di apertura di detto condotto di bypass, la valvola comprendendo un elemento di comando (40) adatto a provocare una rotazione dell’otturatore valvola e dell’otturatore di bypass, detto elemento di comando essendo ruotabile tra una prima posizione, in cui sia l’otturatore valvola sia l’otturatore di bypass sono nella posizione di chiusura, ed una seconda posizione, in cui l’otturatore valvola è in posizione di apertura e l’otturatore di bypass è nella posizione di chiusura, passando attraverso una posizione intermedia, in cui l’otturatore valvola è ancora in posizione di chiusura mentre l’otturatore di bypass è nella posizione di apertura.
2. 2. Valvola secondo la rivendicazione precedente, in cui, nel passaggio dalla prima posizione alla posizione intermedia, l’elemento di comando (40) provoca la rotazione del solo otturatore di bypass (32).
3. 3. Valvola secondo la rivendicazione precedente, in cui l’elemento di comando (40) è solidale in rotazione all’otturatore di bypass (32) ed impegna angolarmente l’otturatore valvola (18) solo al raggiungimento della posizione intermedia.
4. 4. Valvola secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui il condotto di bypass (30) ha una sezione di passaggio del fluido inferiore rispetto alla sezione di passaggio del condotto di ingresso (12).
5. 5. Valvola secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui l’elemento di comando (40) comprende un organo di comando ruotabile (42) ed un albero di comando (44) che trasmette la rotazione di detto organo di comando all’otturatore valvola, l’otturatore di bypass (32) essendo ricavato in detto albero di comando (44).
6. 6. Valvola secondo la rivendicazione precedente, in cui l’albero di comando (44) ha una porzione inferiore di estremità (442) avente una sezione sostanzialmente rettangolare accolta in una sede albero (184) ricavata nell’otturatore valvola, detta porzione di estremità essendo libera di ruotare in detta sede albero di un angolo pari allo spostamento dalla prima posizione alla posizione intermedia.
7. 7. Valvola secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui l’albero di comando è alloggiato in una sede albero (444) che delimita una porzione intermedia (302) del condotto di bypass, detta porzione intermedia del condotto di bypass estendentesi in una direzione sostanzialmente ortogonale rispetto all’asse di rotazione (Y) dell’albero di comando.
8. 8. Valvola secondo la rivendicazione precedente, in cui detta porzione intermedia (302) del condotto di bypass (30) comunica fluidicamente con una porzione di ingresso (304) del condotto di bypass ricavata nel corpo valvola e con una porzione di uscita (306) del condotto di bypass ricavata nel corpo valvola.
9. 9. Valvola secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui detto albero di comando comprende una porzione superiore (446) di accoppiamento all’organo di comando, una porzione inferiore (442) di accoppiamento all’otturatore valvola, ed una porzione intermedia che forma l’otturatore di bypass (32) e che è alloggiata in detta porzione intermedia del condotto di bypass, in detta porzione intermedia dell’albero di comando essendo ricavato un passaggio trasversale di bypass (34).
10. 10. Valvola secondo la rivendicazione precedente, in cui in cui detto passaggio trasversale di bypass (34) è suscettibile di ruotare in un piano perpendicolare all’asse di rotazione dell’otturatore valvola (18).
11. 11. Valvola secondo le rivendicazioni 8 e 9, in cui, quando l’elemento di comando è nella prima e nella seconda posizione, il passaggio trasversale di bypass (34) è disallineato rispetto alle porzioni di ingresso (304) e di uscita (306) del condotto di bypass.
12. 12. Valvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’otturatore valvola è un otturatore a sfera.
13. 13. Valvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’otturatore di bypass (32) ha una forma a disco con asse di rotazione coincidente con l’asse di rotazione (Y) dell’elemento di comando.