PT79402B

PT79402B - A reducing valve equipped with a vapor-liquid separator

Info

Publication number: PT79402B
Application number: PT79402A
Authority: PT
Inventors: Katsuji Fujiwara; Hideaki Yumoto
Original assignee: Tlv Co Ltd
Priority date: 1983-10-27
Filing date: 1984-10-24
Publication date: 1986-08-05
Also published as: AU569538B2; NL189151B; IT1196311B; DK162949C; IT8423318A0; SE459984B; US4860782A; FR2554211A1; SE8405343L; DE3438115A1; IT8423318A1; KR880004076Y1; FI844093A0; AU3226684A; NZ209289A; LU85592A1; ATA340084A; GB2149147B; FI76634C; GB8426671D0

Description

Descrição do Invento

Campo de aplicação na indústria

Este invento diz respeito a válvulas de redução para vapor de água e para ar comprimido ou gases, especialmente à construção de válvulas de redução equipadas com um separador de vapor-liquido. A pressão de vapor de água ou do gás sob pressão produzido por caldeiras ou por compressores é reduzida até um determinado valor pretendido por meio de uma válvula de redução antes de o vapor de água ou o gás atingir o equipameçto onde é utilizado. 0 vapor de água ou o ár contém normalmente a água condensada e matérias sólidas. Uma vez que estas par ticulas de água e matérias estranhas provocam desgaste ou corrosão da válvula, da sede da válvula e de outros componentes deslizantes, o funcionamento das válvulas de redução é frequehtemente deficiente e a pressão pode subir no sistema a jusante da válvula devido à passagem de vapor ou de ar eventualmente ultrapassando o valor pré-estabelecido. Estas partículas de água e matérias estranhas que passam pela válvula de redução também podem provocar estragos ou diminuição do rendimento do equipamento utilizador de vapor de água ou de ar.

Técnica anterior

A fim de se promover a diminuição de condensados e de matérias estranhas procedeu-se à montagem de um separador de vapor-líquido e de um filtro de rede a montante da válvula de redução e segundo a ordem anteriormente referida. Tanto o separador como o filtro se encontravam equipados com flanges a fim de poderem ser montados na rede de tubagens. Ô separador de vapor-água era construído de maneira a que as partículas de água e as matérias estranhas são separadas obrigando o vapor de

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água ou o ar a chocar contra uma barreira situada na câmara de separação* No separador encontram-se montados uma válvula de descarga e um filtro de rede*

0 filtro de rede que se acha monta do entre o separador e a válvula de redução encontra-se equipado com uma válvula de purga*

Problemas para os quais o invento se propõe apresentar solução

0 sistema utilizado da técnica anterior acabada de referir dá origem a longas redes de tubagem e necessita de grande espaço para instalação* Além disso, uma vez que o separador de vapor-liquido apresentar um reduzido efeito de separação, é necessário instalar a jusante um filtro de rede mais fina e consequentemente de meiores dimensões* Ê necessário utilizar ainda outras válvulas de outros componentes, ó que dá origem a redes de tubagens extremamente complexos e a elevados custos de instalação. Meios técnicos para resolver os problemas

Os meios técnicos apresentados pelo invento para resolver os problemas anteriormente referidos são os seguintes:

a) Prolongar a parte da caixa da válvula de redução que se acha situada em torno do orificio da válvula de maneira a formar um colector por debaixo do orificio*

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b) Proporcionar a existência de uma divisória anular na parte de cima do colector de maneira a for mar um espaço anular entre a divisória e a caixa da válvula.

c) Permitir que o espaço anular comunique na parte de cima com a abertura de admissão e na parte de baixo com o colector, e permitir que o espaço situado por debaixo do orificio da válvula comunique com o colector por intermédio da abertura inferior da divisória anular.

d) Proporcionar a existência de um deflector no espaço anular que seja anular que seja própçrio para conferir um movimento de rotação ao gás.

c) Proporcionar a existência de uma válvula própria para a descarga dos liquidos acumulados no colectro·

Funcionamento

0 funcionamento do sistema que incorpora os meios técnicos anteriormente referidos é conforme se passa a descrever em seguida. Se o valor da pressão a jusante da válvula de redução for inferior ao valor pré-estabelecido, o diafragma detecta essa situação e actua sobre o corpo da válvula de maneira a que este vá abrir o orificio. Em resultado disso o vapor de água ou o ar comprimido escoa-se da abertura de admissão para a abertura de descarga através do orificio da válcula.

0 vapor de água ou o ar é animado de um movimento de rotação que lhe é comprido pelo deflector quando passa atra vés do espaço anular. As matérias animadas de movimento de rotação ficam sujeitas à acção de uma força centíifuga.

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Os condensados e as matérias sólidas, devido ao facto de a sua massa ser superior à do gás, são projectados para fora da corrente rotativa de escoamento de gás, sendo atirados contra a parede que envolve o cobertor e escorrendo depois ao longo dessa mesma parede.

A parte central do gás animado de movimento de rotação escapa-se para cima, em direcção ao orifício da válvula, e daí para a abertura de descarga.

0 deflector de rotação é um pequeno componente anular que pode ser inserido na estrita passagem anular. Além disso o deflector de rotação apresenta um elevado rendimento de separação, tendo menos possibili dades de bloqueamento* Este facto elimina a necessidade de um filtro de grandes dimensões, dando origem a um sistema muito compacto.

Efeitos do Invento

0 presente invento provoca os efei tos que se apresentam a seguir.

A válvula de redução de acordo com presente invento incorpora um separador de vapor-liquido caso seja necessário pode incorporar-se um filtro de rede devido ao facto de não ser preciso utilizar um filtro de grandes dimensões. A válvula de redução apresenta umas dimensões apenas ligeiramente maiores do que as válvulas de redução vulgares devido à existência do colector.

Quando comparada com combinação caract eristica da técnica anterior constituída por um separador de vapor-liquido, ura filtro de rede e uma válvula de redução, a válvula de redução de acordo com o presente invento ocupa um compri6-

mento de tubagem tão curto como aquele que ocupavam as válvulas de redução simples caracteristicas da técnica anterior, sendo portanto instaladas com uma mão-de-obra simples quanto aquela que seria necessária para instalar uma simples tubagem e com custos muito reduzidos.

Com a válvula de redução de acordo com o presente invento, uma voz que a humidade é sepa rada imediatamante antes do orifício da valvula, o equipamento utilizador de vapor de água é alimentado com vapor que quase não contém humidade fazendo aumentar o seu rendimento térmico.

Além disso há desperdícios de vapor de água provocados por radiações no separador de vapor-liquido e no filtro de rede, como acontece no caso do sistema caracteristico da técnica anterior.

Modelos de realização

Em seguida serão apresentados exemplos do modelo de realização de acordo com os meios técnicos anteriormente referidos (ver Figs. 1 a 3).

A caixa da válvula de redução é composta por um invólucro porta-mola (l03) no interior do qual se encontra colocada uma mola de regulação de pressão (lOl), por um invólucro porta-válvula (107) no interior do qual se encontra aplicada uma válvula piloto (105)» por um corpo (lll) no interior do qual se encontra montada a válvula principal (l09), por um corpo de colector (115) que determina a formação de um colector (113) e por uma tampa inferior (117) situada no fundo da

caixa*

Entre o invólucro porta-mola (103) e o invólucro porta-mola (107) encontra-se aplicado um diagrama (119) feito de tuna placa metálica fina»

A superfície superior do diagrama (119) contacta com a extremidade inferior da válvula de regulação de pressão (lOl) e a superfície inferior do diagrama contacta com a extremidade superior da haste (l2l) da válvula piloto (l05)« 0 espaço situadi acima do

diagrama (ll9) comunica com a atmosfera através de uma passagem (l22) e o espaço situado abaixo do diagrama comunica com a abertura de descarga (l37) através de uma passagem (124).

No teto do invólucro porta-mola (103) encontra-se situado um parafuso de regulação vai contactar com a extremidade superior da válvula de regula ção de pressão (lOl). A parte saliente do parafuso de regulação (123) é coberta com uma tampa de protecção (125) que é montada de maneira a poder tirar-se e pôr-se livremente.

Na parte de cima da tampa de protecção (125) encontra-se formada uma caixa hexagonal (127) que é utilizada para fazer rodar o parafuso de regulação (123), sendo para isso necessário colocar a tampa de protecção de cabeça para baixo e encaixar a caixa (127) na cabeça (129) do parafuso de regulação (123)· A tampa de protecção apresenta umas projecções radiais (l30) na extremidade de cada uma das quais se acha situado um encaixe (l3l) próprio para ser aplicado à porca de imobilização (133) a fim de fazer rodar esta mesma porca.

0 corpo (lll) encontra-se equipado com uma abertura de admissão (l35) e com uma abertura de descarga (137) que se acham separadas umas da outra por meio de uma parede de ligação (l39) e que comunicam uma

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com a outra por intermédio de um orificio de válvula (l4l) situado na parede de ligação (139)· 0 corpo de válvula (143) encontra-se situado do lado de baixo do orificio (l4l) da válvula e acha-se ligado a um êmbolo (145) por intermédio da haste da válvula que passa através do orificio (l4l) da válvula.

A válvula piloto (105) encontra-se situada entre uma passagem (l42) que comunica com a câmara que se acha situada por debaixo do orificio (l4l) da válvula e uma passagem (l44) que comunica com a câmara que se acha situada acima do âmbolo (l4õ). 0 espaço

situado acima do âmbolo (l45) comunica com o espaço situado por debaixo do diagrama (ll9) através de um labirinto existente na haste (l2l) da válvula piloto.

No espaço situado por debaixo do orificio (l4l) da válvula encontram-se situados um ele- j mento de parede cónica (l47), uma placa de retenção i

circular (l49) e uma saia cilíndrica (l5l) divergente |

no sentido descendente. Para o lado de fora do crivo (153) encontra-se formada uma câmara abaulada para fora que comunica com a abertura de admissão (135)·

!

0 elemento de parede cónica (l47) e o crivo (153) contactam com a parede de ligação horizontal (139) através da sua extremidade ou bordo superior e com a placa de retenção através do seu fundo ou bordo inferior. A placa de retenção (l49) contacta com a parte de cima do corpo de colector (115) através da sua zona periférica inferior e é fixada nessa posição.

A saia cilíndrica (151) vai roscar na placa de retenção (l49). A placa de retenção (l49) é dotada de umas passa gens (155) ® (157) que se acham situadas respectivamente na zona central e na zona periférica da referida placa de retenção. Desta maneira o espaço situado por debaixo

l

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do orificio (l4l) da válvula acha-se separado por meio de tuna divisória composta pelo elemento de parede cónica (l47) pela placa de retenção (l49) e pela saia cilíndrica (151), que forma um espaço anular (l59) situado para o lado de fora da divisória (l47, 1^9 e 15l)·

No espaço anular (l59) encontra-se situado um deflector de rotação (159) que fica colocado entre a placa de retenção (l4í?) e a saia cilíndrica (151).

0 deflector de rotação (l6l) ó um anel de pequena espessura que apresenta uma série de projecção radiais que se acham todas inclinadas na mesma direc, ção e distribuídas ao longo de uma circunferência»

0 corpo do invólucro (115) do colector tem um diâmetro maior no fundo do que na parte de cima, verificando-se uma expansão gradual do diâmetro na zona intermédia ou central» No interior da câmara do colector encontram-se situadas uma bóia (163) e uma tampa (165) própria para cobrir a bóia»

A bóia (163) apresenta a forma de uma esfera oca feita de chapa fina.

A tampa (165) da bóia tem a forma de uma taça invertida, apresentando uma parte plana (167) (Fig. 2) no lado que fica situado paralelamente ao plano do papel na Fig. 1, a fim de guiar a bóia (163) de maneira a que esta se desloque paralelamente ao plano do papel na Fig» 1»

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Existem umas pernas (169) que se estendem para baixo a partir da parte plana (167) e no lado oposto· A tampa (165) da bóia é fixada colocando-se as extremidades das pernas entre o corpo do invólucro (115) do colector e a tampa (117) dó fundo do colector· Ao mesmo tempo uma patilha (l7l) que se projecta da forma (169) ó introduzida num furo aberto na tampa (ll7) do fundo do colector a fim de determinar a posição angular da tampa (165) da bóia.

Cada uma das pernas (169) da tampa (165) da bóia está dotada de uma deflectora (173) atravessada que se destina a contrariar o movimento de rots ção da água acumulada no colector (113). E conveniente que as placas deflectoras (173) destinadas a contrariar

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e portanto reduzir o movimento de rotação da água não inI

terfiram com o movimento de rotação do vapor ou do gás na parte superior do colector. A tampa (165) da bóia |

encontra-se equipada com um orificio de respiração (175) J

[

que se acha situado na parte de cima da referida tampa. ί

I

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0 objectivo do orificio de respi- ! ração consiste em deixar sair o gás quando a água penetra ; por baixo no interior da tampa (165) da bóia devido ao facto de a entrada de água se efectuar pela parte de baixo a fim de impedir que a bóia (163) seja perturbada pelo movimento turbulento do vapor ou do gás. A tampa do fundo do colector encontra-se equipada com um orificio (177) de válvula de descarga de condensador que é aberto pela bóia (163) a fim de fazer com que a água acumulada no colector descarregue automaticamente para uma abertura (l79) de descarga de condensados.

Em seguida descreve-se o funcionamento do modelo de realização que acaba de ser descrito.

A função de redução de pressão será omitida devido ao

facto de ser idêntica â que existe nas válvulas de redução vulgares ·

Se a pressão na abertura de descarga (137) apresentar um valor inferior àquele que foi estabeleci do por ocasião da regulação, o orifício (l4l) da válvula abre· 0 vapor de água ou o gás que entra através da abertura de admissão (l35) vai penetrar no espaço anular (159) através do crivo (153)· As matérias sólidas que forem suficientemente grandes a ponto de não conseguirem passar pelo orificio (l77) da válvula de descarga de condensados ficaram detidas no crivo (153)· 0 vapor de água ou o gás

que penetra no espaço anular é animado de um movimento de rotação que ele é conferido pelo deflector de rotação (l6l).> A água e as matérias estranhas são atiradas para fora indo ) chocar contra a parede interior do corpo do invólucro (115) do colector, caindo depois ao longo da parede. 0 vapor de água ou o gás passa através da passagem (155) da placa de retenção (l4$)) atingindo a câmara que se acha situada por ! debaixo do orificio (l4l) da válvula. ί

j

í

A água acumulada no colector (113) ! é automáticamente descarregada, através do orificio (177) | da valvula de descarga de condensados, para a abertura (179) de descarga de condensados com o auxilio da boia (163).

A bóia (163) não é perturbada devido ao facto de o gás animado de movimento de rotação ser impedido de atingir a bóia graças à presença da tampa (165) da bóia devido ao facto de o movimento de rotação da água ser reduzido pelas placas deflectoras (173)·

Além disso, dado que o gás se encontra animado de um forte movimento de rotação devido ao facto de quase não haver obstrução à sua passagem, as partículas de água e as matérias estranhas podem ser separadas de uma maneira eficaz.

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As partículas de água e as matérias estranhas separadas correm para baixo muito rapidamente. Deste modo as partículas de água não podem ser arrastadas em direcção à abertura de descarga da válvula mesmo no caso de a quantidade de água que passa através da válvula ser muito grande.

A válvula de descarga de condensados incluindo a báia (163) e a tampa (165) da báia 7 P°de

ser integrada sem que por isso se verifique uma atenuação do movimento de rotação do gás, devido ao facto de esta válvula se encontram localizada no centro do fundo do colector (113)·

Exemplos de aplicação da válvula de descarga de condensadosj

A válvula de descarga de condensados; pode ser integrada não apenas no colector, conforme se en- j contra representado na fig. 1, mas também no exterior do corpo do colestor, conforme se encontra representado na fig. 4. No caso de a quantidade de água ser pequena pode ser suficiente uma válvula manual para o efeito. ,

As válvulas de báia são adequadas para utilizar como válvula de descarga de condensados, especialmente as válvulas de báia em que existe uma válvula esférica que vai abrir e fechar directamente o orifício de descarga de condensados, conforme se encontra representado na fig. 1. Também pode ser utilizada uma válvula de báia com uma alavanca, conforme se encontra representado na fig. 7» que será descrita a seguir. No que respeita à parte que fica situada para o lado de cima do corpo do invólucro (70l) a explicação è omissa devido ao facto de ser a mesma que no caso da fig. 1.

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Na extremidade interior da abertura (705) de descarga de condensados encontra-se montado uma sede de válvula de maneira a formar um orificio (707) de válvula de descarga de condensados· A bóia (71l) ó fixada a uma alavanca (713) que pode oscilar livremente em torno de um fíxlcro situado junto do orifício (707) da válvula de descarga de condensados· Na alavanca (713) é montado um corpo de válvula próprio para abrir e fechar o orificio (707) da válvula de descarga de condensados·

Para cobrir a bóia (71l) existe uma tampa (715), tal como acontecia no caso da Fig· 1·

Se o nível do interior do colector (709) começar a subir a boia (71l) também sobe e faz actuar o corpo da válvula de maneira a que este vá abrir o orificio (707) da válvula de descarga de condensados· Se o nível no interior do colector (7θ9) começar a descer a bóia também desce indo fazer com que o orificio (707) da válvula de descarga de condensados vá fechar.

Exemplos de aplicação de válvulas de descarga de condensados a válvulas de redução para vapor de água

Quando se procede à instalação de um válvula de redução de acordo com o presente invento numa rede de tubagem de vapor de água pode ser utilizada não só uma válvula de bóia como aquela que se encontra representada na Fig· 1 como também qualquer outro tipo de separador de água de condensação serão em seguida descritos vários exemplos·

Na Fig» 4 encontra-se representado um exemplo em que existe um separador de água de condensa ção do tipo balde. Na parede lateral do corpo (40l) do colector e junto ao fundo deste mesmo colector existe uma

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descarga (403) de condensados que se encontra ligada à abertura de entrada (409) de um separador (4O7)de água de condensação do tipo balde por intermédio de um tubo (405) (a parte situada para o lado de cima do corpo do colector é idêntico à que se encontra representada na Fig» 1 sendo por isso omitida)» Este separador de água de condensação apresenta um balde em posição invertida colocado no interior da câmara (4ll) da válvula onde se encontra acumulada água, indo o vapor de água ou os condensados que entram através da abertura de entrada (409) se conduzidos para o interior do balde (413)·

0 balde (413) flurua no caso de nele entrar vapor de água e afunda no caso de serem condensados que nele penetram.

Este balde actua o corpo da válvula por intermédio da alavanca (4l4) fazendo com que este vá abrir ou fechar o orificio (415) da válvula de descarga de condensados e descarregar automaticamente os conden sados da câmara (4ll) da válvula para a abertura (417) de descarga de condensados»

Na Fig» 3 encontra-se representado outro exemplo em que é utilizado um separador de água de condensação bimetálico» A parte situada para o lado de cima do corpo (50l) do invólucro do colector é idêntica à que se encontra representada na Fig» 1 e por isso é omitida» No centro da tampa (503) do fundo do colector encontra-se situada uma abertura (505) de descarga de condensados e na extremidade interior da abertura de descarga de condensados encontra-se montada uma sede de válvula a fim de formar o orificio (507) da válvula de descarga de condensados. Através do orificio (507) da válvula é introduzida uma haste de válvula (511) equipada com um corpo de válvula de descarga de condensados» Em torno da

haste (511) da válvula é aplicado um conjunto de placas himetálicas (513) que ficam situadas entre a dese da válvula e um anel de mola (515) que á aplicado na extremidade superior da haste (51l) da válvula.

0 conjunto formado pelas placas himetálicas (513) flecte de acordo com a temperatura do liquido que as envolve, expandindo-se na direcção da haste da válvula quando a temperatura sobe e contraindo-se quando a temperatura desce. Em resultado disso o orificio da válvula fecha em presença de vapor de água e abre em presença de condensados.

Não são apenas os separadores de água de condensação vimetálico que são próprios para descarregar condensados durante o arranque das instalações, como tambóm outros separadores de água de condensação termostáticos que utilizam a expansão térmica de liquidos ou de cera. j

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Na Fig. 6 encontra-se representa- i do outro exemplo em que é utilizado um separador de água de í condensação tipo disco. A parte situada para o lado de j cima do corpo (60l) do invólucro do colector é idêntico à

que se encontra representada na Fig. 1 sendo por isso omiti da. No centro da tampa (603) do fundo encontra-se situada uma abertura (605) de descarga de condensados e na extremidade interior da abertura de descarga de condensados é montada uma dede de válvula (607). A parte de cima da sede (607) da válvula é constituida por duas saliências concêntricas que desempenham o papel de sedes de válvula.

Sobre a sede da válvula é colocado um corpo de válvula (609) que apresenta a forma de um disco e que é coberto com uma tampa (6ll). Um furo vertical (613) que se acha situado no centro vai comunicar com a

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câmara (617) do colector através de um furo horizontal (6lõ| praticado na sede (60?) da válvula de descarga de condensados. Um rasgo anular praticado entre as duas saliências situadas na parte de cima da sede (607) da válvula vai comunicar com a abertura (605) de descarga de condensados através dos furos (619)·

Na zona central da superfície inferior do corpo (609) da válvula vai exercer-se a pressão que reina no interior da câmara do colector e na zona periférica dessa mesma superfície inferior do corpo (609) da válvula vai exercer-se a pressão que reina na zona da abertura de descarga de concendasos.

Na superficie superior do corpo da válvula vai exercer-se a pressão que reina no interior da câmara de controlo (62l). A pressão que reina no interio da câmara de controlo (62l). A pressão que reina no interior da câmara de controlo é a pressão do vapor de água que aí se encontra encerrado. Se a câmara de controlo fica envolta em vapor de água, o vapor de água que se encontra situado no interior da câmara de controlo não se condensa e portanto a pressão que reina no interior da câmara de controlo não diminui de intensidade.

Se a câmara de controlo fica envolta em condensados, o vapor de água que se encontra situado no interior da câmara de controlo condensa-se e a pressão diminue de intensidade. Em resultado disso o corpo (609) da válvula eleva-se, deixando de contactar com a sede da válvula, pro. movendoassim, de uma maneira automática, a descarga dos condensados. Este separador é compacto e de grandes resistência aos golpes de ariete.

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Breve descrição dos desenhos

A Fig» 1 representa uma vista em corte de uma válvula de redução de acordo com o presente invento.

A Fig. 2 é uma vista em perspecti, va da tampa da báia que se encontra representada na Fig.

1.

A Fig. 3 representa a vista em planta da tampa de protecção que se encontra representada na Fig. 1.

A Fig. 4 representa uma vista em corte do arranjo de um separador de água de condensação do tipo balde por forma a servir como válvula de descarga de condensados.

A Fig. 5 mostra uma vista em corte do arranjo de um separador de água de condensação bimetáli co por forma a aservir como válvula de descarga de condensados.

A fig. 6 mostra uma vista em corte do arranjo de um separador de água de condensação do tipo disco por forma a servir como válvula de descarga de condensados.

A Fig. 7 representa uma vista em corte do arranjo de um separador de água de condensação do tipo báia por forma a servir como válvula de descarga de condensados.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1*. - Válvula de redução equipada com um separador de vapor-liquido, caracterizada por apre sentar uma câmara colectora que se acha situada debaixo do orificio da válvula e que é constituída sob a forma de um prolongamento inferior da parte da caixa da válvula de redução que se acha situada em torno do orificio da válvu la, uma divisória anular que se acha situada no zona supe. rior da câmara colectora e que se destina a formar um espaço anular entre a parede da própria divisória e a caixa exterior da válvula, indo este espaço anular comunicar pela parte de cima com a abertura de admissão da válvula e pela parte de baixo com a câmara e indo a passagem central da divisória anular estabelecer uma comunicação entre a câmara colectora e o espaço situado imediatamente abai- J xo do orificio da válvula, um deflectir de rotação situado | no espaço anular, e uma válvula de descarga própria para I descarregar a água que se vai acumulando na câmara colec- tora·
2®. - Válvula de redução equipada com um separador de vapor-liquido, de acordo com a reivin dicação 1, caracterizada por apresentar uma válvula de descarga que se acha situada no centro do fundo da câmara colectora·
3-· - Válvula de redução equipada com um separador de vapor-liquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por apresentar uma placa deflectora que se acha situada num plano perpendicular à direcçâo das linhas de corrente de escoamento rotativo da água no fundo da câmara deflectora»

-194®· - Válvula de redução equipada com um separador de vapor-liquido, de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizada por a válvula de des. carga ser uma válvula de báia.
5*· - Válvula de redução equipada com um separador de vapor-liquido, de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3» caracterizada por a válvula de des. carga ser um separador dê água de condensação·