VALVULA DE BOLA CON ASIENTO CRIOGÉNICO Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con las válvulas de bola que se utilizan en las conducciones de fluidos, proponiendo una válvula con un asiento criogénico realizado con unas características que permiten obtener con efectividad unas condiciones de perfecto cierre en cualquier condición de uso de las válvulas de aplicación, incluso a temperaturas criogénicas.

Estado de la técnica Las válvulas de bola son de uso habitual en las conducciones de fluidos, comprendiendo una bola provista de un orificio pasante a través de ella y que va dispuesta con ajuste en un hueco interior correspondiente esféricamente cóncavo definido entre un conducto de entrada y un conducto de salida de la válvula, de forma que mediante el giro de la bola se puede interrumpir y establecer el paso entre los mencionados conductos de entrada y salida de la válvula.

Para que entre la bola y la pared del hueco interior en la que va dispuesta se establezca un cierre totalmente hermético que asegure la perfecta función de la válvula, la superficie convexa de la bola debe de coincidir exactamente con la superficie cóncava del hueco interior, disponiéndose convencionalmente alrededor de la embocadura interna de cada uno de los conductos de entrada y salida de la válvula, entre la pared del hueco interior en donde se dispone la bola y la superficie exterior de bola, un asiento de cierre formado por una junta de estanqueidad de material elástico, con el fin de conseguir una adaptación a las posibles irregularidades de la forma de la bola y así evitar fugas de las válvulas.

Sin embargo, a temperatura muy bajas los materiales elásticos de las juntas endurecen y pierden la elasticidad necesaria para adaptarse las irregularidades de la bola de las válvulas, en tanto que a dichas temperaturas bajas las bolas pueden deformarse y volverse ovaladas o irregulares, debido a que la contracción del material metálico de las mismas no es lineal. Por lo tanto, en aplicaciones de temperaturas criogénicas (entre -29°C y -196°C) de las válvulas de bola convencionales, los asientos de cierre entre la bola giratoria y la pared del hueco interior correspondiente pierden la hermeticidad, produciéndose fugas, por lo que dichas válvulas no resultan eficientes a esas temperaturas.

El documento ES2549277B1 del mismo solicitante de la presente invención muestra una válvula de bola con un asiento de cierre que tiene una junta de estanqueidad y un muelle. La junta de estanqueidad tiene una primera parte que está insertada en un alojamiento de la pared del hueco interior en donde se dispone la bola y una segunda parte que sobresale de dicho alojamiento y hace contacto con la bola. El muelle está ubicado entre la pared del hueco interior en donde se dispone la bola y la segunda parte de la junta de estanqueidad, de manera que el muelle empuja la segunda parte de la junta de estanqueidad contra la superficie de la bola estableciendo un cierre hermético. Este asiento de cierre en condiciones normales mantiene la hermeticidad entre la bola y la pared del hueco interior en donde se dispone la bola, y en condiciones de temperaturas criogénicas en las que la junta de estanqueidad pierde elasticidad y la bola puede adquirir una deformación por contracción desigual en su masa, el empuje del muelle sobre la junta de estanqueidad hace que la junta se adapte a la superficie de la bola, asegurando un cierre hermético.

Ahora bien, aunque esta solución asegura el contacto entre la segunda parte de la junta de estanqueidad y la bola, el solicitante ha comprobado que a temperaturas criogénicas el fluido que pasa a través del orificio pasante de la bola se fuga a través del alojamiento en donde está insertada la primera parte de la junta de estanqueidad.

Se hace por tanto necesaria una solución que permita evitar las fugas que se producen a través del alojamiento en donde está insertada la junta de estanqueidad. Objeto de la invención

La invención se refiere a una válvula de bola con asiento criogénico que permite asegurar la hermeticidad de la válvula incluso en condiciones de temperaturas criogénicas. La válvula de bola comprende: - un cuerpo de válvula con unos conductos de entrada y salida,

- una bola con un orificio pasante que está dispuesta en un hueco interior del cuerpo de válvula entre los conductos de entrada y salida, pudiendo girar la bola entre una posición de comunicación del orificio pasante con los conductos de entrada y salida y una posición en la que interrumpe el paso entre dichos conductos de entrada y salida, y

- un asiento de cierre por cada conducto de entrada y salida que comprende: o una junta de estanqueidad que tiene una primera parte que está insertada en un alojamiento definido en la pared del hueco interior en donde se dispone la bola y una segunda parte que sobresale del alojamiento y hace contacto con la bola, y o un elemento de presión que empuja la junta de estanqueidad contra la bola, en donde el elemento de presión está dispuesto en el alojamiento de la pared del hueco interior en donde se dispone la bola haciendo contacto con la primera parte de la junta de estanqueidad. La disposición del elemento de presión en el alojamiento permite crear un espacio para que el fluido que se pueda fugar del interior de la válvula quede retenido en el alojamiento de la junta de estanqueidad, de manera que se aprovecha la propia fuerza de expansión del fluido para comprimir la junta de estanqueidad en el alojamiento y al mismo tiempo mejorar la presión de la junta de estanqueidad sobre la bola, así se evita que se produzcan fugas a través del alojamiento de la junta de estanqueidad y se asegura un cierre hermético de entre la bola y la junta de estanqueidad, incluso en condiciones de muy bajas temperaturas en las que la junta de estanqueidad pierde elasticidad. Por otro lado, la propia fuerza de expansión del fluido ayuda a comprimir el elemento de presión y mejorar su función de presión sobre la junta de estanqueidad.

Preferentemente la primera parte de la junta de estanqueidad tiene un labio anular que está retenido en el alojamiento por la presión ejercida por el elemento de presión. Con esta disposición se mejora el sellado del alojamiento de la junta de estanqueidad evitando aún más si cabe que se produzcan fugas de fluido. Preferentemente el elemento de presión es un muelle toroidal hueco. La realización hueca del elemento de presión permite que el fluido que entra en el alojamiento pueda expandirse libremente por el interior del alojamiento, aumentado así la superficie de contacto entre el fluido y la junta de estanqueidad.

Adicionalmente la válvula comprende una canalización que comunica el hueco interior de la válvula con el alojamiento. De esta manera se define a propósito una comunicación para dirigir el fluido a la parte del alojamiento en donde se dispone el elemento de presión, garantizándose que se aprovecha la propia presión del fluido para mejorar tanto el sellado hermético del alojamiento como el sellado hermético entre la junta de estanqueidad y la bola.

De este modo se consigue una válvula de bola con un asiento de cierre que resulta eficazmente hermético tanto cuando la junta de estanqueidad tiene la elasticidad necesaria para adaptarse a la superficie de la bola, como cuando por efecto de bajas temperaturas pierde elasticidad, ya que el empuje del elemento de presión aporta la presión necesaria para que dicha junta de estanqueidad se adapte con presión sobre la superficie de la bola, aunque ésta tenga alguna deformación, y al mismo tiempo se aprovecha la fuerza de expansión del fluido que se filtra en el alojamiento de la junta de estanqueidad para mejorar el sellado hermético del asiento de cierre.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra una vista en sección parcial del asiento de cierre de una válvula de bola según el estado de la técnica.

La figura 2 muestra en perspectiva una sección parcial de la válvula de bola de la invención.

La figura 3 es una vista en sección longitudinal completa de la válvula de la figura anterior.

La figura 4 es un detalle ampliado del asiento de cierre de la válvula de bola invención, según un primer ejemplo de realización.

La figura 4A muestra una vista en perspectiva de la junta de estanqueidad del asiento de cierre de la figura anterior. La figura 5 es un detalle ampliado del asiento de cierre de la válvula de bola invención, según un segundo ejemplo de realización.

La figura 5A muestra una vista en perspectiva de la junta de estanqueidad del asiento de cierre de la figura anterior.

La figura 6 es un detalle ampliado del asiento de cierre de la válvula de bola invención, según un tercer ejemplo de realización.

La figura 6A muestra una vista en perspectiva de la junta de estanqueidad del asiento de cierre de la figura anterior.

Descripción detallada de la invención

La invención se refiere a una válvula de bola de las que se disponen en conducciones de fluidos, particularmente para aplicaciones en condiciones de temperaturas criogénicas, del orden de temperaturas comprendidas entre -29°C y -196°C.

En las figuras 2 y 3 se muestra una válvula de bola según la invención que comprende un cuerpo de válvula (1) que tiene un hueco interior de configuración esférica con el que comunican sendos conductos (2) opuestos, uno de entrada y otro de salida del paso a través de la válvula, alojándose en el hueco interior una bola (3) que tiene un orificio pasante (4) y que está unida a un vástago (5) de mando. Mediante el vástago (5) la bola (3) puede girar entre una posición en la que el orificio pasante (4) establece comunicación entre los conductos de entrada y salida (2) del cuerpo de válvula (1), dejando abierto el paso a través de la válvula, y otra posición en la que la bola (3) interrumpe la comunicación entre dichos conductos de entrada y salida (2) del cuerpo de válvula (1), dejando cerrado el paso a través de la válvula.

La válvula comprende un asiento criogénico que tiene un asiento de cierre por cada conducto de entrada y salida (2) de la válvula para conseguir un cierre hermético entre la bola (3) y la pared (6) del hueco interior en donde se dispone la bola (3). El asiento de cierre está dispuesto alrededor de la embocadura interna de cada una de los conductos de entrada y salida (2) de la válvula, y comprende una junta de estanqueidad (7) de material elástico que tiene una primera parte (7.1) que está insertada en un alojamiento (8) de la pared (6) del hueco interior en donde se dispone la bola (3) y una segunda parte (7.2) que sobresale del alojamiento (8) y hace contacto con la bola (3), y un elemento de presión (9) que empuja la junta de estanqueidad (7) contra la bola (3).

En la figura 1 se muestra un asiento de cierre realizado según el estado de la técnica anterior. La primera parte (7.1) de la junta de estanqueidad (7) está insertada en el alojamiento (8) de la pared (6) del hueco interior en donde se dispone la bola (3), mientras que la segunda parte (7.2) de la junta de estanqueidad (7) sobresale del alojamiento (8) haciendo contacto con la bola (3), en esa disposición el elemento de presión (9) está ubicado entre la pared (6) del hueco interior en donde se dispone la bola (3) y la segunda parte (7.2) de la junta de estanqueidad (7), de manera que el elemento de presión (9) empuja la segunda parte (7.2) de la junta de estanqueidad (7) contra la superficie de la bola (3). De esta manera se asegura un cierre hermético debido a que la segunda parte (7.2) de la junta de estanqueidad (7) queda presionada sobre la superficie de la bola (3) por acción de elemento de presión (9), sin embargo, a temperaturas bajas de orden criogénico, el fluido tiende a fugarse desde el hueco interior a través del alojamiento (8) en donde está insertada la primera parte (7.1) de la junta de estanqueidad (7).

La invención propone solucionar este problema disponiendo el elemento de presión (9) en el alojamiento (8) de la pared (6) del hueco interior en donde se dispone la bola (3), haciendo contacto el elemento de presión (9) con la primera parte (7.1) de la junta de estanqueidad (7). Con esta disposición, el alojamiento (8) no está totalmente cubierto por la primera parte (7.1) de la junta de estanqueidad (7), sino que parte del alojamiento (8) queda ocupado por el elemento de presión (9), de manera que el fluido que se fuga desde el interior de la válvula tiende a ocupar el espacio del alojamiento (8) en donde se encuentra el elemento de presión (9), quedando el fluido retenido en dicho espacio. El fluido debido a su propia presión comprime la junta de estanqueidad (7) en el alojamiento (8) empujándola contra la bola (3), lo cual favorece que el fluido no se escape del alojamiento (8) y a que la junta de estanqueidad (7) presione contra la bola (3). Al mismo tiempo, la presión del fluido ayuda al elemento de presión (9) a ejercer fuerza sobre la junta de estanqueidad (7) y hacer así más presión sobre la bola (3).

De acuerdo con una realización preferente de la invención, la primera parte (7.1) de la junta de estanqueidad (7) tiene un labio anular (7.1 1) que está retenido en el alojamiento (8) por la por la presión ejercida por el elemento de presión (9). El labio anular (7.11) está dispuesto en la parte exterior de la junta de estanqueidad (7) de manera que queda retenido entre el elemento de presión (9) y la pared superior del alojamiento (8), mientras que el fluido que se fuga del interior de la válvula tiende a entrar en el alojamiento (8) por su parte inferior. De esta manera, la presión del fluido ayuda al elemento de presión (9) a apretar el labio anular (7.1 1) de la junta de estanqueidad (7), con lo que se mejora el sellado evitando que el fluido se escape del alojamiento (8), incluso a temperaturas criogénicas en las que la junta de estanqueidad (7) pierde elasticidad.

Preferentemente el elemento de presión (9) es un muelle toroidal hueco, es decir un muelle helicoidal anular, de manera que al ser un elemento hueco permite que el fluido pueda inundar el alojamiento (8) y ejercer una adecuada presión que ayude a presionar la junta de estanqueidad (7) contra la bola (3) así como presionar el labio anular (7.11) contra la pared superior del alojamiento (9).

Como se observa en los ejemplos de realización de las figuras 5 y 6 se ha previsto que la válvula adicionalmente comprenda una canalización (10) que comunique el hueco interior en donde se dispone la bola (3) con el alojamiento (8). De esta manera se establece una comunicación que garantiza que el fluido entre en el alojamiento (8), asegurándose que se va a aprovechar la presión del propio fluido para mejorar las propiedades de sellado de la válvula incluso a temperaturas criogénicas.

En válvulas pequeñas y de aplicación para conducciones de fluidos de baja presión, la sujeción de montaje de la junta de estanqueidad (7) puede establecerse con un apresado simple por uno de sus bordes, como en el ejemplo de las figuras 5 y 5A, facilitando así el montaje de la válvula, sin embargo, en válvulas grandes y de aplicación para conducciones de fluidos a alta presión, la sujeción de montaje de la junta de estanqueidad (7) comprenden dos partes anulares, como se observa en el ejemplo de las figuras 6 y 6A, con lo cual se consigue una mayor resistencia a la presión de los fluidos en condiciones efectivas de hermeticidad de cierre de la válvula.