Diseño de una válvula de bola de medidor de gas inteligente con indicación visual del estado del interruptor y bloqueo magnético de modo dual

El Válvula de bola frontal del medidor de gas (En adelante, el válvula de bola) se instala en la tubería principal de suministro de gas aguas arriba del medidor de gas y se utiliza para controlar el suministro de gas a toda la casa. Para abordar los problemas encontrados con válvulas de bola convencionales en aplicaciones prácticas, este documento presenta el diseño de un Válvula de bola con un estado de interruptor identificable, que permite a los usuarios determinar de forma rápida y precisa si la válvula está en la posición abierta o cerrada y realizar las acciones de apertura o cierre adecuadas de acuerdo con las condiciones reales o los requisitos operativos. Además, el Válvula de bola de bloqueo magnético de modo dual Propuesto en este estudio se puede cambiar entre el modo de gestión y el modo de usuario, satisfaciendo así los diversos requisitos de las compañías de gas y los usuarios finales en diferentes escenarios de uso. Estos dos tipos de No solo proporcionan un control efectivo de encendido / apagado del gas natural por tubería, lo que reduce el riesgo de fugas de gas y accidentes relacionados, sino que también mejoran significativamente la eficiencia operativa de las empresas de gas, al tiempo que mejoran la comodidad y seguridad de la operación del usuario final.

Debido a sus características limpias y bajas en carbono, su alto valor calorífico y su alta eficiencia de combustión, el gas natural se ha convertido en una de las fuentes de energía verde más prometedoras de China. Representa un importante motor de crecimiento en la optimización de la estructura energética nacional y es fundamental para la transición baja en carbono del país. Sin embargo, debido a su naturaleza inflamable y explosiva, la seguridad es una preocupación fundamental en la producción, transmisión y utilización de gas natural. Para garantizar un funcionamiento seguro, las autoridades gubernamentales e industriales han emitido una serie de normas obligatorias y especificaciones técnicas que proporcionan una orientación crucial para la seguridad del gas urbano y la protección de la vida y la propiedad. Según Estándar Nacional GB 55009-2021, Especificaciones del Proyecto de Ingeniería de Gas, las válvulas manuales de cierre rápido deben instalarse en la entrada de gas, el regulador de presión del usuario, aguas arriba del medidor de gas y los aparatos, y al comienzo de las tuberías de ventilación. Del mismo modo, Norma Nacional GB 29550-2013, Condiciones Técnicas para la Seguridad del Gas en Edificios Civiles, recomienda que las válvulas de gas sean válvulas de bola de cierre rápido siempre que sea posible.

En consecuencia, la presencia de válvulas de bola en tuberías interiores de gas natural juega un papel crítico para permitir un cierre rápido del gas, mitigar fugas y prevenir accidentes graves. Válvula de bola con un estado de interruptor identificable Y el Válvula de bola de bloqueo magnético de modo dual Estas válvulas permiten a los usuarios y operadores de gas mantener un sistema de suministro de gas más seguro, confiable y eficiente.

Las válvulas de bola están instaladas en la tubería de servicio aguas arriba del medidor de gas para regular el flujo de gas natural. En caso de incidentes de seguridad como fugas de gas, durante las inspecciones y el mantenimiento rutinarios de tuberías, al instalar o reemplazar medidores de gas y aparatos, o durante períodos prolongados de no uso (por ejemplo, viajes largos), esta válvula de bola permite el cierre rápido del suministro de gas, evitando así accidentes causados por fugas de gas. De acuerdo con las normas nacionales e internacionales relevantes, incluidas válvulas manuales de gas para edificios, válvulas de bola de cobre y válvulas de compuerta para tuberías de gas, válvulas de bola de gas resistentes al fuego de cobre para edificios y válvulas de bola manuales y válvulas de tapón cónico para equipos de gas en edificios, la válvula debe cerrarse girándola en el sentido de las agujas del reloj, con un giro de 90 ° desde la posición completamente abierta a la posición completamente cerrada. Cuando el actuador manual (manija) está completamente cerrado, debe estar perpendicular a la dirección del flujo de gas; cuando está completamente abierto, la manija debe estar paralela al flujo de gas. Se muestra una ilustración esquemática en la Figura 1.

(A) Estado Totalmente Abierto (b) Estado Totalmente Cerrado
Figura 1 Diagrama Esquemático de la Estructura General de una Válvula de Bola Regular

Para el personal de I + D, los fabricantes y los profesionales de la instalación y el mantenimiento de gas, los requisitos estructurales y operativos anteriores de las válvulas de bola representan un conocimiento técnico esencial. Sin embargo, los usuarios comunes a menudo desconocen con la regla de "cerrar en sentido horario, abrir en sentido antihorario" e incluso menos capaces de determinar con precisión si la válvula de bola está abierta o cerrada actualmente. Como resultado, a menudo surgen varios problemas durante el uso del gas, como asumir erróneamente que la válvula de bola ya está cerrada y no tomar las medidas de cierre necesarias, creer incorrectamente que la válvula no está completamente cerrada y operarla a ciegas, o incluso con fuerza, en un intento de apagarla, o tener que solicitar asistencia a la compañía de gas después de no poder usar gas porque la válvula de bola permanece cerrada. Estas situaciones no solo crean riesgos potenciales para la seguridad, sino que también causan inconvenientes innecesarios y agregan carga de trabajo adicional para las empresas de servicios públicos de gas. Además, cuando el medidor de gas se instala en un espacio confinado o poco iluminado, se vuelve aún más difícil para los usuarios determinar si la válvula de bola está abierta o cerrada.

Para permitir a los usuarios determinar de forma rápida y precisa si la válvula de bola está abierta o cerrada, y así evitar posibles riesgos de seguridad de gas, el diseño propuesto incorpora unaMecanismo de estado abierto/cerrado identificableEn una válvula de bola estándar. Una junta de marcado etiquetada como 'Abrir' y 'Cerrado' está montada en la parte superior del cuerpo de la válvula, mientras que una ventana de visualización correspondiente está integrada en el mango. A medida que se gira el mango, la marca 'Abrir' o 'Cerrado' visible en la ventana de visualización refleja directamente el estado de funcionamiento real de la válvula de bola, como se muestra en la Figura 2. Los usuarios pueden determinar el estado de encendido/apagado de la válvula simplemente observando el indicador en la ventana de visualización del mango. Este método de identificación de estado es intuitivo, conveniente y altamente confiable, reduciendo en gran medida el riesgo de errores de juicio y mejorando la seguridad del usuario durante el funcionamiento del gas.

Figura 2 Estructura general de la válvula de bola con un estado de encendido/apagado identificable

La junta indicadora de estado de encendido/apagado se coloca entre el cuello del cuerpo de válvula y el mango. Una ranura circunferencial se mecaniza en la cara de extremo del cuello del cuerpo de válvula y se extiende a través de la sección de cuello que sobresale. La junta indicadora está colocada y asegurada dentro de esta ranura para evitar la rotación relativa. El mango, que incorpora una ventana de visualización, está asegurado al vástago de la válvula mediante tornillos y cubre la junta indicadora. Durante la apertura y cierre de la válvula, la ventana de visualización revela el estado de encendido/apagado correspondiente, como se ilustra en la Figura 3.

Figura 3 Estructura de la junta del indicador de encendido/apagado y la ventana de visualización del mango

En consecuencia, el uso de válvulas de bola bloqueables permite a las compañías de gas administrar la seguridad de manera efectiva al tiempo que garantiza el uso seguro del gas para los usuarios finales. Sin embargo, con el uso generalizado de tales válvulas, se han hecho evidentes ciertas limitaciones. Específicamente, después de la rectificación de fallas, la finalización de la instalación o el mantenimiento, o el regreso de una ausencia prolongada, los usuarios no pueden desbloquear y volver a abrir la válvula de bola de forma independiente. En cambio, se debe enviar un técnico de la compañía de gas para desbloquear la válvula utilizando una herramienta especializada antes de que se pueda restablecer el suministro de gas. Este requisito aumenta los costos de operación y mantenimiento para las compañías de gas, prolonga los tiempos de espera de los usuarios y puede interrumpir las actividades diarias de los residentes hasta cierto punto. Por lo tanto, existe una necesidad clara y urgente de mejorar el diseño funcional de las válvulas de bola bloqueables para abordar estas limitaciones.

La válvula de bola bloqueable magnética de modo dual supera eficazmente las limitaciones de las válvulas de bola bloqueables de modo único convencionales. La válvula cuenta con dos modos de funcionamiento (gestión y usuario) que se pueden cambiar girando una palanca de acero inoxidable para adaptarse a diversos escenarios de uso y requisitos operativos, como se muestra en la Figura 4. Cuando se establece en el modo de gestión, la válvula funciona como una válvula de bola bloqueable monomodo convencional. La válvula se puede abrir y cerrar normalmente, y una vez que alcanza la posición completamente cerrada, el mecanismo de bloqueo magnético se activa automáticamente, bloqueando instantáneamente el mango. La reapertura de la válvula en este modo requiere el uso de una herramienta de desbloqueo dedicada.

Cuando se cambia al modo de usuario, el mecanismo de bloqueo se desactiva, permitiendo que la válvula se abra y se cierre libremente sin la necesidad de una llave especial. En casos de emergencia o durante períodos temporales o prolongados de no uso, los usuarios pueden operar la válvula de forma independiente para cerrar rápidamente el suministro de gas, evitando así accidentes causados por fugas de gas. Después de resolver una falla, completar la instalación o el mantenimiento, o regresar de una ausencia prolongada, el usuario puede restaurar el suministro de gas directamente sin la necesidad de que un técnico de la compañía de gas desbloquee la válvula. Este diseño no solo reduce los costos de operación y mantenimiento para las compañías de gas, sino que también elimina los inconvenientes para los usuarios causados por la espera de la restauración del suministro de gas.

Figura 4 Estructura general de la válvula de bola bloqueable magnética de modo dual

El cuerpo de la válvula de bola de bloqueo magnético de modo dual presenta tres pequeños orificios en su cara axial. Cada agujero alberga un resorte en miniatura y un pin magnético de alta resistencia. Una vez que la palanca y el mango de acero inoxidable están asegurados al vástago de la válvula con tornillos, la válvula de bola forma una estructura compuesta que integra un mecanismo de bloqueo antimanipulación en modo de gestión, una configuración de apertura libre en modo de usuario y un mecanismo de conmutación confiable entre los dos modos, como se muestra en la Figura 5.

(1) Estructura de bloqueo antirrobo en modo de gestión

Figura 5 Estructura de apertura de la válvula de bola bloqueable magnética de modo dual

Figura 6 Modo de gestión de la válvula de bola magnética bloqueable de modo dual (bloqueo antirrobo)

(2) Funcionamiento libre en modo de usuario y mecanismo de conmutación de modo dual

La palanca de acero inoxidable debajo del mango es el componente clave que permite cambiar entre los modos de administración y usuario. Un extremo de la palanca puede moverse axialmente dentro de una ranura de guía en el cuerpo de la válvula. En el modo de gestión, la palanca se gira en el sentido de las agujas del reloj para que los dos orificios de separación en su superficie se alineen con los dos pasadores magnéticos de bloqueo en el cuerpo de la válvula. Esta alineación permite que los pasadores magnéticos de bloqueo se muevan libremente dentro de los orificios de separación, lo que permite que la válvula se bloquee automáticamente cuando alcanza la posición completamente cerrada. Para cambiar al modo de usuario, la palanca de acero inoxidable se gira en sentido antihorario con la herramienta de desbloqueo mientras la válvula está en la posición cerrada. En esta posición, la sección sólida de la palanca bloquea los pasadores magnéticos de bloqueo, evitando que entren en los orificios de bloqueo de la manija. Como resultado, el mango puede girar libremente, permitiendo que la válvula de bola se abra y se cierre sin restricción, como se muestra en la Figura 7.

De los tres pasadores magnéticos en el cuerpo de la válvula, dos funcionan como pasadores magnéticos de bloqueo, mientras que el tercero sirve como un pasador antirrotación para la palanca de acero inoxidable. Este pasador antirrotación no interfiere con la rotación del mango. Bajo la fuerza de repulsión del tercer imán en la herramienta de desbloqueo, interactúa con una ranura de conmutación en forma de '8' en la palanca. Su función principal es evitar la rotación involuntaria de la palanca de acero inoxidable durante el funcionamiento del mango, asegurando que el modo de funcionamiento seleccionado permanezca estable y funcional. En particular, la polaridad magnética y la disposición funcional del pasador antirrotación son opuestas a las de los dos pasadores magnéticos de bloqueo. Este diseño hace que la operación no autorizada sea más difícil y mejora aún más el rendimiento antirrobo general de la válvula de bola.

Figura 7 Modo de usuario de la válvula de bola con cierre magnético de modo dual (apertura y cierre libres)

Este documento examina la aplicación de válvulas de bola instaladas aguas arriba de los medidores de gas y analiza los posibles riesgos de seguridad asociados con su uso práctico. Sobre la base de este análisis, se desarrollaron dos válvulas de bola con características funcionales distintas. Ambas válvulas proporcionan un control efectivo del suministro de gas interior, ayudando a prevenir accidentes relacionados con el gas y garantizando la seguridad de los usuarios y sus propiedades. Además, mejoran en gran medida la comodidad del usuario y agilizan la gestión operativa para las compañías de gas, contribuyendo a un entorno de suministro de gas más seguro, más eficiente y fácil de usar.

(1) El Válvula de bola con un estado de encendido/apagado identificable, Combinado con su tecnología de marcado luminoso, proporciona una visualización clara del estado operativo de los gasoductos interiores. Este diseño permite a los usuarios determinar de forma rápida y precisa el estado actual abierto o cerrado de la válvula de bola, incluso por la noche o en condiciones de poca luz, evitando eficazmente los incidentes de seguridad de gas causados por errores de juicio o dificultad para identificar el estado de la válvula.

(2) ElVálvula de bola con bloqueo magnético de modo dualPermite cambiar entre el modo de administración y el modo de usuario. En el modo de gestión, su estructura de bloqueo antirrobo reduce el riesgo de operación no autorizada o uso ilegal de gas antes de la puesta en servicio oficial de gas, minimizando así los posibles riesgos de seguridad. En el modo de usuario, el diseño de apertura y cierre libre permite a los usuarios cerrar de forma independiente y rápida el suministro de gas en emergencias, durante suspensiones temporales de gas o durante períodos prolongados de no uso después de la puesta en servicio. También permite a los usuarios restaurar el suministro de gas rápidamente sin la asistencia in situ del personal de la compañía de gas, mejorando sustancialmente la eficiencia operativa de las empresas de gas.