CN101725716B - 管状阀装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管状阀装置。所提出的阀(1)基于两个可轴向调节的套管形的阀座环(14、26)，所述阀座环与环形电枢板(22、35)及相关保持线圈(24、36)形式的锁定装置关联。阀封闭构件(39)能经由位置调节驱动器进行可变调节。所述阀封闭构件具有双重功能。一方面，它用于将阀座环(14、26)移入锁定位置，另一方面，它用于控制气流。在本发明的阀中，阀的关闭能通过释放锁定装置或者也能通过保持锁定而相应可控地将阀封闭构件保持就位来实现。本发明还提供通过阀来释放和阻挡流体流动的方法。

Description

管状阀装置

技术领域

本发明涉及一种管道的形式的阀以及一种用于通过此阀来释放和阻挡流体流动的方法。

背景技术

基本上，阀具有阀壳体和布置在该阀壳体中的至少一个阀封闭构件。通常，阀封闭构件能相对于阀座以直线方式前后移动，以便以可控方式关闭和打开阀座。常常使用牵拉式电磁铁来促动此阀，电磁铁的电枢抵抗复位弹簧的力远离阀座移动阀封闭构件。这种磁铁具有自关闭功能。当确定磁驱动器的尺寸时，注意所述驱动器要能够克服复位弹簧的力。经常，这导致相对大和相应电力需求的磁驱动器。

此外提出经由电机驱动的调节单元来调节阀封闭构件。例如经由心轴提升传动件，通过电机的旋转运动产生用于阀封闭构件的直线调节运动。

考虑到这种阀实现自关闭功能相对困难，当阀在危险情形中自动关闭时，该自关闭功能是必需的。

自关闭功能主要通过复位弹簧提供，在上述第一情形中，所述复位弹簧引导牵拉式电磁铁离开打开位置进入关闭位置，而在上述第二情形中，复位弹簧引导电机调节驱动器离开打开位置进入关闭位置。相应沉重尺寸的复位弹簧能导致将阀封闭构件类似冲击状地、猛烈地放置在阀座上，并且经过一定时间，导致此处的损坏。

发明内容

本发明的目的在于公开能克服或至少减轻上述关于流体阀的问题中至少一个所采用的措施。

利用根据本发明的第一至第三方面的阀以及利用根据本发明的第四方面的用于通过该阀来释放和阻挡流体流动的方法来实现该目的。

根据本发明的第一方面的阀包括：管状壳体，在所述管状壳体中，至少第一阀座环布置为能够沿轴向方向移动；锁定装置，所述锁定装置与所述阀座环关联，以便选择性地将所述阀座环锁定在预定位置；阀封闭构件，所述阀封闭构件能朝着和离开所述阀座环移动，以便选择性地关闭、移动和释放所述阀座环；以及调节装置，所述调节装置用于调节所述阀封闭构件的位置。例如套管形的阀座环布置在该壳体中，以便沿轴向方向移动。可选地，然而优选地，提供两个这种相对于彼此同中心布置的阀座环。锁定装置布置为选择性地将阀座环锁定在预定位置并可选地释放阀座环。阀座环与至少一个阀封闭构件关联，该阀封闭构件也被支撑以便可移动。。

该阀允许通过阀封闭构件的调节装置来移动阀座环。阀封闭构件的调节装置能以指定方式用于将阀座环移入锁定位置，在该锁定位置，通过锁定装置能将阀座环保持就位。一旦阀座环已锁定在此位置，则通过促动调节装置，阀封闭构件能远离阀座环移动，以便允许气体或另一流体以可控的方式流动。这样，阀封闭构件能用于细微调节流体流动，以及用于简单的打开和关闭。优选地，调节装置以如下方式构造，即阀封闭构件的调节速度及其定位能以细微调节的方式进行控制。例如，可使用步进电机用于调节阀封闭构件。

为了实现快速关闭，仅需释放阀座环的至少一个的锁定装置。在释放时，能通过诸如弹簧装置，例如压缩弹簧、拉簧、排斥永久磁铁、吸引永久磁铁等合适装置来朝着阀封闭构件移动阀座环，以便关闭流路。在一定程度上，关闭功能与阀封闭构件的实际位置无关。通过打开至少一个阀座环以及通过朝着阀封闭构件移动至少一个阀座环来实现快速关闭阀。

考虑到上述的阀，能实现若干优点。一方面，锁定装置能通过无功磁铁以特别简单和省电的方式构造，所述磁铁具有不需要足够强的拉力，用于克服复位弹簧。这样，该无功磁铁可设有相对小尺寸的吸持线圈。铜的使用是最少的。因此热生成和电力消耗低。

复位弹簧作用在阀座环上。所应用的气压仅产生作用在阀座环上最小的力。受气压影响的有效表面仅仅是阀座环的表面。由于所述类似冲击状的关闭操作，流过阀的流体介质由于静态压力或由于另外产生的动态压力而导致阀封闭构件和阀座彼此相对强烈冲击，而该阀座环防止类似冲击状的关闭操作。这减小了对阀座和阀封闭构件的磨损。

此外，根据本发明的概念允许毫无问题地组合包括阀封闭构件的阀的细微调节功能，该阀封闭构件能利用打开/关闭阀的快速关闭功能进行精细定位。这通过快速关闭功能与阀座环关联而细微调节功能与阀封闭构件关联来实现。

阀的关闭能通过释放锁定装置或者也能通过保持锁定而相应可控地将阀封闭构件保持就位来实现。在后者的情形中，释放锁定装置专门用于安全关闭。

上述优点也能利用根据第二方面的阀实现。第二方面的阀具有：管状壳体，在所述管状壳体中，至少第一阀座环布置为能够沿轴向方向移动，所述阀座环与阀封闭构件关联；磁性线圈，所述磁性线圈与所述阀座环关联，以便移动所述阀座环，或者至少选择性地将所述座环锁定在预定位置，其中所述磁性线圈布置在所述壳体中。尽管在根据第一方面的阀中的锁定装置可构造为磁性线圈，或者如果需要也可以另一方式构造，所述磁性线圈布置在管状壳体的内部或外部，但是第二方面的阀使磁性线圈设置成将该至少一个阀座环锁定在壳体中。这提供了如下优点：磁性线圈通过流过壳体的流体流冷却。此措施允许磁性线圈中的更高的电流密度，因而节省了铜。除此之外，所有结合根据第一方面的阀所述的其他优点也能利用根据第二方面的阀来实现。

同样地，根据第三方面的阀提供了上述优点。第三方面的阀具有：管状壳体，至少第一阀座环布置在所述管状壳体中，所述阀座环与能够轴向移动的阀封闭构件关联；用于所述阀封闭构件的调节装置，所述调节装置包括自保持功能。尽管在上述实施例中，用于阀封闭构件的调节装置原则上可以任何期望的方式构造，但是第三方面的阀提供了以如下方式构造的用于阀封闭构件的调节装置的实施例，即该调节装置接收自保持功能。例如，在驱动器、如电机与阀封闭构件之间提供自锁传动装置。该传动装置可以是心轴提升传动件、蜗杆传动件等或者若干这种传动件的组合。

用于调节装置的驱动器优选是电动机。它可构造为步进电机、直流电机、同步电机、异步电机等。所述电机可布置在管状壳体内部以及所述壳体外部。

根据本发明的阀允许使用特别节省能量的驱动器。此外，这产生了具有小标称宽度和总体小结构容积的高容积流动。在其端部，管状壳体可设有螺纹、凸缘或其他连接装置。此外，至少当阀封闭构件与两个阀座环关联时，能进行气密性检测。这特别是当两个阀座环相对于彼此密封以便限定包括在阀座环之间的中央空间时适用，压力监控器能附接到该中央空间。此外，已发现该阀构思产生能独立于其内置位置起作用的阀。此外该构思适合于零与几巴之间的压力范围，因而适于针对很多不同对象有很多应用。该阀能安静地促动。使打开和关闭噪音最小化。如上所述，流体流动能连续调节。此外，所述构思基于少许部件并且能容易地适应于各种应用情形。

在根据本发明的第四方面的方法中，从关闭状态开始，在所述关闭状态中，至少一个阀座环在复位弹簧的作用下以密封方式紧靠所述阀封闭构件，准备打开所述阀，首先沿第一方向调节所述阀封闭构件，以便抵抗所述复位弹簧的力移动所述阀座环，直至所述阀座环到达锁定位置，进一步准备打开所述阀，促动所述锁定装置，以便将所述阀座环保持就位，并且其中通过所述调节装置在离开锁定的阀座环的第二方向上调节所述阀封闭构件，所述第二方向与所述第一方向相反。

本发明优选实施例的其他细节源于具体实施方式或附图。该具体实施方式限于本发明的基本方面和其他情形。附图公开了示例性实施例的其他细节并应被称为补充。

附图说明

图1是根据本发明的阀的纵向截面的简化图示，在图的上半部分中，阀处于第一关闭位置，而在图的下半部分中，阀处于第二关闭位置；以及

图2是根据图1的处于打开位置的阀的纵向截面的图示。

附图标记：

1气阀

2壳体

3、4密封件

5流体通道

6引导件

7环

8中心线

9、10密封件

11螺钉

12套口

13定位装置

14阀座环

15、16引导环

17、18密封件

19螺钉

20滑动环

21密封环

22电枢环

23压缩弹簧

24线圈

25锁定装置

26阀座环

27、28、29滑动环

30、31密封件

32螺钉

33唇式密封件

34压缩弹簧

35电枢环

36线圈

37、38密封表面

39阀封闭构件

40、41环形密封件

42螺纹心轴

43引导体

44径向延伸部

45紧固螺钉

46螺纹螺母

47、48轴向压力轴承

49、50箭头

51蜗杆

52唇式密封件

53密封件(8字形)

54电机

55连接线

56、57、58压力测量连接件

具体实施方式

图1示出具有管状壳体2的阀1、例如气阀，该阀布置为例如充当气体安全阀。在该阀彼此背离的两端，壳体2设有未具体示出的用于连接附加管道和例如密封件3、4的连接装置。在壳体2内部限定了流体通道5，所述通道从一端通向另一端。在该流体通道的输入侧，流体通道5通过管状引导件6限定，该引导件6通过环7固定地保持在壳体中并且与中心轴线8同心。环7在其优选圆柱形的外周上具有至少一个或者也可具有多个周向凹槽，密封件9、10可置于所述凹槽中，以便沿轴向方向使环7靠着管状壳体2的内壁密封。螺钉11可设置用以将环7固定就位。

插入件6具有管状唇缘12，该唇缘12远离插入件6的开口端延伸到壳体2的内部空间中。此外，插入件6设有例如定位指13形式的紧固装置，所述紧固装置致使插入件6轴向固定在环7上，并且例如与凹槽接合。

由细长的、管状阀座环14限定的流体通道邻接该插入件6。该阀座环能沿轴向方向滑动并构造为套管。该阀座环通过管状壳体2中的两个轴向隔开的引导环15、16相对于中心线18居中。

引导插入件6的套口12延伸到阀座环14的内部空间中，并且当阀座环14沿轴向方向移位时，以滑动方式紧靠所述座环的壁。通过与中心线8同中心的密封件17、18，引导环16相对于壳体2的内壁密封，并通过螺钉19非扭转地且轴向地牢固固定。在该引导环16的内部，引导环16具有滑动环20，该滑动环20允许阀座环14容易移位。此外，沿轴向方向向外，引导环16设有例如唇式密封件21形式的密封件，该密封件21使引导环16靠着阀座环14密封，由此形成气密。

阀座环14面对引导件6的端部设有软质磁性电枢环22。该磁性电枢环22能与阀座环14一起轴向移动。压缩弹簧23偏压阀座环14，这样，电枢环22远离环17突出。

环17例如由软质磁性材料构成。具体地，所述环可在其面对电枢环22的一侧设有凹槽，所述凹槽容纳线圈24。线圈24优选与中心线8同中心地卷绕。

与线圈24一起，电枢环22形成锁定装置25，通过该锁定装置25，阀座环14能保持在如下位置，即在该位置，电枢板22紧靠环7。此位置在图1中的底部示出，而图1的顶部示出线圈24无电流时阀座环14所采用的位置。

至少考虑优选的实施例，第二阀座环26与第一阀座环14同中心地设置，所述第二阀座环与第一阀座环14同中心地布置，并外接第一阀座环14的外表面。阀座环26构造为套管，并安置在包括一个或多个滑动环27、28的引导环15中。所述滑动环允许阀座环26易于沿引导环15以及沿内阀座环14轴向移位。在阀座环14、26之间能布置另外的滑动环29，该滑动环29例如与阀座环14或可替代地与阀座环26相连接。

引导环15通过密封件30、31来密封，并通过至少一个螺钉32牢固地固定在壳体2中。所述引导环15具有内环形凹槽，唇式密封件33安置在该环形凹槽上。所述唇式密封件在外部以气密的方式密封第二阀座环26。

第二管状阀座环26能抵抗压缩弹簧34的力轴向移动。压缩弹簧34的一端抵靠引导环16，而另一端抵靠阀座环26。在同一端，阀座环26连接到圆盘形的电枢环35，该电枢环35能抵抗压缩弹簧34的力与阀座环26一起朝着引导环16移动。在引导环16面对电枢环35的一侧，引导环16具有环形凹槽，线圈36安置在该环形凹槽中。此线圈36的卷绕定向为与中心线8同中心。引导环16可由软质磁性材料构成。电枢环35和线圈36、以及引导环16的尺寸以如下方式设置，即当施加电流时，线圈36能将电枢环35保持在引导环16上。此位置在图1中的底部示出。图1的顶部示出在线圈36无电流模式中阀座环26和电枢环35的位置。线圈36与电枢环一起形成用于第二阀座环26的锁定装置。

在阀座环14、26背向各自电枢环22、35的端部上，阀座环14、26都具有密封表面37、38，所述密封表面例如构造为圆锥形的环形表面。这些密封表面37、38代表实际的阀座。密封表面37、38与所示的可构造为流动体的阀封闭构件39关联。所述流动体的尖端优选大致位于中心线8上。从那里开始，阀封闭构件39是圆锥形的、液滴形的或者以另一增强流动的方式构造。在本示例性实施例中，阀封闭构件39包括两个与中心线8同中心布置的环形密封件40、41。环形密封件40、41的直径定尺寸为使其与密封表面37、38字形成对接。例如，环形密封件40、41具有矩形横截面并且部分地安置在阀封闭构件39中。

阀封闭构件39布置为可沿中心线8轴向调节。这利用任意合适的调节驱动器来实现。在图1的顶部中示出阀封闭构件39处于其左侧末端位置，在该位置示出距引导环15的最大可能距离。图1的底部示出其右侧末端位置，在该位置示出能最靠近地接近引导环15。显而易见，阀封闭构件39的最大冲程至少为两个阀座环14、26的最大冲程那么大。

在阀封闭构件背对其尖端的后侧，阀封闭构件39具有杯的形状并且设有螺纹心轴42。该螺纹心轴42深入引导体43的孔中，该引导体43保持在距壳体的内壁一定距离处，以便与中心线8同中心。为了消除间隙，可设置压缩弹簧，所述弹簧沿封闭方向推动阀封闭构件39。引导体43具有至少一个，优选几个、例如三个引导延伸部44，所述引导延伸部44像辐条那样从所述本体延伸并在内部紧靠壳体的内表面。设置在此径向延伸部44中的螺纹孔能用于容纳紧固螺钉45，所述螺钉布置为轴向地且牢固地固定引导体43。引导体43具有内部空间，在该内部空间中，螺纹螺母46可旋转地支撑在两个轴向止推轴承47、48之间。因此，螺纹螺母46实现对螺纹心轴42并且对阀封闭构件39沿箭头49或50方向进行调节。

螺纹螺母46在其外部设有齿。这些齿与蜗杆51啮合，该蜗杆51布置为与螺纹螺母46形成的齿相切并可被旋转地支撑。蜗杆51延伸穿过引导体43和径向延伸部44。所述蜗杆穿过壳体2中的开口朝着外部突出。设置在径向延伸部44中的唇式密封件52或另一密封装置朝着外部密封气室。此外，布置在径向延伸部44的适当形成的凹槽中的附加密封装置、例如8字形的橡胶密封件53朝着外部附加地密封紧固螺钉45的螺纹孔、以及密封用于蜗杆51的通孔。

朝着外部突出的蜗杆51的端部能与旋转驱动器、例如步进电机或另一电机54相连接。图1中仅象征性地示出电机54的电连接件55。电机54经由未具体示出的保持器连接到壳体2。

可选地，个别或彼此相连接的压力测量连接件56、57可设置在壳体2上。压力连接件56测量流出侧的压力。压力连接件58允许测量流入侧的压力。压力连接件57允许测量两个阀座环14、26之间的压力。考虑到上述阀1是双座阀。连接件57通向两个个体阀之间的所谓中央空间。第一阀由阀座环14和环形密封件40形成。第二阀由阀座环26和环形密封件41形成。

上述的阀1的操作如下：

首先，假设阀1是无电流的。线圈24和线圈36都不传导电流。阀座环14、26分别通过相关的压缩弹簧23、24沿朝着阀封闭构件39的方向尽可能远地移位。密封表面37、38紧靠环形密封件40、41。这样，通过流体通道5的气流停止，而与阀封闭构件39的位置无关。如果所述阀封闭构件处于左侧位置，如图1中顶部所示，阀以与图1中底部所示的右侧位置时相同的方式关闭。

如果要打开阀1，则阀封闭构件39通过适当促动电机54而移动，从而阀座环14、26朝着线圈24、36移位，除非所述阀已经占据此位置。要做到这一点，将螺纹螺母46沿如下方向旋转，即螺纹心轴42沿箭头49的方向移动。由此，阀封闭构件39将阀座环14、26从图1中的上方位置移入图1中的下方位置，在该下方位置电枢环22、35紧靠环7或引导环16。当向线圈24、36施加电流时，电枢环22、35附着于环7、16。压缩弹簧23、34具有如下强度，即它们不能克服此附着力。由此，阀座环14、26锁定在如下位置，即在该位置，通过调节阀封闭构件39能打开阀。

当阀封闭构件39处于如图1底部所示的位置时，阀1处于静止位置。由于将电流施加到线圈24、36和电机54，所以能够从该位置瞬间打开，从而电机54沿箭头50的方向移动螺纹心轴42。由此，阀1移入图2中所示的模式。即作为电流流动的结果，阀封闭构件39释放阀座，同时线圈24、36将阀座环14、26保持在根据图2的释放位置。阀封闭构件39现在能以任何方式进行调节，以便完全打开或者或多或少地节制流过流体通道5的气流。然而，当阀封闭构件39移入关闭位置时，所述气流也可重新设为零。

如果阀1在根据图2的位置打开，然后要迅速关闭，则中断向线圈24、36中的至少一个的电力供应就足够了。在此情形中，将电枢环22、35保持靠着线圈24、36的附着力停止。现在压缩弹簧23、34远离环7、16的表面推动电枢环22、35，由此具有密封表面37、38的阀座环14、26抵靠密封环40、41移动，并在此处形成密封，而与阀封闭构件39的位置无关。

因而上述阀1以低能量需求和小巧的设计实现了具有快速闭合特性的安全功能以及调制功能。此外，由于经由连接件57对中心空间进行监控，所以能够进行气密性检测。这样，也能够仅关闭此双阀装置中的一个阀。这是可以实现的，例如将阀座环14、26都移入根据图2的锁定位置并保持在此处，由此阀封闭构件39移入打开位置，并且仅对于两个阀座环14、26中的一个释放锁定，或者依次释放两个阀座环14、26的锁定。如果例如要首先释放阀座环14的锁定，继而释放阀座环26的锁定，则连接件57处的压力必须对应于连接件56处的压力。如果压力随时间增大，则阀座环14的阀不是气密的。相反，当首先使线圈36断电，继而使线圈24断电时，连接件57处的压力必须对应于连接件58处的压力。封闭在中心空间中的气体容积显示输入压力。如果所述压力逐渐减小，则阀座环26的阀不是气密的。

所提出的阀1基于两个可轴向调节的套管形的阀座环14、26，所述阀座环与环形电枢板22、35及相关保持线圈24、36形式的锁定装置关联。阀封闭构件39能经由位置调节驱动器进行可变调节。所述阀封闭构件具有双重功能。一方面，它用于将阀座环14、26移入锁定位置，另一方面，它用于控制气流。

Claims (11)

1.一种阀(1)，具有：

管状壳体(2)，在所述管状壳体中，至少第一阀座环(14)布置为能够沿轴向方向移动；

锁定装置(22、24、35、36)，所述锁定装置与所述阀座环关联，以便选择性地将所述阀座环锁定在预定位置；

阀封闭构件(39)，所述阀封闭构件能朝着和离开所述阀座环移动，以便选择性地关闭、移动和释放所述阀座环；以及

调节装置(42、46、51、54)，所述调节装置用于调节所述阀封闭构件(39)的位置，

其特征在于：设置第二阀座环(26)，所述第二阀座环布置为可轴向移动，并相对于所述第一阀座环(14)同中心地布置，其中每个阀座环(14、26)分别与一个压缩弹簧(23、34)关联，以便在朝着所述阀封闭构件(39)的方向上偏压所述阀座环(14、26)。

2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于：所述锁定装置(22、24、35、36)包括磁性线圈(24)，所述线圈布置在所述管状壳体(2)中。

3.根据权利要求1所述的阀，其特征在于：所述阀封闭构件(39)与所述第一阀座环(14)和所述第二阀座环(26)相对于所述壳体(2)同中心地布置。

4.根据权利要求1所述的阀，其特征在于：所述调节装置(42、46、51、54)包括调节电机(54)。

5.根据权利要求4所述的阀，其特征在于：所述调节电机(54)布置在所述壳体(2)的外部。

6.根据权利要求1所述的阀，其特征在于：所述调节装置(42、46、51、54)包括心轴传动件(42、46)。

7.根据权利要求1所述的阀，其特征在于：所述调节装置(42、46、51、54)包括蜗杆传动件(46、51)。

8.根据权利要求1所述的阀，其特征在于：所述第一阀座环(14)和所述第二阀座环(26)相对于彼此密封，并且所述第一阀座环(14)和所述第二阀座环(26)限定了中心空间，在所述中心空间处设有至少一个压力传感器(57)。

9.根据权利要求1所述的阀，其特征在于：所述阀封闭构件(39)构造为流线体。

10.根据权利要求1所述的阀，其特征在于：所述第一阀座环(14)和所述第二阀座环(26)的冲程至少对应于所述阀封闭构件(39)的冲程的范围。

11.一种用于通过根据权利要求1所述的阀(1)来释放和阻挡流体流动的方法，其中

从关闭状态开始，在所述关闭状态中，每个阀座环(14、26)在压缩弹簧(23、34)的作用下以密封方式紧靠所述阀封闭构件(39)，

准备打开所述阀(1)，首先沿第一方向(49)调节所述阀封闭构件(39)，以便抵抗所述压缩弹簧(23、34)的力移动所述第一阀座环(14)和所述第二阀座环(26)，直至所述第一阀座环(14)和所述第二阀座环(26)到达锁定位置，

进一步准备打开所述阀(1)，促动所述锁定装置(22、24、35、36)，以便将所述第一阀座环(14)和所述第二阀座环(26)保持就位，并且其中

通过所述调节装置(42、46、51、54)在离开锁定的所述第一阀座环(14)和所述第二阀座环(26)的第二方向(50)上调节所述阀封闭构件(39)，所述第二方向与所述第一方向(49)相反。