CN102459978A - 阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀，所述阀带有壳体，所述壳体具有用于流体的流入开口、可用来控制流体的流动的封闭元件、和用于流体的流出开口。所述阀还带有调节设备(37)，所述调节设备(37)具有用于调节封闭元件的封闭截面的电调节驱动器(40)；所述阀还带有驱动器壳体(38)，调节驱动器(40)的定子(39)与所述驱动器壳体(38)固定连接，其中，调节驱动器(40)的可运动的转子(41)在驱动器壳体(38)的处于流体压力下的内部空间(45)内与封闭元件运动耦合，且定子(39)布置在内部空间(45)内。为使用带有处于流体中的、用于具有磨蚀和腐蚀性流体的调节驱动器的阀，建议使驱动器壳体(38)的内部空间(45)通过可运动的分隔元件(48)与流体分开。

Description

阀
技术领域
本发明涉及一种阀，该阀带有壳体，所述壳体具有用于流体的流入开口、可用来控制流体的流动的封闭元件、和用于流体的流出开口；该阀还带有调节设备，所述调节设备具有用于调节封闭元件的封闭截面的电调节驱动器；该阀还带有驱动器壳体，调节驱动器的定子与所述驱动器壳体固定连接，其中调节驱动器的可运动的转子在驱动器壳体的处于流体压力下的内部空间内与封闭元件运动耦合，且定子布置在内部空间内。
背景技术
DE4214814A1公开了一种这样的用于汽车的加热循环的流量调节阀，所述调节阀的调节驱动器布置在流动中的加热介质中。另外，这种阀由于位于内部的调节驱动器而具有很紧凑的结构形式。
截止阀和节流阀在本发明的范围内按照多种结构形式已知为轴向阀、轴向锥阀或环形活塞阀以及提升阀、提升锥阀(“global valve”)以及滑阀和截止滑阀、球阀或蝶阀，例如从本申请人的项目中一般地已知。通过封闭元件-即活塞、球、板或锥-的轴向或旋转的载荷变化，通过阀的封闭横截面调节且控制了施加压力的流体的流动。
已知的带有可通过电机调节的封闭横截面的截止阀和节流阀由于在安装状态中为更换磨损部分的很好的可接近性以及由于机械上相对简单的调节机构而传统上经常构思为用于拐角结构形式(“angle type valve”)，即带有垂直于活塞形封闭元件轴线并朝出口方向流入的流体。
现在越来越多地——尤其是在不希望流动方向转向的情况下——使用了具有轴向结构形式的节流阀(“环形活塞阀”)，即带有可与流入和流出方向同轴地移动的封闭元件的阀。此阀此外在相同的流动技术参数下具有更小的外部尺寸且由于同轴的结构形式而具有通过流动的流体导致的更小的材料载荷，且因此减小了的磨损。
在已知的截止阀和节流阀中，使用了带有旋转的转子(“旋转体”)的旋转电枢马达(也称为“扭矩马达”或“转矩马达”)作为调节驱动器。转子的旋转运动通过相互滑动的运动螺纹——根据螺栓和螺母的原理——转化为直线运动。直线运动的部件是直接与封闭元件连接的芯轴或——例如在轴向结构形式中——是开关芯轴(Schaltspindel)。在轴向结构形式中，开关芯轴和芯轴分别具有相互啮合的斜齿形，所述斜齿形实现了直线运动的转向。
从EP0937928A1中已知了具有拐角结构形式的节流阀，其中电调节驱动器的定子和转子通过分隔壁隔开，所述分隔壁特别地将调节驱动器的电连接相对于阀的内部区域密封，且屏蔽了流动通过节流阀的流体的流入。驱动力通过分隔壁传递到转子上。
DE3933169A1公开了具有轴向结构形式的节流阀，其中，调节驱动器在一个单独分开的腔室内流体被压力密封且气密地屏蔽。只有节驱动器驱动的具有运动螺纹的轴从该腔室内伸入节流阀的内部区域内，且所述轴驱动活塞形封闭元件。
DE10058441A1公开了用于拐角结构形式的节流阀的构思，其中调节驱动器在一个单独分开的气密密封的壳体内从外侧以法兰连接在阀体上，且又仅以具有运动螺纹的轴伸入到节流阀的内部空间内。在此阀中定子和转子也通过分隔壁隔开。
在化学工业中且也在另外的工业领域中输送油和气的情况下，由于安全性和环境保护的原因，对于无泄漏的要求有所提高。必须基本上防止有毒流体的泄漏，但至少在技术可能性的层面上最小化所述泄漏。在截止阀和节流阀的情况下，在此尤其考虑开关芯轴的密封引导。
在离岸输送油和气的情况下，不断地将加工步骤(例如被输送的气体的压缩)直接设置在海底的输送位置处。由于此倾向，涉及了对于适合于海下使用的例如阀的部件的提高了的如下要求：
此部件必须不仅基于环境保护而无排放，即保证流动的流体(油、气)与周围的海水的屏蔽，且避免流体进入到环境中。此外，在任何情况下都应避免高腐蚀性且带有微生物的海水侵入到阀自身内或调节设备内。最后，特别是调节设备的电子器件和机械部件与被输送的流体的任何接触也是不希望的，所述流体由于带有磨蚀和腐蚀性成分的污染物、例如沙、锈且特别是带有硫化氢而可能具有很强的侵蚀性。
一方面，调节设备的导电部分的相对于流动的流体以及相对于环境的屏蔽，且另一方面相对于海底所存在的压力关系的耐受性按照已知的阀的构思仅通过调节驱动器和环境之间、调节驱动器和阀的内部区域之间的或调节驱动器的定子和转子之间的加强的(即更厚的)分隔壁实现。在后者情况中，定子和转子之间的间隙的任何增大都会降低调节驱动器的工作效率。
另一方面，使用根据DE4214814A1的阀无法实现调节设备的机械部件相对于污染物的密封。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有处于带有磨蚀和腐蚀性成分的流体中的调节驱动器的阀。
从已知的阀出发，根据本发明建议，使得驱动器壳体的内部空间通过可运动的分隔壁与流体分隔。因此，有效地避免了流体侵入到调节设备内，尤其是侵入到调节驱动器的定子和转子之间。通过分隔元件的移动，补偿了内部空间内的体积改变。这样的体积改变例如通过芯轴的移动、通过温度改变或通过内部空间和流体之间的动态密封的泄漏导致。耐压的(且根据应用也耐受介质的)定子的使用以及相应的电连接允许省去定子和转子之间的分隔壁，且因此恰好对于高压力下的使用明显提高了调节驱动器的效率。
优选地，在根据本发明的阀上，封闭元件可借助调节驱动器在驱动器壳体内轴向移动。这样的根据本发明的阀例如是带有可轴向(在笼内)移动的活塞的节流阀或截止阀和滑阀。因为流体的压力在芯轴的两端上起作用，所以芯轴在运动方向上完全被卸压。
替代地，在根据本发明的阀上，封闭元件可借助调节驱动器旋转。此类根据本发明的90度的阀例如是球阀或蝶阀。
在根据本发明的阀上，进入流入开口内的流体的流入方向优选对应于来自流出开口的流体的流出方向，且封闭元件可同轴于流入方向和流出方向地移动。具有轴向结构形式的这种根据本发明的阀的特征在于通过流动的流体的造成的材料载荷较小。调节设备，特别是此根据本发明的阀的带有调节驱动器的驱动器壳体受保护地布置在阀的壳体内部。
替代地，根据本发明的阀也可制造为具有拐角结构形式。调节驱动器优选地为使得维护人员很好地可接触而从外部安装在壳体内。
优选地，在根据本发明的阀中，分隔元件是在补偿气缸内可自由运动的补偿活塞或波纹管。补偿活塞或波纹管的移动补偿了根据本发明的这种阀的内部空间的容积变化。
优选地，在此根据本发明的阀上，补偿气缸布置在壳体的壁内。根据本发明的此节流阀具有特别简单的结构。替代地，补偿气缸可以是驱动器壳体的一部分，且补偿活塞或波纹管例如轴向地包围了与封闭元件连接的芯轴。
特别优选地，根据本发明的阀的内部空间以液体填充。不可压缩地填充内部空间简化了根据本发明的阀的用于交变的压力关系的设计。液体可以是润滑剂：因此，调节设备的运动的部分，特别是转子和芯轴之间的传动装置被润滑。在使用自润滑部件时，液体例如也可以是水。另一方面，通过液体将调节驱动器进行防爆保护。分隔元件避免了液体被所述流体的污染以及反之的情况。
内部空间内的液体支持了从调节驱动器的散热，特别地从其定子的散热。通过相应的通道，所述液体可从根据本发明的阀的外侧被引入到阀的内侧，被定期更换，或在运行中被连续过滤。液体状态的安全控制(或自动物理或化学检测)实现了对于根据本发明的阀在连续运行中的磨损状态的监测。
在根据本发明的阀中，特别地转子可以是可旋转的转子，其中传动装置将转子的旋转运动转化为与封闭元件连接的芯轴的平移运动。这样的带有旋转电枢马达的阀可特别地作为调节驱动器廉价地制造，因为此类调节驱动器即步进马达在市场上可作为大量商品以多种构造获得。替代地，调节驱动器可以是直线马达即步进马达，所述马达如需要通过芯轴而无传动装置直接驱动封闭元件。根据本发明的此阀的调节设备具有特别小的结构尺寸。
在带有液体填充的内部空间的根据本发明的此阀中，优选地液体在芯轴的平移运动期间流过传动装置。因此，一方面保证了传动装置的良好的润滑，另一方面通过多次使用现有的真空空间降低了制造技术上的成本。替代地或补充地，液体也可通过壳体内的小孔引导。
在带有旋转电枢马达的根据本发明的阀中，按照有利的方式，传动装置是滚子体-螺纹传动装置。滚子体-螺纹传动装置特别地是在金属加工机械的应用领域中已知的传动装置：用于在旋转运动和平移运动之间转化的球或螺纹杆(“滚子”)，所述传动装置至少在平移运动的部件上滚动。与螺纹之间的滑动摩擦相比，滚动的元件的明显更低的滚动阻力实现了损失很低的转化。滚子和球螺纹传动装置的工作效率基本上相当。滚子螺纹传动装置(“roller screw”)一方面比球螺纹传动装置构造得明显更紧凑，且另一方面实现了平移到旋转的转化以及旋转到平移的转化。
替代地，在根据本发明的阀内，传动装置可以是在与封闭元件连接的芯轴上的运动螺纹以及作为螺母的转子。与滚子体-螺纹传动装置相对比，运动螺纹虽然带有更高的损失，但明显地制造更廉价。在能源故障的情况下，根据本发明的此阀的活塞保持在其各自的位置上。
优选地，根据本发明的阀具有安全装置，所述安全装置在供电故障情况下将封闭元件运动到安全位置。根据本发明的此阀即使在供电故障时也实现了安全的运行。
尤其优选地，根据本发明的此阀中，安全装置是电系统。根据本发明的阀可具有紧急供电，特别是通过电池或电容器的紧急供电。根据本发明的此阀一方面在没有进入安全位置的情况下克服供电故障，且另一方面根据使用情况定义了不同安全位置。
替代地，安全装置是复位弹簧。在根据本发明的此阀上，在封闭元件的安全位置中可将节流横截面最大地打开。根据本发明的此阀例如可用作压缩机的入口和出口之间的旁通通道内的泵解除阀(Pumpverhütungventil)。替代地，封闭元件的基本位置中的节流横截面可根据具体情况下的要求完全封闭或在电驱动的安全装置的情况下提供在任意限定的中间位置中。
在根据本发明的带有流体填充的内部空间的阀中，安全装置也可从外部安装在维护通道上，且例如在故障情况下通过液压-气动压力存储器自动以液体将内部空间置于过压，且因此将封闭元件移动到安全位置。
在特别有利的构造中，根据本发明的阀具有位置指示件，所述位置指示件通告了封闭元件的位置。封闭元件在阀内的位置，例如节流笼内的活塞的位置是用于封闭横截面的直接指标，且是阀的运行位置的有说服力的特征量。根据本发明的阀例如可通过轴向或旋转运动的部件的一个上的永磁体和电磁传感器(Geber)无接触地控制位置指示件。
以有利的方式，此外根据本发明的阀的调节驱动器是耐腐蚀的。根据本发明的此阀对于调节驱动器的环境具有更低的要求，且实现了维护间隔的延长。
根据本发明的此阀的调节驱动器特别地优选地满足了对于油气工业中的腐蚀保护的NACE标准和ISO标准。在内部空间和流体之间存在泄漏的情况中，特别地在流体侵入内部空间的情况中，因此也避免了对于调节驱动器的损坏。例如，为此可将调节驱动器的导电的和磁性的结构元件嵌入到合成材料内。
为改进运行安全性，根据本发明的阀也可具有冗余的调节驱动器的定子和/或冗余的电气或电子组件。
根据本发明的阀使得对于深海中以及例如石化工业、核设备以及医疗和制药技术(例如激素制造)中的的油气输送中特别地有毒的-即对于环境、人员或气候有害的-流体的操作更容易：将调节驱动器完全整合在阀的承受压力的内部空间内提高了防泄漏的安全性，且允许明显延长维护和更换间隔。
附图说明
本发明在下文中根据两个实施例解释。各图为：
图1在截面图中示出了根据本发明的阀，
图2在截面图中示出了阀的调节设备，
图3示出了调节设备的细节，
图4示出了根据本发明的第二阀，和
图5示出了第二阀的调节设备。
具体实施方式
在图1中示出的根据本发明的阀1是处于几乎完全打开位置的节流阀。所述节流阀具有壳体2，所述壳体2带有用于未示出的处于第一压力水平下的流体的流入开口3、用于节流到第二压力水平的节流件4和用于被节流的流体的流出开口5。阀1也能够以相反的流动方向(即从流出开口5向流入开口3流动)运行。
节流件4构造为流体流动路径内的与壳体2连接的管形内部体7和流出开口5之间的管形节流笼6。在节流笼6内借助电调节设备8使活塞形封闭元件9可轴向移动。内部体7以通过螺栓连接在调节设备8上的挡盖(Prallkappe)10相对流入开口3封闭。
调节设备8的连接导线11通过导线通道12从内部体7引向壳体2的外侧13。导线通道以封闭塞14压力密封地封闭，所述封闭塞14具有用于调节设备8的未示出的电连接。
在图2中详细图示的调节设备8具有以螺纹方式连接在一起的两件式驱动器壳体15。用作调节驱动器17的旋转电枢电机的定子固定地锚定在驱动器壳体15内，且仅示意性地图示的滚子体-螺纹传动装置18-“滚子螺纹传动装置”-径向且轴向地被支承在驱动器壳体15内。调节驱动器17的转子19(“旋转体”)与滚子体螺纹传动装置18抗扭转地连接。
在驱动器壳体15的内部空间20内，滚子体-螺纹传动装置18将转子19的旋转转化为芯轴21的轴向平移，所述芯轴21的端部22在密封件23内密封地从驱动器壳体15伸出，且与封闭元件9螺纹连接。内部空间20以处于第二压力水平下的未示出的液体润滑剂填充。
如在图3中图示，壳体2在壁内具有补偿气缸25，所述补偿气缸25带有可轴向自由运动的补偿活塞作为分隔元件26。补偿气缸25通过第一通道27接受润滑剂，通过第二通道28接受流体，且将流体的出口压力传递到润滑剂上。补偿气缸25以带有螺纹的塞29相对壳体2的外侧13封闭。
芯轴21的背对封闭元件9的端部24被润滑剂包围。在阀1关闭时，润滑剂从补偿气缸25通过第一通道27被吸向背-的端部24。以此，相应地，分隔元件26在补偿气缸25内移动且通过第二通道28将流体吸入到补偿气缸25内。
在阀1打开时，相反地，芯轴21的背对封闭元件9的端部24将润滑剂从内部空间20挤出，且通过第一通道27压入到补偿气缸25内。分隔元件26相应地挤压流体而使其通过第二通道28从补偿气缸25离开。
根据本发明的阀1具有未示出的复位弹簧作为安全装置，且具有电磁位置指示件30，所述位置指示件30通过也通过导线通道12引导的连接导线31将封闭元件9的相应位置在封闭塞14内报告给未示出的监测模块。
阀1的调节驱动器17和滚子体-螺纹传动装置18可以是耐腐蚀的，也根据NACE标准和ISO标准用于油气工业中的腐蚀保护。
图4示出了根据本发明的第二种阀32——也处于几乎完全打开位置的具有拐角结构的节流阀。第二种阀32如同第一种阀1具有壳体33，所述壳体33带有用于未示出的处于第一压力水平(“入口压力”)下的流体的流入开口34，用于节流到第二压力水平(“出口压力”)的节流阀35，和用于被节流的流体的流出开口36。
在图5中详细图示的根据本发明的第二种阀32的调节设备37具有以螺纹方式连接在一起的两件式驱动器壳体38。用作调节驱动器40的旋转电枢电机的定子39固定地锚定在驱动器壳体38内。调节驱动器40的转子41与螺母42抗扭转地连接。螺母42在芯轴44的运动螺纹43上运行。
螺母42在驱动器壳体38的内部空间45内将转子41的旋转转化为芯轴44的轴向平移，所述芯轴44的端部46从驱动器壳体38密封地伸出且与活塞形的封闭元件47螺纹连接。内部空间45以处于第二压力水平下的液态润滑剂填充。
在螺母42和封闭元件47之间，在芯轴44上安放了可轴向自由运动的补偿活塞作为分隔元件48，所述分隔元件48一方面将调节驱动器40的内部空间45与流体在材料上隔离，另一方面将流体的压力传递到内部空间45和润滑剂上。在第二种阀32内，背对封闭元件47的端部49在内部空间45内也完全被润滑剂包围。
调节设备37可构造为组合的构件，它们在用于海底的已安装的阀32上情况下也可在工作过程中更换。
附图标记列表
1 阀
2 壳体
3 流入开口
4 节流件
5 流出开口
6 节流笼
7 内部体
8 调节设备
9 封闭元件
10 挡盖
11 连接导线
12 导线通道
13 外侧
14 封闭塞
15 驱动器壳体
16 定子
17 调节驱动器
18 滚子体-螺纹传动装置
19 转子
20 内部空间
21 芯轴
22 端部
23 密封件
24 端部
25 补偿气缸
26 分隔元件
27 通道
28 通道
29 塞
30 位置指示件
31 连接导线
32 阀
33 壳体
34 流入开口
35 节流件
36 流出开口
37 调节设备
38 驱动器壳体
39 定子
40 调节驱动器
41 转子
42 螺母
43 运动螺纹
44 芯轴
45 内部空间
46 端部
47 封闭元件
48 分隔元件
49 端部
50 端部环

Claims (13)

1.一种阀(1、32)，所述阀带有壳体(2、33)，所述壳体具有用于流体的流入开口(3、34)、可用来控制流体的流动的封闭元件(9、47)、和用于流体的流出开口(5、36)；所述阀还带有调节设备(8、37)，所述调节设备(8、37)具有用于调节封闭元件(9、47)的封闭截面的电调节驱动器(17、40)；所述阀还带有驱动器壳体(15、38)，调节驱动器(17、40)的定子(16、39)与所述驱动器壳体(15、38)固定连接，其中，调节驱动器(17、40)的可运动的转子(19、41)在驱动器壳体(15、38)的处于流体压力下的内部空间(20、45)内与封闭元件运动耦合，且定子(16、39)布置在内部空间(20、45)内，其特征在于，驱动器壳体(15、38)的内部空间(20、45)通过可运动分隔元件(26、48)与流体分开。
2.根据前述权利要求所述的阀(1、32)，其特征在于，封闭元件(9、47)可借助调节驱动器(17、40)在驱动器壳体(15、38)内轴向移动。
3.根据前述权利要求所述的阀(1)，其特征在于，流体在流入开口(3)内的流入方向对应于流体离开流出开口(5)的流出方向，且封闭元件(9)与流入方向和流出方向同轴地可移动。
4.根据前述权利要求中一项所述的阀(1、32)，其特征在于，分隔元件(26、48)是可在补偿气缸(25)内自由运动的补偿活塞或波纹管。
5.根据前述权利要求所述的阀(1)，其特征在于，补偿气缸(25)布置在壳体(2)的壁内。
6.根据前述权利要求中一项所述的阀(1、32)，其特征在于，内部空间(20、45)以液体填充。
7.根据前述权利要求中一项所述的阀(1、32)，其特征在于，转子(19、41)是旋转体，其中传动装置将转子(19、41)的旋转运动转化为与封闭元件(9、47)连接的芯轴(21、44)的平移运动。
8.根据权利要求6和7所述的阀(1、32)，其特征在于，液体在芯轴(21、44)的平移运动期间流过传动装置。
9.根据权利要求7或8中一项所述的阀(1)，其特征在于，传动装置是滚子体-螺纹传动装置(18)。
10.根据前述权利要求中一项所述的阀(1)，其特征在于安全装置，所述安全装置在供电故障的情况下使封闭元件(9)运动到安全位置。
11.根据前述权利要求中一项所述的阀(1)，其特征在于，安全装置是电系统。
12.根据前述权利要求中一项所述的阀(1)，其特征在于位置指示件(30)，所述位置指示件(30)报告了封闭元件(9)的位置。
13.根据前述权利要求中一项所述的阀(1、32)，其特征在于，调节驱动器(17、40)耐腐蚀。
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