CN102575786B - 保压阀 - Google Patents

Abstract

从现有技术中已知一种保压阀，该保压阀包括具有入口通道和出口通道的外壳，其中入口通道和出口通道可彼此连接；分离隔膜，其将外壳分成两部分，即在阀操作时输送流体的第一部分和在阀操作时无流体的第二部分；阀座，该阀座设置在外壳的输送流体的部分内并具有密封表面，其中，阀座限定入口通道的端部；截流体，该截流体可移动地设置在外壳的输送流体的部分内并具有密封表面；以及具有弹簧力的弹簧元件，该弹簧元件设置在保压阀的无流体的部分内。弹簧元件设置成它的弹簧力使截流体的密封表面沿阀座的密封表面的方向预压紧，因而在截流体的封闭阀的位置，密封表面彼此配合，且截流体使入口通道与出口通道分开。入口通道设置成在阀操作时经入口通道流入的流体如此施加到截流体，即，流体对截流体施加与弹簧元件的弹簧力反向作用的力。可移位地引导阀杆的引导盘设置在分离隔膜和阀座之间，其中引导盘以形成较窄的用作节流位置的环形间隙的方式围绕阀杆。没有或仅有非常少量的流体流经的、现有技术中的阀杆和引导盘之间的较窄的环形间隙易受污染，这会影响阀的功能性。与此相反，本发明的目的是提供一种防止这个问题的保压阀。为此，根据本发明，上述类型的保压阀进一步发展成，截流体包括延伸到入口通道内的引导部，且其中入口通道在一些部分内设计成它形成引导套，截流体的引导部以引导的方式接纳于该引导套内。

Description

保压阀

本发明设计一种保压阀，该保压阀包括具有入口通道和出口通道的外壳，其中入口通道和出口通道可彼此连接；分离隔膜，其将外壳分成两部分，即在阀操作时输送流体的第一部分和在阀操作时没有流体的第二部分；阀座，该阀座设置在外壳的输送流体的部分内并具有密封表面，其中，阀座限定入口通道的端部；截流体，该截流体可移动地设置在外壳的输送流体的部分内并具有密封表面；以及具有弹簧力的弹簧元件，该弹簧元件设置在保压阀的无流体的部分内，其中弹簧元件设置成用它的弹簧力使截流体的密封表面沿阀座的密封表面的方向预压紧，因而在截流体的封闭阀的位置，密封表面彼此配合，且截流体使入口通道与出口通道分开，且其中入口通道设置成在阀操作时经入口通道流入的流体如此施加到截流体，即，流体对截流体施加与弹簧元件的弹簧力反向作用的力。

保压阀一般用于在泵、特别是计量泵的出口区域内获得用于泵的可靠操作的必要背压。在这种情况下，背压阀一般并不是泵的组成部分，而是在设备中位于泵的沿待输送的流体的输送方向下游的任何合适的位置处。

EP 0 759 132 B1公开了一种在本说明书的开始部分中阐述类型的保压阀，该保压阀在分离隔膜和阀座之间具有可移位地引导阀杆的引导盘，其中引导盘以形成较窄的用作节流位置(Drosselstelle)的环形间隙的方式围绕阀杆。节流位置意在防止在保压阀的外壳的流体输送部分内于压力下产生的流体作用于分离隔膜以及通过分离隔膜对弹簧元件施加与其弹簧力相反的力，因而截流体的闭合力减小。

没有或仅有相当常少量的流体流经的、现有技术中的阀杆和和引导盘之间的较窄的环形间隙易受弄脏，由此阀的功能会受影响。

与此相比，本发明的目的是提供一种避免这个问题的保压阀。

该目的通过如下一种保压阀来实现，该保压阀包括具有入口通道和出口通道的外壳，其中入口通道和出口通道可彼此连接；分离隔膜，其将外壳分成两部分，即在阀操作时输送流体的第一部分和在阀操作时没有流体的第二部分；阀座，该阀座设置在外壳的输送流体的部分内并具有密封表面，其中，阀座限定入口通道的端部；截流体，该截流体可移动地设置在外壳的输送流体的部分内并具有密封表面；以及具有弹簧力的弹簧元件，该弹簧元件设置在保压阀的无流体部分内，其中弹簧元件设置成用它的弹簧力使截流体的密封表面沿阀座的密封表面的方向预压紧，因而在截流体的封闭阀的位置，密封表面彼此配合，且截流体使入口通道与出口通道分开，且其中入口通道设置成在阀操作时经入口通道流入的流体如此施加到截流体，即，流体对截流体施加与弹簧元件的弹簧力反向作用的力，其中截流体具有延伸到入口通道内的引导部，且其中入口通道一部分地设计成使它形成引导套，截流体的引导部以引导的方式接纳于该引导套内。

根据本发明，用于截流体或阀活塞的引导与现有技术相比从外壳的阀座与分离隔膜之间的区域移出到入口通道的沿流体输送方向位于阀座上游的区域内。这样，待输送的流体在阀操作时定期完全涌过截流体的引导装置，并且防止杂质和污染物沉积在截流体的引导部和引导套之间的间隙内，因而，阀的可靠性提高。

借助于分离隔膜来分离外壳在现有技术中起到将外壳分成在阀操作时用于输送流体的一部分和在阀操作时无流体的一部分。将弹簧元件设置在外壳无流体的部分内意味着该部分不会被待输送的流体侵袭，这大幅提高了阀的使用寿命。

根据本发明的阀通过作用于截流体的弹簧力闭合并通过由在入口通道内施加到截流体的流体所施加的、与弹簧元件的弹簧力相反的力打开。

许多彼此互补的形状适合于形成截流体的引导部和入口通道内的引导套。然而，较佳的实施例是引导套呈具有圆筒形内壁的基本中空圆筒形的形状，该内壁限定入口通道并又形成引导套。完全不同形式的引导部可容纳于这种中空圆筒形的引导套内。

在一实施例中，对截流体的引导部来说决定性的方面是它具有基本上平行于外壳的入口通道的至少一个通道，待输送的流体在阀操作时流经该通道。这防止了截流体的延伸到入口通道内的引导部阻塞入口通道或以流体不再可以有效地输送的程度来限制流体可被输送的横截面。

此外，有利的实施例是，引导部具有允许流体沿垂直于入口通道的方向流动的至少一个通道，因而流经入口通道的流体在阀被打开时可流经阀座和截流体的密封表面之间。

在本发明一实施例子中，引导部具有基本上沿径向延伸并沿圆周方向彼此间隔开的多个引导叶片，因而，在阀打开的条件下，流体可经由截流体的引导部流出入口通道并经由密封表面第一和第二密封表面之间的间隙流入出口通道。

在这个实施例中，流体可沿平行于入口通道并由此朝向截流体的方向流动，并且还沿垂直于入口通道方向的方向在叶片状的引导叶片之间流动，因而在阀被打开的条件下，流体可流经截流体和阀座的两个密封表面之间。

当在本发明的这个实施例中由入口通道形成的引导套呈中空圆筒形的构造时，期望的是引导叶片的向外设置的端面都在半径比引导套的中空圆筒的内侧壁的半径略小的圆的轮廓上。

在本发明的实施例中，截流体的引导部具有中空圆筒形部分，该圆筒形部分在朝向阀座的端部处具有至少一个开口，因而在阀被打开的条件下，流体可经由截流体的中空圆筒形部分流出入口通道，经由中空圆筒形部分内的开口并进一步在密封表面之间流入出口通道。

在引导套形成具有一内径的中空圆筒且截流体的引导部还具有带有一外径的圆筒形外轮廓的实施例中，有利的是内径和外径之差为0.5毫米到2毫米并较佳地为从0.8毫米到1.5毫米。这样，环形间隙设置在引导套和引导部之间，该间隙允许引导部在引导套内的不倾斜的引导。

在本发明的实施例中，截流体的延伸到入口通道内的引导部呈如此的总长度，即，当截流体处于使阀完全打开的位置时引导部还设置在引导套内至少一段长度，该长度为引导部总长度的至少一半且较佳为三分之二。

这样，当还在阀被打开的条件下时，即当截流体的引导部被拉出引导套一距离以使截流体和阀座的密封表面远离彼此运动时，这确保了截流体被适当地引导。

在本发明的实施例中，分离隔膜具有可操作表面A1，外壳中的流体以如此方式施加到该表面，即，它以与弹簧元件的弹簧力相反地施加力，并且截流体具有可操作表面A2，外壳中的流体如此施加至该可操作表面A2，即，它沿弹簧元件的弹簧力的方向施加于截流体，其中表面A1和A2选择成使施加至这些表面的力沿平行于弹簧元件的弹簧力的方向和沿与弹簧元件的弹簧力的相反方向基本上彼此抵消。

表面A1和A2的这种构造导致阀结构的流体静力学的平衡，因而，分别作用于阀和截流体的力借助于出口通道内的流体压力沿弹簧力的方向和与此相反的方向彼此抵消。这确保了打开阀所需的力或入口通道内的流体压力基本上仅由弹簧元件的弹簧力来决定。因此，阀几乎没有背压的作用。

在本发明的实施例中，截流体的密封表面由沿圆周方向延伸的至少一个密封脊构成。这种构造可以使截流体设计成一体式。密封脊具有足够的灵活性来提供截流体的密封表面和阀座的密封表面之间有效的密封完整性。

在这点上，特别有利的是截流体由比阀座软的塑料材料制成。

本发明的其它优点、特征和可能的用途可从实施例的此后的说明和相关附图中显现出来。

图1示出剖过根据本发明的保压阀的实施例的剖视图；

图2示出剖过图1的保压阀的截流体的局部剖视图，

图3是图2的截流体的三维图，

图4示出剖过根据本发明的截流体的另一实施例的剖视图，

图5是图4的截流体的三维图，

图6a)和b)示出剖过根据本发明的截流体的另一实施例的剖视图，以及

图7示出剖过具有如图6a)和b)中所示截流体的保压阀的另一实施例的剖视图，该保压阀具有隔膜破裂信号装置。

图1示出具有所属的截流体或阀活塞2的第一实施例的根据本发明的保压阀1。保压阀1还具有外壳4，该外壳具有下外壳部5和上外壳部6。在此情况下，上外壳部6和下外壳部5如此彼此连接，即，将外壳4分成流体输送部分8和无流体部分9的分离隔膜7夹在上下外壳部之间。

螺旋弹簧10设置为无流体部分9内的弹簧元件，不会受到可能是侵袭性的待输送的流体的影响。螺旋弹簧10在外壳侧抵靠可调节支承体11支承，而在其自由端处压抵在上外壳部6内可移动地被引导的压头12(Stempel)。压头12又借助于分离隔膜7将弹簧10的弹簧力传递到阀活塞2。

被输送的流体所流经的入口通道13和出口通道14设置在外壳4的流体输送部分8内。具有密封表面16的外壳侧阀座15形成入口通道13和出口通道14之间的过渡，即入口通道13的结束和出口通道14的起始。

弹簧10的弹簧力借助于压头12和分离隔膜7推动阀活塞2，阀活塞的密封表面17抵住外壳4的阀座15。如果由在入口通道13内施加到阀活塞的流体所施加的力超过弹簧10的弹簧力，则阀被打开。

在阀座15上方，即在阀1的出口通道14内，图1中所示阀活塞2没有引导件，但具有延伸到入口通道13内的引导部。在此区域内，入口通道13呈引导套(Führungsbuchse)19的形式，引导部18可移动地在该引导套内被引导。

在分别为活塞的剖视图和三维图的图2和3中更为清楚地示出阀活塞2的详图。在所示实施例中，引导部18包括基本径向延伸的八个引导叶片20。假定阀活塞2呈圆筒形的基本形状，引导叶片20就沿圆筒的半径延伸并沿圆周方向彼此间隔。这样在引导叶片20之间形成流动通道21，在入口通道13内输送的流体经由该流动通道基本上平行于引导套19的圆筒形构造的轴线流动。

引导叶片20的外端面22围绕活塞的圆筒轴线23设置在恒定半径的圆上。这样，引导叶片20的外端面22所设置到的半径比引导套19的内径略小。这确保了阀活塞2在入口通道13的引导套19内稳定地进行侧向引导。由于在操作时流体定期经由引导套19的区域流通，所以没有污垢会积聚在引导叶片20的端面22与套19之间的间隙内。

引导叶片20延伸远至阀活塞2的密封表面17，因而当阀被打开时，即当阀活塞2从套19中被拉出一距离时，待输送的流体可分别流经阀座15和阀活塞2的密封表面16、17之间的流动通道，并因此到达阀1的出口通道14。

在所示实施例中，外壳4和阀活塞由具有极好耐化学性的聚偏二氟乙烯(PVDF)制成。为了确保活塞2和阀座15的两个彼此相交的密封表面16、17的良好和低磨损的密封，阀活塞2的密封表面17由密封环24形成。密封环24包括由含氟弹性体，在此为氟化橡胶制成的弹性芯部和由PTFE制成的耐化学性护套。密封环24借助于锁紧螺母25拧到阀活塞2的本体上。

在阀1操作时，流体一般在压力下存在于出口通道14内。与流体的压力有关的力作用于出口通道的所有表面上，即，也作用在阀活塞2的表面和分离隔膜7的表面上。流体作用于分离隔膜7的力基本上与螺旋弹簧10的弹簧力相反地起作用并减小其有效弹簧力。与此相反，作用在阀活塞2的基本垂直于阀活塞的对称轴线23设置或沿那个方向具有部件的那些表面27的力是沿弹簧元件10的弹簧力的方向起作用。因此，所示实施例中，阀活塞2的对应表面27和分离隔膜7的由流体加载的表面选择成使作用于这些表面的力沿平行于对称轴线23的方向彼此精确地抵消。因此，保压阀1几乎没有背压作用地或流体静力学地被抵消。阀活塞2压抵阀座5所用的力基本上仅取决于螺旋弹簧10的可调节的弹簧力。

图4和5示出阀活塞2’的另一实施例。可以不作进一步修改地替换图1中保压阀1的阀活塞2。取代引导叶片20，图4和5中的阀活塞2’具有作为引导部的中空圆筒部30’。流体可流经引导部30’的自由内部空间31’。引导部30’的外半径如前地设计成有较小的环形间隙形成于引导部30’的外壁32’与引导套19之间。

中空的引导圆筒30’在其朝向密封表面的上端部处具有四个开口33’，流体通过这些开口在密封表面16、17之间流动并因此通入出口通道14。阀活塞2’的其它部件呈与图1至3中的阀活塞2的第一实施例类似的设计构造，并因此在图4和5中用与图1至3中相同的附图标记来标示。

阀活塞2、2’的两个实施例具有从密封表面17分别到下边缘26和34’测量的引导部18和30’的总长度，该总长度正好是当阀完全打开时，仅最多50％的引导部18或30’的总长度被拉出外壳4的引导套19。这避免了阀活塞2、2’的倾斜并确保阀1的无干扰的操作.

在图1至3和图4及5的两个实施例中，在阀活塞2’的上端部处设有作为压头12的接纳装置的凹槽28。压头12借助于分离隔膜7与活塞2、2’内的接纳装置配合。然而在替代的实施例中，压头能以其他方式机械地拧到活塞或与活塞连接。

图6a)和b)示出剖过根据本发明的截流体或阀活塞2”的另一实施例的剖视图。图6a)和b)中所示的阀活塞的基本结构基本上对应于如图1至3中所示的阀活塞2。图1的阀活塞2可无限制地由图6a)和b)的阀活塞2”来代替。图6b)示出图6a)的部分A的放大比例的视图。与图1至3的阀活塞2相比，取消了用于阀活塞或截流体2和密封环24的两部件式结构。取而代之，三个密封脊35”、36”和37”加入到活塞的形成阀活塞2”的密封表面的边缘内。此外，阀活塞2”由比外壳4软的PVDF材料制成。三个密封脊35”、36”和37”与阀外壳4的阀座15的密封表面16配合并提供有效的密封整体性。所述结构可以取消密封环24和锁紧螺母25并仍实现良好的阀密封整体性。

图7示出剖过具有隔膜破裂信号装置的根据本发明的保压阀1”的实施例的剖视图。装配到保压阀1”内的是如图6a)和6b)中所示的截流体。外壳4”呈图1中阀的外壳4的类似结构。然而，此外它还具有运动传感器38”，其监测分离隔膜7”的边缘区域。分离隔膜7”呈如EP 1 384 891 B1中所述的用于隔膜泵的结构。

用于图7实施例的安全隔膜7”包括以彼此叠置方式设置的两个隔膜层，其中这些隔膜层密封地彼此连接以防止液体和/或气体在液体或气体可在隔膜层之间渗过的所有边缘区域处侵入。因此，彼此叠置的隔膜层至少在它们的周缘处，并且如果有则在夹持区域内的开口处和压头12的中心内液体密封地和气体密封地连接到一起。彼此叠置的隔膜层的其它彼此面对的表面无固定连接地彼此抵靠。

当在操作时彼此叠置的隔膜层有损坏时，待输送的流体经阀渗入彼此叠置的隔膜层之间的间隙内，由此使间隙内的压力从大气压或副大气压增大到液压流体或待输送流体内的压力。由于彼此叠置的隔膜层没有在它们的全部区域上固定地连接到一起，所以压力或侵入的流体可在隔膜层之间传播远至隔膜的传感器区域。隔膜7”的传感器区域的压力传感器38”的与隔膜配合的部分构造成，使隔膜层在该部分内以更小的阻力来抵抗增大的压力并比在隔膜的其它部分内的隔膜层更易于变形。在隔膜破裂和随之出现的隔膜层之间的压力升高的情况下，传感器区域的部分由于隔膜的彼此相对的表面之间的距离增大而被推开。这通过压力传感器38”来探测到。

标记列表

1，1” 保压阀

2，2’，2” 阀活塞

4 外壳

5 下外壳部

6 上外壳部

7，7” 分离隔膜

8 流体输送部分

9 无流体部分

10 螺旋弹簧

11 支承体

12 压头

13 入口通道

14 出口通道

15 阀座

16，17 密封表面

18 引导部

19 引导套

20 引导叶片

21 流动通道

22 端面

23 阀活塞2的圆柱轴线

24 密封环

25 锁紧螺母

26 引导部18的下边缘

27 活塞的表面

28 凹槽

30’ 中空圆筒形引导部

31’ 引导部的内壁

32’ 外壁

33’ 开口

34’ 引导部30’的下边缘

35”，36”，37” 密封脊

38” 压力传感器

Claims (12)

1.一种保压阀(1，1’”)，包括：

外壳(4)，所述外壳具有能连接在一起的入口通道(13)和出口通道(14)，

分离隔膜(7)，所述分离隔膜将所述外壳(4)分成两部分，即在阀操作时输送流体的第一部分(8)和无流体的第二部分(9)，

阀座(15)，所述阀座设置到所述外壳的流体输送部分(8)中并具有密封表面(16)，其中所述阀座(15)限定所述入口通道(13)的端部，

截流体(2，2’)，所述截流体可移动地设置在所述外壳(4)的所述流体输送部分(8)内并具有密封表面(17)，以及

弹簧元件(10)，所述弹簧元件具有弹簧力并设置在所述保压阀(1)的无流体部分(9)内，

其中，所述弹簧元件(10)设置成用它的弹簧力使所述截流体的所述密封表面(17)朝所述阀座(15)的所述密封表面(16)的方向预压紧，因而在所述截流体(2，2’，2”)的封闭所述保压阀(1)的位置，所述密封表面(16，17)彼此配合，且所述截流体使所述入口通道(13)与所述出口通道(14)分开，

并且其中所述入口通道(13)设置成在保压阀(1)操作时使经所述入口通道(13)流入的流体如此施加到所述截流体(2，2’，2”)，即，流体对所述截流体(2，2’)施加与所述弹簧元件的弹簧力反向作用的力，

其中，所述截流体(2，2’，2”)具有延伸到所述入口通道(13)内的引导部(18，30’)，以及

其中，所述入口通道(13)一部分地构造成使它形成引导套(19)，所述截流体(2，2’，2”)的所述引导部(18，30’)以引导方式接纳于所述引导套内，

其特征在于，所述引导套(19)呈具有圆筒形内壁的基本中空圆筒形状，所述内壁限定出所述入口通道(13)的容积并提供对于所述引导部(18)的引导，

其中，在所述引导套和所述引导部之间设置有间隙。

2.如权利要求1所述的保压阀(1，1”)，其特征在于，所述引导部(18，30’)具有基本平行于所述外壳(4)的所述入口通道(13)且在所述阀操作时供待输送流体所流经的至少一个通道(21)。

3.如权利要求1至2中任一项所述的保压阀(1，1”)，其特征在于，所述引导部(18，30’)具有沿垂直于所述入口通道(13)内的所述引导套(19)方向的方向延伸的至少一个通道(33’)。

4.如权利要求1所述的保压阀(1，1”)，其特征在于，所述引导部(18)具有基本上沿径向延伸并沿圆周方向彼此间隔开的多个引导叶片(20)，因而在所述阀被打开的条件下，流体能经由所述截流体的所述引导部(18)流出所述入口通道(13)，并经由所述密封表面(16，17)之间的间隙流入所述出口通道(14)。

5.如权利要求1所述的保压阀(1，1”)，其特征在于，所述引导部(30’)具有中空圆筒形部分，所述中空圆筒形部分在其朝向所述阀座的端部处具有至少一个开口(33’)，因而在所述阀被打开的条件下，流体能经由所述截流体(2’)的所述中空圆筒形部分流出所述入口通道(13)，并经由所述中空圆筒形部分内的所述开口(33’)并进一步经由所述密封表面(16，17)之间的间隙流入所述出口通道(14)。

6.如权利要求1所述的保压阀(1，1”)，其特征在于，所述引导套(19)形成具有内径的中空圆筒，而所述截流体(2，2’，2”)的所述引导部(18，30’)具有外径，所述内径和所述外径之差为0.5毫米到2毫米。

7.如权利要求6所述的保压阀(1，1”)，其特征在于，所述内径和所述外径之差为0.8毫米到1.5毫米。

8.如权利要求1所述的保压阀(1，1”)，其特征在于，所述截流体(2，2’，2”)的延伸到所述入口通道(13)内的所述引导部(18，30’)呈如此的总长度，即，当所述截流体(2，2’，2”)处于使所述阀(1，1”)完全打开的位置时，所述引导部(18，30’)还设置在所述引导套内(19)至少一段长度，所述长度为所述引导部(18，30’)总长度的至少一半。

9.如权利要求8所述的保压阀(1，1”)，其特征在于，所述长度为所述引导部(18，30’)总长度的三分之二。

10.如权利要求1所述的保压阀(1，1”)，其特征在于，所述分离隔膜(7)具有可操作表面A1，所述外壳(4)内的流体以如此方式施加到所述可操作表面A1，即，它与所述弹簧元件(10)的所述弹簧力相反地施加力，并且所述截流体(2，2’，2”)具有可操作表面A2，所述外壳(4)内的流体如此施加至所述可操作表面A2，即，它沿所述弹簧元件(10)的所述弹簧力的方向施加于所述截流体(2，2’，2”)，其中所述表面A1和A2选择成使施加至这些表面的力基本上彼此抵消。

11.如权利要求1所述的保压阀(1，1”)，其特征在于，所述截流体(2”)的所述密封表面由沿圆周方向延伸的至少一个密封脊(35”，36”，37”)构成。

12.如权利要求9所述的保压阀(1，1”)，其特征在于，所述截流体(2”)由比所述阀座(15)软的塑料材料制成。