CN102597588A - 阀单元和包括该阀单元的气体流量计 - Google Patents
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Abstract
一种控制可燃气体的传输，尤其是通过具有主气体通流管(2)的气体流量计的传输的阀单元，该单元包括：伺服阀，该伺服阀具有设置在所述管上并与相应的第一阀板(6)关联的第一阀座(3)该第一阀板(6)设具有膜片控制件(7)以抵抗第一回位弹簧(22)打开阀座(3)；操作腔(10)，该操作腔(10)用于控制伺服阀，该腔与主管(2)的所述第一阀座(3)的上游的进口部分(4)连通，膜片(7)的一侧(7a)经受所述腔(10)的压力，另一侧(7b)在所述管(2)的出口部分(5)的区域中经受第一阀座的下游的压力，操作腔(10)经由与第二阀板(8)协配的第二阀座(9)而与出口部分(5)连通。
Description
技术领域
本发明涉及用于控制可燃气体的输送的阀单元，具体是用于具有主权利要求1前序部分所提及的特征的气体计量装置。本发明也涉及包括上述阀单元的气体流量计。
背景技术
本发明特别地但是不仅仅涉及阀装置的领域，该阀装置被用于控制气体计量装置内的气体的输送并且因此被设计用于通过采用的致动装置进行远程管理，具有减少能量吸收的功能。在这样的特定的应用中，已知通过阀板和相应的阀座的协配控制计量器内的气体通流的打开和关闭，相应阀座用电动操作与机动式致动装置关联。为了保证外部电源的独立性，并且能保证流量计的有效的时间长度等于其寿命，这样的系统允许使用者通过远程管理启动信号使所述计量装置运行，确保气体的通流量，这样的系统应当通常地被设计成在气体通流的打开和关闭阶段有最好的减少能量吸收的功能，其与储能电池提供的能量差不多。因此在这样的操作情况下，优选为作用在气体的通流的阀板上的机动致动装置在极其有限的时间内供给动力，如果不是在阀座的打开/关闭的运动的瞬时阶段则不吸收能量，从而能减少能量消耗，同时不论如何都保证阀板控制的所有功能。
在这些应用中，还需要大大地减少在阀座的上游和下游部分之间的压头损失，并且最希望的是即使在没有压力或压力降低的情况下阀板也能保持在打开阀座的位置。
为了满足所有上面指出的需求，根据现有技术的可能的方案是提供给用户一种气动阀，其中阀板由马达致动并且其中气体的主通流由伺服-辅助阀提供，在这样方式下，该机动的致动装置用于减少的气体通道的打开/关闭，例如，诸如设置在操作回路中用于辅助伺服阀的致动装置，从而具有更合适的吸收的动力和减少的压头损失。
然而在上述类型的气体流量计的应用中，很少发生这种情况，即阀板不能长时间保持在阀座关闭的状态(使用者不能使用流量计)，阀板被“粘”在阀座上，因而阻止了由马达产生的打开行程。由于马达提供有限时间的动力，为了减少能量吸收，其不能提升阀板，由于由阀板粘附阀座所产生的运动阻抗，所有这些危及阀在不确定的时段内保持关闭或仅仅部分打开的功能。这样的限制明显地在这种阀单元用在气体流量计装置中时是不能接受的。
发明内容
本发明的首要问题是提供一种用于控制可燃气体输送的阀单元，特别是通过气体流量计装置的输送，并且采用结构化和功能化设计以能够弥补被引用的现有技术中的提及的种种限制。
通过根据以下的本发明的权利要求产生的阀单元可以解决该问题。
附图说明
本发明的其他特征和优点将从以下的一些优选实施例中变得更加清楚，结合附图描述这些优选的不限制的实施例，其中：
附图1是根据本发明的阀单元的第一实施例的纵向剖视示意图，
附图2和3分别是附图1中阀单元作用在不同操作阶段时阀单元的纵向剖视示意图，
附图4是根据本发明的阀单元的第二实施例的纵向剖视示意图，
附图5是装备有根据本发明的阀单元的气体流量计装置的部分截面示意图。
优选实施例
首先参考附图1至3，附图标记1表示整个阀单元，其只是示意性的，该阀单元被设计成控制通过气体流量计装置1a的可燃气体的输送，其仅仅一部分被示出。该阀单元被设置在用附图标记2表示的主气体通流管内，其包括位于管的进口部分4和出口部分5之间的阀座3。下面将要更加详细地描述，该阀座3被设置为与阀板6和膜片控制件7协配作用。在阀单元中，阀座3与阀板6被设计为伺服阀并且由此设置成由与对应的第二阀座9协配的第二阀板8所提供的伺服辅助控制，第二阀板8和第二阀座9设置在操作回路中。更具体地，设置操作腔10用于控制主伺服阀，该操作腔通过操作管11与进口部分4和阀座3的上游连通，操作管11装配有合适的颈部或收缩部12。
该操作腔10部分地由膜片7的一侧7a围绕，阀板6与膜片7固定连接，并且操作腔通过与阀板8相关的阀座9限定的开口与管2的出口部分5连通。这样，在以下的描述中将变得更加清楚，主阀板6的操作是通过打开/关闭第二伺服辅助阀板8而被控制的。
优选地，阀座3、9和相应的阀板6、8沿标记为X的轴向方向上彼此同轴安装，沿着该轴向方向，阀板自身会有远离和朝向各自阀座的工作行程。
为了操作阀板，可以设置成阀板被固定连接到致动杆，致动杆其整个用13表示并，其可操作地被连接于马达14，该马达适合驱动该杆沿着轴线X平移运动。对于例如电动机的马达14，可以方便地设置成被选择和被设置成吸收减少的能量，假定其必须被提供由安装在气体流量计中的电池所提供的能量，其与电力主系统也是完全独立的，该电池必须保证相对于气体流量计的使用寿命的一个长的寿命。为了这个目的，可以设置成马达在致动杆工作的阶段在有限的时段内提供能量，从而根据本发明限制能量消耗但是保证阀座的打开/或关闭。
为此，致动杆13在相应的连接中以预定的间隙被固定到阀板6和8，从而能以受限方式相对于阀板滑动，这样该杆通过马达14被移动，而不会沿着阀板上升行程的至少一部分干扰所述阀板中的一个和/或另一个并抵抗回位弹簧15的作用，从而储存弹性能量(通过弹簧压缩的方式)并将所述能量传输到阀板，以便推压它们远离阀座和确保在主管中打开气体的通流。
更具体地，致动杆13包括第一部分13a和第二部分13b，其在彼此的延长线上延伸并且还连接成能在轴线X的方向上以受限的方式滑动。该第一部分13a具有套筒结构16，第二部分13b包括具有端头17的杆状部分，该杆状部分被接纳在并可滑动地保持在套筒16中。弹簧15作用在端头17和套筒16的端部之间。优选地，弹簧的端部邻靠端头17，并且在其轴向相对侧邻靠小板18，该小板18在套筒内被轴向引导，该小板和弹簧在第二杆部分的杆状部分上同轴滑动。
在杆状部分的位于端头的相对侧的自由端，设置有杆的加大部13c，其适合于被保持成能以受限方式且以预定的轴向联接间隙在第二套筒19内滑动。阀板8连接到套筒9。
致动杆的第三杆状部分20在第一和第二部分的延长线上延伸并与其同轴，该部分20在一端固定连接至阀板8并且在相对轴向端具有适合于被保持的加大部20a，从而能以受限方式以预定的联接间隙在第三套筒21内滑动，阀板6固定至第三套筒21并且膜片7与阀板6一体形成。
附图标记22表示作用于主阀板6的弹性回位弹簧，并且其能将主阀板朝向关闭相应的阀座3的位置推压。
附图标记25整体上表示作为一个与阀板8操作地关联的位置传感器。所述传感器，优选是霍尔效应传感器，包括各个互相协同操作的部件25a、25b和25c，通过各个表示阀板8作用在阀座9上产生的关闭和打开的信号，可以检测阀板8在轴向方向X上的运动时的位置。
在操作中，从附图1的结构开始，其中通过关闭相应的阀板(被关闭的位置由传感器25检测)阀座3和9被截断，在管2中的气体通流以下述的方式被打开。
当马达14被致动时，致动杆13上升，开始打开伺服回路(附图2)的阀座9，通过这样可以释放操作腔10的压力并且该压力信号被传输到出口部分5，此时该压力作用在与膜片侧7a相反的膜片侧7b上。杆13的进一步的上升行程致使套筒21内的轴向联接间隙被占去，并且一旦该间隙为零，则阀板6与膜片7抵抗弹簧22的作用一起上升，直到阀座3到达完成打开的状态为止，从而使管2中的气体通流(附图3)。
根据本发明的阀单元应用在气体流量计中时，在致动杆的上升行程期间，经常一个或两个阀板提供与它们阀座脱开的一定阻力。该情况的事实是，由于阀板可能在长时间保持在关闭位置，也就是，在流量计被关闭或不准备使用的时期，它们会遭遇一种认为是“粘连”在阀座的现象，和这有关的是在马达被提供动力的(缩短)时间内，马达不能成功地打开阀座。当在主阀板中检测到粘连现象时，它发生在完成伺服回路中的阀板8打开的行程结束时，该主阀板6不脱离它的阀座，并且在这种情况下不能保证打开主阀。
根据本发明的该阀单元，由于弹簧15实现的弹性能的存储和随后的释放作用，能够消除上述的限制。
由于能够在致动杆的部分13a和13b之间受限的自由相对滑动，当马达14被提供动力时，由于在这种情况下提供给由马达产生的力的阻力减少，即使当阀板6，8中的一个或两个都被粘连在它们的阀座上时，该马达也能升高该部分13a。在这个行程中，通过弹簧15的压缩，弹性势能仍然被储存，该能量被释放并且被传输给阀板(一个或两个)，即使在马达被提供动力的短暂的时间过去后，该动力仍然保持施加于阀板上，直到阀板被提升离开它的阀座为止。结果是使阀板被推压的力不被限于马达被致动的时间区间，而是在接下来的时期仍然施加，直到由发生在阀板和阀座之间的任何粘连现象所提供的阻力被克服为止。附图2示出了中间状态，其中，由于阀板的短暂粘连，致动杆的上升包括弹簧15的压缩。在这个阶段，尽管阀板保持在相应阀座的关闭位置，该关闭位置继续被传感器25所检测，但马达执行预定的行程。由于弹簧15的弹性作用施加于阀板，就能获得附图3所描述的状态，其中相应阀座打开，打开位置可通过传感器25检测。
应该注意到弹簧15除了执行积累能量并因此积累打开阀的力的功能外(在致动杆上升过程中而被压缩时)，当部分13a与部分13b的端头17接触时，弹簧还执行在相应的阀座9上关闭阀板8的功能。在该运动中通过小板18施加推力。
参考附图4，示出了本发明的第二示例实施例，其中与前述实施例类似的部分采用了相同的附图标记，与前述实施例的区别主要在于，作为操作管11的替代形式，设置穿过阀板的开口26，且该开口26适合于使操作腔与进口部分4连通并限定能够由阀板件27选择性地截断的阀座。所述阀板与阀板6同轴地固定至致动杆的第三部分20，并且阀板6被单独地固定于膜片7。如附图4所清楚地描述，附图标记22表示阀板6的弹性回位弹簧，其作用于该单元的固定部分与阀板6之间。
根据这个变型，阀板27的设置能避免在管11中布置收缩部12或其他类似的传输喷嘴。由于收缩部的横截面必须相对于阀座9的横截面在宽度上被极大地减小，其释放操作腔内的压力，由于所传输的气体中有杂质，操作管存在堵塞的风险，该风险由于连续气流在任何情况下经由该收缩部传输的情况而增加。
另一方面，在附图4的变型中，由于设置阀板27可以避免该可能出现的问题，其不需要设置任何传输喷嘴。
附图5示出了气体流量计1a的壳体29的部分断面的示意图，其包括本发明的阀单元。该流量计被设计能由使用者远程控制且也可在本地致动，其在壳体29中设置具有入口过滤器30的气体进口部分和具有相应的出口过滤器31的气体出口部分。进口部分的下游还设有防止过热的选配安全装置，其用32表示并且被设计为一种“热熔丝”，当超过预定的热度时其具有截断气体通流的功能。
安全装置32的下游安装有前面的实施例所描述的阀单元1，通过该阀单元，气流被传输到具有相应传感器度测量装置34，通过相应传感器确定由流量计所传输的气体的体积。
本发明由此可以得到所提出的目标，弥补现有技术中提到的限制并且获得多种优点。
根据通过本发明的阀单元的主要优点在于，在气体流量计的应用中，具有低能量吸收的机动致动器，其能够在即使阀座的“粘连”现象经常发生的情况下也保证阀座的打开，能通过气体通流使对气体传输的控制可靠和有效。根据本发明，其中易于设置伺服辅助阀单元，主阀板具有在膜片的相对侧遭受不同压力的膜片控制，它能够保证马达的低能量吸收，该马达在致动的瞬态阶段被提供动力并且在马达自身的致动阶段将马达的能量集中在弹性件、例如弹簧中，该弹性件的弹性作用然后在马达被施加动力之后低截断施加于阀板。
Claims (14)
1.一种用于控制可燃气体的传输、尤其是经由包括主气体通流管(2)的气体流量计的传输的阀单元，所述阀单元包括：
-伺服阀，所述伺服阀具有设置在所述管上并与相应的第一阀板(6)关联的第一阀座(3)，所述第一阀板(6)具有膜片控制件(7)以抵抗第一回位弹簧(22)打开所述阀座(3)，
-操作腔(10)，所述操作腔(10)用于控制所述伺服阀，所述操作腔与所述主管(2)的所述第一阀座(3)上游的进口部分(4)连通，所述膜片(7)的一侧(7a)经受所述腔(10)内的压力，另一侧(7b)在所述管(2)的出口部分(5)的区域中经受所述第一阀座的下游的压力，
-所述操作腔(10)经由与第二阀板(8)协配的第二阀座(9)与所述出口部分(5)连通，
-致动杆(13)，所述致动杆(13)操作地与所述第一和所述第二阀板(6，8)关联，以控制所述第一和所述第二阀板(6，8)来打开或关闭相应的阀座(3，9)，
-驱动装置(14)，所述驱动装置(14)与所述致动杆(13)关联，以使所述阀板(6，8)离开和朝向所述相应的阀座(3，9)移动，
其特征在于，所述致动杆(13)固定到至少所述第一阀板(6)，使得能以受限的方式以预定的间隙相对于所述第一阀板(6)滑动，从而所述致动杆通过所述驱动装置(14)的致动能移动，而不沿着所述第一阀板(6)的上升行程的一部分干涉所述第一阀板(6)，并还抵抗回位装置(15)的作用，从而将能量存储在所述回位装置(15)内并将所述能量传输至所述第一阀板(6)而将所述第一阀板远离所述阀座(3)推压并确保所述主管(2)中的气体通流打开。
2.根据权利要求1的阀单元，其特征在于，所述致动杆(13)还固定到所述第二阀板(8)，从而能以受限的方式以预定的间隙相对于所述第二阀板(8)滑动，使得所述致动杆通过所述驱动装置的致动能沿着所述上升行程的所述部分的至少一部分移动而不干涉所述第一阀板(6)和/或所述第二阀板(8)并还抵抗所述回位装置(15)的弹性作用以储存弹性能量并且将弹性能量传输到所述第一阀板(6)和/或所述第二阀板(8)从而推压所述第一阀板(6)和/或所述第二阀板(8)离开所述相应的阀座(3，9)并因此确保所述主管(2)中的气体通流打开。
3.根据权利要求1或2的阀单元，其特征在于，所述第一和所述第二阀板(6，8)和所述致动杆(13)相互同轴。
4.根据权利要求3的阀单元，其特征在于，所述第一和所述第二阀板(6，8)固定到所述致动杆(13)，从而能以受限的方式沿着所述致动杆运动的轴向方向远离和朝向所述阀座(3，9)滑动。
5.根据上述权利要求中的任一项的阀单元，其特征在于，所述致动杆(13)包括第一和第二部分(13a，13b)，所述第一和第二部分(13a，13b)在彼此的延长线上操作地关联，并且所述回位装置包括至少一个弹簧(15)，所述至少一个弹簧作用在所述部分的相应邻靠表面之间，且在用于打开所述阀座(3，9)的杆(13)的上升行程期间，所述弹簧(15)能在所述部分(13a，13b)之间的相对运动时储存弹性能量。
6.根据权利要求5的阀单元，其特征在于，所述第一杆部分(13a)包括套筒结构(16)，所述第二部分(13b)包括轴向引导在所述套筒中的杆状部分，所述部分的一端具有头部(17)，所述头部能可滑动地保持在所述套筒(16)中，所述弹簧(15)作用在所述头部(17)与所述套筒(16)的相应的邻靠表面之间。
7.根据权利要求6的阀单元，其特征在于，所述第一杆部分(13a)上的邻靠表面与所述套筒(16)一体形成。
8.根据权利要求6的阀单元，其特征在于，所述第一杆部分(13a)上的邻靠表面包括可滑动地接纳在所述套筒(16)内的小板(18)，并且所述小板(18)还轴向地被保持在所述套筒(16)的轴向相对端之间。
9.根据上述权利要求中的任一项的阀单元，其特征在于，所述第二杆部分在与所述头部轴向相对的一侧上具有适合于被保持的加大端(13c)，从而能以受限的方式以预定的轴向间隙在第二套筒(19)中滑动，所述第二阀板(8)被固定到所述第二套筒(19)。
10.根据权利要求9的阀单元，其特征在于，所述致动杆(13)包括第三杆状部分(20)，所述第三杆状部分(20)在所述第一和第二阀板(6，8)之间延伸并且适合于连接所述第一和第二阀板(6，8)。
11.根据权利要求10的阀单元，其特征在于，所述第三部分(20)包括两个互相固定的部分，从而能以受限的方式沿轴向方向相对于彼此滑动。
12.根据权利要求11的阀单元，其特征在于，所述第三杆部分(20)的固定于所述第一阀板(6)的部分包括所述第二套筒(19)，所述第二套筒(19)能轴向保持、从而能以受限的方式滑动固定于所述第二阀板(8)的另一部分的一端。
13.根据权利要求9的阀单元，其特征在于，所述杆包括第三杆状部分(20)，所述第三杆状部分(20)连接到所述第二阀板，并延伸以穿过设置在所述第一阀板(6)上的贯穿开口(26)，第三阀板(27)被安装在所述杆的最接近于所述第一阀板(6)的端部，并且能与由所述开口(27)限定的阀座协配，以通过所述致动杆(13)的运动，选择性地使所述操作腔(10)与所述主管(2)的所述进口部分(4)连通。
14.一种气体流量计，所述气体流量计布置成远程控制和本地致动，并包括根据前述权利要求中的一项或多项形成的用于控制可燃气体的传输的阀单元。
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