CN103038558B

CN103038558B - 阀门配置

Info

Publication number: CN103038558B
Application number: CN201080067336.XA
Authority: CN
Inventors: D·豪瑟
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: WO2011154056A1; JP5950908B2; JP2013528271A; EP2580507A1; EP2580507B1; CN103038558A

Abstract

一种用于控制主流道（18）和至少一个流道（19、20）之间的流量的阀门配置，其具有在关闭位置和至少一个打开位置之间移动布置在阀块（1）和/或阀盖（2）孔中在关闭位置和至少一个打开位置之间移动的筒状阀门活塞（5）。其中所述阀门活塞（5）在其筒体表面上具有多个阶梯（10、13、21），由此构成多个环形空腔（12、15、23）。至少一个环形空腔（23）具有与设有效断面（24、24′、24″）的主流道（18）流通的连接通道（25）和一个补偿面（22）。所述补偿面大约与配属于主流道（18）的阀门活塞的有效断面（24、24′、24″）相当，并与该有效断面（24、24′、24″）相对设置。

Description

阀门配置

本发明涉及一种阀门配置和用于控制主流道与至少一个流道之间流量的方法，以及阀门配置的应用。

在现有技术中已知多种阀门配置。例如包括根据标准DIN ISO 7368的装入式阀门的阀门配置。在文献DE 10 2008 059 058 B3中示出了这种阀门配置。其中，尤其是从主流道加载在阀门活塞上的工作压力所产生的影响通过相应对置的、同样也被加载了工.作压力的补偿面被抵消。所述示出的阀门配置不会对阀门开度或阀门活塞位置作出推断。

在文献EP 0 828 945 B1中示出了一种阀门配置，所述阀门配置为了额外平衡工作压力还允许直接测量阀门活塞的位置。与位移测量系统共同工作的测量杆被则固定在与主接头对置的阀门活塞的端部上。然而，这种测量杆必须被可动地布置在阀盖中，从而使所述位移测量系统也一直被工作压力加载。根据本发明，已知的位移测量系统的局限在于，操作压力最大不能超过420bar。因此所述阀门配置的工作压力被这一数值所限制。

本发明的目的在于，克服现有技术的缺陷。特别是提供一种阀门配置，所述阀门配置可用于大于420bar的流道中的工作压力，并且与普通的位移测量系统、特别是与带有线性可变差动变换器（LVDT）的位移测量系统相组合。

这一目的通过在独立权利要求1中所定义的阀门配置来实现。在从属权利要求中给出了其他的实施方式。

根据本发明的用于控制主流道与至少一个流道之间的流量的阀门配置具有筒状的阀门活塞，所述阀门活塞在关闭位置和至少一个打开位置之间可移动地布置在阀块的开孔中。在阀门活塞和阀块和/或罩盖之间布置了环形空腔。该环形空腔包括可与主流道流通的连接通道。

通过阀门配置中设环形空腔和与主流道的连接通道的结构，能够对主流道的压力作用在阀门活塞上所产生的力进行抵消（平衡）。

这种环形空腔具有在阀门活塞上的补偿面，所述补偿面在其尺寸上大约与配属于主流道的阀门活塞的有效断面相当。此处，所述补偿面被这样布置，从而使在规定需要时，所述主流道的压力沿与作用在有效断面上的压力方向相反的方向作用在补偿面上。

当补偿面和有效断面具有大约相同的尺寸时，能够保证所述阀门活塞可以在关闭位置和打开位置之间基本上无阻力地移动。通过液（流体）压连接，不仅在所述阀门活塞的断面而且在阀门活塞的补偿面上均作用有主流道的压力。通过所述补偿面适宜的配置能够形成补偿面和有效断面之间的力平衡。

通过与所述阀门活塞的有效断面相反的端面形成了端部空腔，该端部空腔能够在流动方面与流道断开。这种断开的优势在于，在该端面上例如能够连接非常敏感的、且不能抗高压（例如存在于流道中的压力）的测量系统。因此，能够实现良好的位移测量或者说对阀门活塞的位置识别。

位移测量系统能够布置在所述阀门活塞的端面上。因此，这种位移测量系统与流道中的工作压力无关。

所述补偿面可以小于有效断面。优选地，所述补偿面被这样构成，从而使所述补偿面在阀门开口小时抵消了在控制边缘的环形间隙上作用的流体力。因此，这种阀门配置的震荡倾斜度被降低了。

如果为了阀门活塞的装配没有使用连续的阀门套筒，而将所述阀门套筒在流道的区域内拆开，尤其还在朝向控制边缘的方向上不具有流体阻力的话，则能够提高流量功率。那么，则能够利用更小的且由此动态更好的阀门配置解决期望的阀门流量。示例性地，在普通的阀门配置中，仅通过非连续阀门套筒的使用就能够将连续阀门套筒所具有的标称内径NG50降低到标称内径NG40，而不削弱所述流量功率。通过这种应用能够实现尤其具有缩短的调节时间的调节阀门。可选地，所述阀门活塞还能够直接装入到阀块中。

所述阀门活塞在筒体表面可以具有更多个阶梯，并且由此构成所述阀门活塞和阀块和/或罩盖之间更多的环形空腔。通过这种额外的阶梯或者说环形空腔能够对所述阀门活塞例如在位置上进行控制。

所述阀门配置中的第一或第二环形空腔与用于控制阀门活塞在关闭位置和打开位置之间运动的操纵阀相连接或可以连接。作为第二空腔的替代，所述端部空腔与用于控制阀门活塞的操纵阀连接或可以连接。然而可行的还有，所述端部空腔以及第二空腔与用于控制阀门活塞的操纵阀相连接或是可连接的。如前面所介绍的，仅仅用小的力对于所述阀门活塞运动的控制来说就够了，因为主流道中的压力在阀门活塞的有效断面上所导致的力能够通过补偿面上的相等的压力而被抵消。因此，通过施加相应控制压力至第一或第二空腔或者说第一空腔或端部空腔能够非常迅速地推动所述阀门活塞。以此实现了高度动态的操作过程。

所述端部空腔可以在此处无压力地加载或最多地加载操纵阀的控制压力。通过所述端部空腔从流道中断开，并且根据实施方式的不同而基本无压力加载或最多地加载操纵阀的控制压力，能够使用不可承受流道高压的位移测量系统。此外，当端部空腔以操纵阀的控制压力进行压力加载的情况下，通过所述端面的直径的变化而对压力进行调整，从而使该压力不超过位移测量系统的工作压力。因此，能够使用花费低廉的位移测量系统。一般的位移测量系统能够仅允许最高至大约420bar的工作压力。通过本发明的阀门配置还能够调节流道中的压力，所述流道具有数倍于位移测量系统允许的工作压力的压力。

本发明还涉及利用前面所描述的阀门配置来控制和/或调节流体流量的方法。

本发明还涉及前面所描述的阀门配置对控制和/或调节阀门流量的应用。

本发明还涉及前面所描述的阀门配置与具有最大允许工作压力的位移测量系统的组合在流体中的应用，所述流体的压力超过了位移测量系统的最大允许工作压力。

所述位移测量系统可以是具有最大工作压力至350bar、尤其是400bar、优选450bar的线性可变差动变换器（LVDT）位移测量系统。可选地，除了LVDT位移测量系统之外，还可以考虑例如具有更高分辨率的增量位移测量系统或电容位移测量系统。此处，能够使用模拟或数字位移测量系统。

以下，结合仅示出实施例的附图对本发明进行更详细的阐述。其示出了：

图1为在不带阀门套筒的装入式三通阀中根据本发明的阀门配置的示意图；

图2为在不带阀门套筒的三通阀中根据本发明的阀门配置的一种可选的实施方式；

图3为在带有非连续阀门套筒的二通阀中根据本发明的阀门配置的剖面图；

图4为在带有非连续阀门套筒的三通阀门中根据本发明的阀门配置的剖面图。

图1示出了在不带阀门套筒的装入式三通阀门中根据本发明的阀门配置的示意图。阀门活塞5被布置在阀块1的贯通孔中。此处，所述阀门活塞5一般为单侧封闭的中空筒体。所述阀门活塞通过其打开的端部而被布置在阀块1中。所述阀门活塞5的封闭端部自阀块1向外突出，并且被容纳在罩盖2中。所述阀块1具有两个垂直于贯通孔的横孔，所述横孔在阀门配置中被用作流道19、20。

所述阀门配置被闭合在示出的位置上，也就是说通过阀门活塞5将主流道18与两个流道19、20分隔开。此时将所述阀门活塞5继续向阀块1中推进，那么所述阀门活塞5的通孔31则向流道20移动，并且允许自主流道18向流道20的流通。可根据所述阀门活塞5位置的不同或者说控制边缘16与流道20的贯通孔的位置比例的不同来调节流量。此处，所述流道19与主流道18保持分隔状态。当所述阀门活塞5向相反方向移动时，主流道18至流道19的流通则被开放。流量再次可通过活塞阀门5或者说控制边缘17的位置来调节。而所述流道20在此时保持关闭。

所述阀门活塞5在其外侧具有多个阶梯10、13、21，所述阶梯与罩壳2的相应结构共同构成了环形空腔12、15、23。所述环形空腔12、15用于对阀门活塞5的控制。相应地，这种环形空腔12、15与操纵阀8相连接，所述操纵阀通过在控制面11、14上施加相应的控制压力来控制阀门活塞5的推进。为了能够以尽可能小的控制压力实行对所述阀门活塞5的调节，将环形空腔23通过液压连接通道25与主流道18相连接。这种液压连接通道25保证了环形空腔23中的压力与存在于主流道18中的压力相当。由作用在阀门活塞5的有效断面24、24′、24″上的压力产生了力，所述力能够通过在环形空腔23中作用在补偿面22上的相等压力而被平衡。所述补偿面22和相应的阶梯21在此处被这样确定尺寸，从而使所述补偿面22略小于有效断面24、24′、24″。因此，在阀门开度小的情况下，通过控制边缘16、17的环形间隙的流动力而导致的所述阀门活塞5的震荡倾斜度被降低。所述有效断面由阀门活塞5的端部环形面24和阀门活塞5内部的第一阶梯的环形面24′、以及与端面26直接相对的面24″组成的。

在所述阀门活塞5的封闭端部于阀门活塞5和罩壳之间构成了空腔27。该端部空腔27具有排气装置28，或与槽罐无压力地相连接，用以实现对阀门活塞5的推进。在所述阀门活塞5的端面26上布置了与位移测量系统7相对应的测量杆6。位移测量系统通常借助于线型可变差动变换器（LVDT）而投入使用，然而也可以使用其他的位移测量系统，例如增量或电容位移测量系统。通过所述端部空腔27与流道18、19、20的工作压力以及与操纵阀8的控制压力的连续分隔，端部空腔27为完全无压力的。所述位移测量系统7不必就其工作压力方面有特殊需求，并且能够被相对经济地实施。相对地，所述用于调节工作压力的阀门配置能够不依赖于位移测量系统的最大允许工作压力运行。

在图2中以示意图的方式示出了不带阀门套筒的三通阀门中根据本发明的可选的阀门配置的实施方式。该实施方式与在图1中所描述的方案的区别在于，在阀门活塞5的筒体表面上缺少一阶梯。然而，为了仍然能够利用操纵阀8进行对阀门活塞的控制，将操纵连接通道29自操纵阀8导向端部空腔27。相应地，所述控制压力则因此施加在端面26上。所述位移测量系统因此通过操纵阀8加有控制压力。由于在这种阀门配置中缺少一环形空腔，则能够完成较之根据图1实现的阀门配置来说更加紧凑的阀门配置。在其它方面，这两个不同方案的阀门配置的结构是一样的。

图3示出了在两通阀门中通过根据本发明的阀门配置的截面。该阀门配置基本上与根据图2的布置相当，然而所述阀门活塞5则借助于非连续的上部阀门套筒4被导入阀块1中。下部套筒3被构造为阀门底座，用以实现主流道18和流道19之间的无泄漏分隔。此外，所述阀门配置仅具有两个流道18、19。通过操纵阀8对所述阀门活塞5进行控制。相应于施加在控制面11和端面26上的控制压力，所述阀门活塞5向打开位置或关闭位置处移动。所述主流道18的工作压力施加在有效断面24、24′、24″上以及补偿面22上。在此处，通过所述补偿面22的尺寸选择对所产生的力进行控制，从而在阀门开度小的情况下使震荡倾斜度最小化。在两通阀门的实施方案中，所述控制边缘16被压在阀门底座上的关闭位置上，从而能够实现完全无泄漏的封闭。为了测量阀门的开口，在所述罩壳2上布置了位移测量装置（采用LVDT）7，所述位移测量装置通过阀门活塞5与测量杆6相连接。

图4示出了穿过在三通阀门中根据本发明的阀门配置的截面。除了第三流道20和在阀门活塞5中相应的排流装置31，该阀门配置与图3中的阀门配置相当。其他在进流套筒3上的区别也是显而易见的，该进流套筒3与阀门活塞5控制边缘16未构成中心阀，而是用于阀门活塞5的滑动配合。另一方面，所述阀门活塞5被支撑在导套4上。所述阀门活塞不仅可以被提升，这导致主流道18和流道19之间的流通，甚至还可以将阀门活塞5降低。通过所述阀门活塞5的降低将主流道18和流道20之间通过排流装置31打开。此处，所述控制边缘17的位置升降可调节流量。其他的功能与图3中的一样，从而不对其进一步描述了。

Claims

1.用于控制主流道(18)和至少一个流道(19、20)之间的流量的阀门配置，其具有在关闭位置和至少一个打开位置之间移动布置在阀块(1)和/或罩盖(2)孔中的筒状阀门活塞(5)，其特征在于，在阀门活塞(5)和阀块(1)和/或罩盖(2)之间布置了环形空腔(23)，并且所述环形空腔(23)具有可与主流道(18)流通的连接通道(25)，通过与配属于主流道(18)的阀门活塞的有效断面(24、24′、24″)相反设置的阀门活塞(5)的端面(26)而一侧限定的端部空腔(27)在流动方面与所述主流道(18)和所述至少一个流道(19、20)断开。

2.根据权利要求1的阀门配置，其特征在于，所述环形空腔(23)在阀门活塞(5)上具有补偿面(22)，所述补偿面在其尺寸上与配属于主流道(18)的阀门活塞的有效断面(24、24′、24″)相对应，其中，在常规使用中，主流道(18)的压力在一个方向作用在补偿面上，该方向与作用在有效断面(24、24′、24″)上的压力方向相反并且在补偿面和有效断面之间形成力平衡。

3.根据权利要求1的阀门配置，其特征在于，在所述阀门活塞(5)的端面(26)上布置了位移测量系统(7)。

4.根据权利要求2的阀门配置，其特征在于，所述补偿面(22)小于有效断面(24、24′、24″)。

5.根据权利要求1的阀门配置，其特征在于，所述阀门活塞(5)直接装入阀块(1)和/或罩盖(2)中。

6.根据权利要求1的阀门配置，其特征在于，所述阀门活塞(5)在其筒体表面上具有多个阶梯(10、13、21)，以及由此构成的在阀门活塞(5)和阀块(1)和/或罩盖(2)之间的多个环形空腔(12、15、23)。

7.根据权利要求6的阀门配置，其特征在于，第一环形空腔(12)与用于在关闭位置和打开位置之间控制阀门活塞(5)的操纵阀(8)适于相连接，并且第二环形空腔(15)和/或端部空腔(27)与用于关闭位置和打开位置之间控制阀门活塞(5)的操纵阀(8)适于相连接。

8.根据权利要求7的阀门配置，其特征在于，在常规使用时，端部空腔(27)无压力或最多加载了操纵阀(8)的控制压力。

9.利用根据权利要求1至8中任一项的阀门配置来控制和/或调节流体流量的方法。

10.根据权利要求1至8中任一项的阀门配置来控制和/调节阀门流量的应用。

11.根据权利要求1至8中任一项的阀门配置在流体中的应用，该阀门配置带有位移测量系统，该位移测量系统具有最大允许的工作压力，所述流体所具有的压力超过位移测量系统的最大允许工作压力。

12.根据权利要求11的应用，其特征在于，所述位移测量系统为具有最大工作压力高达约350bar的线性可变差动变换器式位移测量系统。

13.根据权利要求11的应用，其用于缩短调节阀的响应答时间。