CN103477093A - 电动气动的位置调节器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动气动位置调节器，其带有在位置调节器中布置的可控的阀门组（9，10，13），该阀门组具有至少一个阀门（9，10），通过该阀门组在正常运行时依据阀门组的控制情况，要么通过压缩空气供给导管（6）输送的压缩空气能导向排气接口（8），要么通过排气接口（8）输送的空气能向外界排出。为了使阀门组即使在其一个组件发生泄漏时也处于安全位置，将阀门组布置在位置调节器内的气密的壳体（14）内，并且设置元件（15），用于这样地监控壳体（14）内存在的压力并且这样地控制阀门组（9，10，13），即，当壳体（14）中的压力超过预先确定的阈值时，使阀门组处于预设的安全位置。

Description

电动气动的位置调节器

技术领域

本发明涉及一种电动气动的位置调节器，其具有：用于连接压缩空气供给导管的进气接口；至少一个用于连接调节设备的气动驱动装置的排气接口；以及根据权利要求1的前序部分所述的布置在位置调节器内的可控制的阀门组。

背景技术

为了控制流程阀门经常使用气动的调节驱动装置作为调节设备，在调节设备中借助于气体介质将可变的、用于产生运动的压力施加给作用于执行机构、例如与闭合体（Schliesskoerper）连接的提升杆（Hubstange）的膜片，该气体介质在下文中一般应用“空气”这一术语。压力施加可以单侧地实现，其中，膜片在另一侧上加载有弹簧力，或者压力施加可以双侧地实现，其中，在膜片的两侧上的不同压力造成偏移。对压力的调节通过电动气动的位置调节器实现，在该位置调节器中，至少一个可控制的阀门将处于压力之下的进气依据控制情况通过一个或两个排气接口分布到调节驱动装置中的膜的一侧或两侧上。

由DE 10 2004 048 689 B3中公开了一种用于应用在电动气动的位置调节器中的两阶段（zweistufiges）的预控阀门。在第一阶段（Stufe），四个流阻（Stroemungswiderstand）布置在桥式电路中，其中至少有一个流阻是可变的。桥式电路的两个相对布置的接线点利用进气或排气与外部环境连接。在两个其它的布线点之间提供有大小和符号可变的压力差，其作为由此在第一阶段实现的电动气动转换器的气动输出信号用于控制下游布置的第二阶段。在第二阶段内设有阀门组，其具有可由压力差操控的控制活塞。通过该控制活塞操控阀门组中的气动阀门，该气动阀门依据控制的情况，要么将进气导管输送的压缩空气导向排气接口用于调节驱动，要么将通过同一个排气接口输送的空气向外界排出。在排气接口上例如连接着调节阀门的气动驱动装置。在缺少气动能量（压缩空气）时，经常要求由位置调节器控制的驱动装置将流程阀门自动带入安全位置，也就是说在相应流程的周围环境中的更安全的位置上，一般是“打开”或“关闭。

即使在电动气动位置调节器中在功能安全性的范畴内出现其它故障时，也越来越多的要求尽量安全地达到预设的安全位置，该功能安全性在安全要求等级或“safety Integrity Level”（SIL）中被评级。也就是说在故障评估时可以在危险故障和非危险故障之间加以区别，在危险故障时，因为故障或者应要求不能再次起动安全位置，在非危险故障时，虽然设备不能再运行，但仍然处于预设的安全位置。在阀门组的阀门中，特别是在阀门上经常使用的密封件或膜片中发生的材料磨损迄今经常会导致在电动气动位置调节器上发生危险故障。

由DE 42 39 431 A1中公开了一种位置调节器以及一种具有这种位置调节器的执行机构。为了进行监控，只要执行机构具有密封件，特别是滑动密封件时，要在密封件的背离压力的一侧上设置泄漏室，其与压力开关连接，压力开关在超过设置的压力时向位置调节器发出信号。作为密封件特别是可以考虑通常在调节阀门中现存的衬套（Stoffbuchse）。在压力开关的帮助下可以监控的是，是否在泄漏室内由于泄漏而构成超过可靠压力的压力。可以应用信号发出来生成警报或实施安全常规措施。

发明内容

本发明的基本目的在于提供一种电动气动的位置调节器，其具有功能安全性提升的特点。

为了实现这一目的，前述类型的新型的电动气动调节器具有在权利要求1的特征部分给出的特征。在从属权利要求中描述了本发明的有利的改进方案。

本发明具有以下优点，即，基本上的可能出现的大多数故障可以被划定为非危险故障的等级。因此，危险故障和非危险故障之间的比例关系明显更有利。

本发明基于以下认识，即，应用在阀门组的阀门中的密封件或膜片中发生的材料磨损在大部分情况下首先表现为阀门上的压缩空气泄漏，并且当其进入气密的壳体内时会导致壳体内部的压力增长。一旦在壳体内部出现慢性的或突然的泄漏，例如在膜片撕裂时，借助于压力监控器来确定此时形成的压力增长，该压力监控器与阀门组的阀门共同作用，并且这个阀门组这样地控制，即，使这个阀门组处于预设的安全位置中。

因为在电动气动的位置调节器内的阀门组在大部分情况下反正已经安置在单独的壳体中，所以本发明只会带来很少的额外耗费。也就是说现有的壳体只需要增加合适的壳体密封件。

为了在壳体内压过高时使阀门组处于安全位置，原则上可以通过电子的或机电的装置，例如通过带有下游连接的电磁铁的压力传感器实现压力监控器和阀门组的控制。然而，优选地其仅气动运转，使得以优选的方式为了其运行不需要辅助电能，辅助电能特别在利用4到20mA端口运行的过程仪表化的现场设备中只能受限地使用。此外，在这样得以实现时，安全位置完全不取决于电动气动位置调节器的电子件的运行能力而起动，因此进一步提高了功能安全性。

因为只允许在一定的界限内在不影响运行的情况下发生略微的泄漏，所以在本发明的一个特别有利的改进方案中设置有以预定的最大空气流通量为壳体排气的节流板。壳体内部就通过节流板作为流阻与电动气动位置调节器的周围环境连接。在一个实施例中，可以这样地确定节流板的尺寸，即，使得每分钟一升的空气流通量导致壳体内室中0.8bar的压力增长，在这种情况下压力监控器做出响应，并且使阀门组处于安全位置中。

在电动气动的位置调节器的一种设计方案中，电动气动转换器连接在阀门组的上游，优选地将节流板的排气侧连接至转换器的排气出口上。其所具有的优点在于，除了监控阀门组是否遵守允许的泄漏量之外，还检测电动气动转换器的排气出口是否能够自由通过，因为出口的堵塞，例如由于排放开口结冰或受污染，即使在很少的泄漏下也会导致壳体内压的上升，因此在这种干扰情况下也要使阀门组处于安全位置。由此也可以将电动气动转换器的出口的关闭划为非危险故障的级别，这种情况原本可能会导致阀门组控制无效，并且因而可以导致位置调节器的危险故障。

根据本发明的一种有利的改进方案，可以通过通常存在于电动气动位置调节器内的调节器电子件检测阀门组的位置，使得该电子件发出显示故障状态的信号，例如当阀门组处于安全位置时，而该状态却不符合调节器电子件对阀门组的控制情况和可能连接在调节器电子件下游的电动气动转换器时，故障状态就以警报信息的形式通过现场总线发出。在自动化设备中或作为警报信息接收者的控制站中，该信号可以被进一步处理并发给操作员，使得可以通过操控工作或者其它合适的行动，对报告的故障状态进行处理。

附图说明

根据示出了本发明的一种实施例的附图，在下文中详细阐述本发明以及设计方案和优点。

具体实施方式

在图中仅示出了电动气动的位置调节器的有利于理解本发明的部分，以及连接于其上的用于调节设备2的气动驱动装置1，调节设备在这里是流程阀门。气动位置调节器具有预控阀门3以及调节器电子件4。进气接口5用于连接压缩空气供给导管6，压缩空气例如通过压缩空气供给导管以6bar的压力输送给预控阀门3。驱动装置1的上部腔室7与预控阀门的排气接口8连接。依据控制情况，压缩空气要么借助进气阀门9由压缩空气供给导管6导至腔室7，要么从压力室7借助排气阀门10通过阀门出口11排放到周围环境中。通过合适的、为了清晰起见在图中未示出的闭锁机械装置确保两个阀门9和10永不同时打开，因为否则压缩空气可能在未使用的情况下就漏到周围环境中。为了通过在驱动装置1的压力室7内设定的压力来调节调节设备2的位置，调节器电子件4、以已知的方式实现为流阻的桥式电路的电动气动转换器12和升压驱动装置（Booster-Antrieb）13相应于借助电动气动转换器12设定的压力差来操控进气阀门9和排气阀门10。

通过压力调节器19，供给压力例如从6bar下降到调节后的例如1.4bar，调节后的压力施加在电动气动转换器12的桥式电路上。

在所示实施例中，电动气动位置调节器的阀门组由进气阀门9、排气阀门10和升压驱动装置13组成，该阀门组布置在位置调节器内部的气密的壳体14中。通过压力监控器15监控壳体14内部存在的压力是否遵守了预设的例如0.8bar的阈值。在气密的壳体14内部的所有自由内室、与升压驱动装置13的压力室相对置的区域、围绕着阀门9和10的区域、位于阀门组内的弹簧室和围绕阀门9和10的闭锁装置的区域均气动地相互连接。一旦在阀门组中出现泄漏，例如在升压驱动装置13的膜片中出现撕裂，那么压缩空气通过泄漏位置逸入壳体14的气密的内室，并且导致压力升高，压力的升高由压力监控器15检测。只要压力不超过0.8bar的阈值，压力监控器15就不干涉调节设备2的位置的调节。然而只要压力升高超过阈值，压力监控器15就打开排气阀门10。同时通过在图中未示出的闭锁装置关闭进气阀门9，使得在驱动装置1的压力室7内的压力迅速下降，并且使调节设备2处于安全位置，该安全位置在所示实施例中相当于流程阀门的“打开”。由此所需的阀门组的开关状态同样也被称为安全位置。

与所述实施例不同，在一种作为代替的设计方案中，当然可以这样地布置流程阀门，使得其在腔室7内的压力下降时“关闭”。在该实施例的另一种转化的实施例中可以附加地在壳体14中集成附加的组件，例如电动气动转换器12、压力调节器9和/或压力监控器15。

壳体14内的阀门组上的微小的泄漏还不一定强制地导致功能上的影响。为了避免在微小泄漏的情况下就占据调节设备2的安全位置，设置也可以称为节流阀或流动电阻的节流板16，并且该节流板连接在壳体14的内室和电动气动转换器12的排气口17之间。例如这样地设定节流板16，即，使每分钟一升的泄漏导致壳体14内的压力提升0.8bar。因此，只有当空气流通过节流阀16超过每分钟一升时，或者当转换器12的排气口17例如由于结冰或污染而堵塞时，压力监控器15才会做出响应。

为了进行调节，在调节器电子件4中要考虑到阀门9和10的实时位置。为了通过带有阀门9和10的阀门组识别安全监控器15的响应和由此引起的安全位置的起动，在调节器电子件4中附加地检查，进气阀门9和排气阀门10的位置是否与通过调节器电子件4由电动气动转换器12预设的位置一致。当通过阀门组同时占据安全位置的情况下不一致时，那么调节器电子件4将其评为故障状态，并且产生相应的报警，利用现场总线电动气动位置调节器接入自动化技术设备的自动化网络中，该报警例如通过该现场总线18，例如发给上级的控制站，从而能够对出现的故障做出反应，采取合适的消除错误的措施。

Claims (4)

1.一种电动气动位置调节器，具有：

用于连接压缩空气供给导管（6）的进气接口（5）；

至少一个用于连接调节设备（2）的气动驱动装置（1）的排气接口（8）；

以及布置在所述位置调节器内的可控的、具有至少一个阀门（9，10）的阀门组（9，10，13），通过所述阀门组在正常运行时依据所述阀门组的控制情况，要么通过所述压缩空气导管输送的压缩空气能导向所述排气接口（8），要么通过所述排气接口（8）输送的空气能向外界排出，

其特征在于，

可控的所述阀门组（9，10，13）布置在所述位置调节器内部的气密的壳体（14）中；存在装置（15），用于这样地监控所述壳体内存在的压力并且用于这样地控制所述阀门组（9，10，13），即，当所述壳体内的压力超过预定的阈值时，使所述阀门组（9，10，13）处于预定的安全位置；以及

设置有以预定的最大空气流通量为所述壳体（14）排气的节流板（16）。

2.根据权利要求1所述的电动气动位置调节器，其特征在于，用于监控和控制的所述装置（15）气动地实现，并且设计用于气动地控制所述阀门组（9，10，13）。

3.根据权利要求2所述的电动气动位置调节器，其特征在于，电动气动转换器（12）连接在所述阀门组（9，10，13）的上游，并且所述节流板（16）的排气侧连接至所述转换器（12）的排气出口（17）上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电动气动位置调节器，其特征在于，通过调节器电子件（4）能检测所述阀门组（9，10，13）的位置，并且所述调节电子件（4）设计用于，在所述阀门组（9，10，13）处于所述安全位置并且其不符合通过所述调节器电子件（4）对所述阀门组（9，10，13）的控制情况时，发出显示故障状态的信号（18）。

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