CN104421444B - 旋转滑阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转滑阀，其包括壳体、阀滑动件、阀座以及驱动件，所述阀座具有密封面，所述阀滑动件抵置于所述密封面，在所述密封面设置流动开口，所述流动开口至少在基本部分中具有弯曲外轮廓，其中，所述阀滑动件能够关于轴枢转，所述轴相对于所述外轮廓的曲率中心偏心地设置于所述曲率中心的背向所述流动开口的一侧，所述驱动件能够在关闭位置和打开位置之间调节所述阀滑动件。

Description

旋转滑阀
技术领域
本发明涉及一种旋转滑阀，优选地通过电动方式驱动该旋转滑阀，且该旋转滑阀能够特别地而不唯一地用作气阀。
背景技术
根据现有技术已知许多不同的旋转滑阀的实施方式。所有实施方式共同点在于使用的旋转或阀滑动件能够关于旋转轴被调节。流动开口将根据阀滑动件的位置被关闭或打开至更大或更小的程度。在阀滑动件的范围内，旋转滑阀控制的介质的流动方向大致垂直于其被调节的平面，即平行于旋转轴的平面。
现代的旋转滑阀需符合两方面的重要需求：一方面，其应当紧凑，即旋转滑阀应当在阀滑动件的区域中关于最大流动截面具有尽量小的轮廓，且同时需确保低压力损耗，另一方面，应有好的控制响应，即期望阀具有如下阀特性：初始以非常小的梯度上升，之后尽可能线性运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转滑阀，其尽可能最优地满足这些需求。
为了实现该目的，根据本发明，提供了一种旋转滑阀，其包括：壳体、阀滑动件、阀座以及驱动件，所述阀座具有密封面，所述阀滑动件抵置于所述密封面，在所述密封面设置流动开口，所述流动开口至少在基本部分中具有弯曲外轮廓，其中，所述阀滑动件能够关于轴枢转，所述轴相对于所述外轮廓的曲率中心偏心地在所述曲率中心的背向(face awayfrom)所述流动开口的一侧延伸，所述驱动件能够在关闭位置和打开位置之间调节所述阀滑动件。由于阀滑动件的旋转轴的偏心配置，可以实现最大流动开口，相对于阀座和阀滑动件所需的安装空间，最大流动开口非常大。特别地，可实现面积大于阀滑动件占据的或扫过的圆的面积的50％的流动开口。此外，可以实现阀特性在长的部分上是线性的非常好的控制响应。
根据本发明的一个实施方式，流动开口被设置成大致半圆形。以这种方式，相对外部尺寸，能够实现非常大的流动截面。
根据本发明的优选实施方式，所述流动开口被设置成具有部分环形形状，所述环形的构成环形的外圆弧的弧高至少为其所基于的圆形的半径的量值，特别是大于其所基于的圆形的半径。换言之：流动开口的圆的外周延伸大约180°或更大量值的角度范围。以这种方式，由于释放的流动开口的变化与阀滑动件的调节成比例，因此可实现在非常长的部分上为线性的阀特性。
根据本发明的优选实施方式，流动开口被设置成在密封面的区域中的尺寸与阀座的背向密封面的一侧的通道开口的尺寸大致相同。换言之：阀座中的区域(通过该区域产生流动)在轴向上、即在流动方向上几乎恒定，因此实现了低损耗和高流率。
优选地，所述通道开口的截面具有弧形形状。这意味着通道开口的形状与旋转滑阀的常用端口的形状对应，从而在此也实现优化的流动状态。
阀座优选设置成在密封面中包括凹部，以减小与阀滑动件的接触面。尽管在理论上，摩擦力与两个组件间进行接触的表面面积无关，但是在实际中，能够表明：在表面非常平滑的情况下，由于平滑表面存在于密封面和阀滑动件，则产生粘附力，如果阀座设置有一个或多个凹部，则可减小该粘附力。此外，可有利地减小阀座对密封面的粘附(该粘附可在阀停在关闭状态长时间之后观察到)。
根据本发明的一个实施方式，所述阀座被实施为接收于所述壳体中的接收部中的插入件。一方面，这样的优势是，如果有必要，可以通过少量投入以新的阀座替换该阀座，另一方面，实现如下优势：特别是标称宽度方面不同的不同种类的阀座可以安装于一个且相同类型的壳体。
阀座优选设置成具有防转机构(anti-turn mechanism)，以确保阀座以正确位置保持在壳体中。防转机构例如可以通过整平部(flattening)实现，从而确保壳体和阀座之间的抵抗扭转连接。
根据本发明的一个实施方式，阀座被设置成由陶瓷制成。这允许阀座被制造为具有低公差和高表面质量的抗磨损组件。可选地，阀座还可由硬金属制成。
阀滑动件优选设置成在垂直于阀滑动件的旋转轴的平面中具有大致弧形形状。以这种方式，阀滑动件可与延伸过大表面区域的流动开口配合。
弧形的弧高优选设置成比弧形所基于的圆形的半径大。这在阀滑动件能够可靠地关闭和打开相对于阀滑动件扫过的表面非常大的流动开口的方面是有利的。
根据本发明的优选实施方式，阀滑动件的旋转轴被设置成位于所述弧形内。这确保了即使流动开口相对于阀滑动件的旋转轴偏心地设置，阀滑动件也将完全扫过流动开口。
外轮廓的曲率中心和阀滑动件的旋转轴之间的偏离优选地设置成为0.05d-0.8d的量值，优选地为0.1d-0.3d的量值，其中d为流动开口的外径。这里使用的术语“外径”被理解为指流动开口的最大尺寸，即，例如在半圆形流动开口的情况下，“外径”为流动开口限定的圆的直径。同样适用于形成为环形截面的流动开口。
根据本发明的一个实施方式，设置弹簧，其在轴向上对阀滑动件施力使阀滑动件抵靠阀座。该弹簧确保阀滑动件对密封面的良好密封。
附图说明
以下将通过附图中图示的两个实施方式描述本发明，其中：
图1示出了根据第一实施方式的旋转滑阀的分解图；
图2示出了穿过图1的旋转滑阀的、阀座和阀滑动件范围内的截面；
图3以立体图形式示出了图1的旋转滑阀中使用的阀座；
图4示出了穿过图3的阀座的截面；
图5示出了根据阀中的各个位置穿过阀座的自由流动截面的图；
图6示出了在图1的旋转滑阀中使用的阀滑动件的第一立体图；
图7示出了阀滑动件的第二立体图；
图8示出了安装于阀壳体的端口部分中的阀座的立体图；
图9以俯视图方式示出了安装有阀座的阀壳体的端口部分；
图10示出了根据第二实施方式的安装有阀座的旋转滑阀的阀座的与图8的视图对应的视图，其被剖视示出；
图11示出了图10的阀座的俯视图，该壳体的端口部分安装有阀滑动件，其被剖视示出且位于关闭位置；
图12示出了具有稍微打开的阀滑动件的旋转滑阀的与图11的视图对应的视图；
图13示出了阀滑动件被更进一步打开的与图12的视图对应的视图；
图14示出了阀滑动件位于完全打开位置的与图13的视图对应的视图；
图15示出了旋转滑阀的阀特性，其中流动截面标记有图11-14所示的阀滑动件的位置；
图16示出了对于非常小的开口截面的阀特性的放大图；以及
图17示出了变形实施方式的与图14的视图对应的视图，其中相对于流动开口示出阀滑动件的旋转轴。
具体实施方式
图1中，示出了根据第一实施方式的旋转滑阀10，其包括作为基本组件的端口壳体12、阀座20、阀滑动件30和驱动件40。
端口壳体12(还参照图2)包括入口13和出口14。在入口13和出口14之间，设置用于阀座20的接收部15。
安装于端口壳体12的是驱动件40的驱动壳体42。设置密封环44以用于密封。
在驱动壳体42中，设置有驱动器(此处未更详细地示出)，通过该驱动器，驱动轴46能够以受控的方式转动。通过仅在此处示出的支撑件48和密封件50将驱动轴46支撑于驱动壳体42中。
阀滑动件30以驱动轴46的转动引起阀滑动件30转动的方式联接到驱动轴46。为此，驱动销52设置于此，其延伸穿过驱动轴46中的开口，且被接收于阀滑动件30的驱动件凹部32中。
弹簧54设置于驱动轴46，弹簧54对阀滑动件30施力使阀滑动件30远离驱动壳体42而抵靠阀座20。弹簧54优选实施为波形弹簧，从而有可能形成低设计轮廓(low designprofile)。
驱动轴46设置有突起60，该突起60延伸穿过阀滑动件30且接合于阀座20中的支撑开口22中。以这种方式，阀滑动件30相对于阀座20被精密支撑。
不同于示出的实施方式，还可在驱动轴46和阀滑动件30之间使用其他类型的转动固定连接。驱动轴46也不必须完全延伸穿过阀滑动件30且接合于阀座20中。最后需要注意的是，旋转滑阀的入口和出口还可互换，从而待切换或待控制的介质可以通过开口14流入端口壳体12，并且可通过开口13离开端口壳体12。
图3和图4中详细地示出了阀座20。阀座20包括密封面24，该密封面24是置于阀座20上的阀滑动件30所抵靠的表面。
密封面24中设置有流动开口26，该流动开口是与阀滑动件30相配合以控制有效流动截面的开口。这里，流动开口26具有部分环形形状，环形的构成环形的外圆弧的弧高与环形基于的圆形的半径的量值对应。以部分环形形状成形的流动开口26的外轮廓以及内轮廓(即半径较小的轮廓)同心配置，即关于共同的中心M配置(见图17)。流动开口26的至少大致半圆形外轮廓以及至少大致半圆形内轮廓的两个边界被排列为共线的。
另外，在流动开口26外部的、与流动开口26相邻的区域内，设置凹部27，该凹部27的功能包括减小与阀滑动件30的接触面以及与阀滑动件之间的任意粘附力。
在背向密封面24的一侧，通道开口28设置于阀座中，该通道开口的截面具有圆形截面形状。通道开口28的截面尺寸与流动开口26的截面尺寸大致相同。图5中示出了穿过阀座20的整个流动截面的流量，其中顶部边缘、即最终密封面24表示为“OK”(与图2-4中的取向有关)，阀座的底部边缘表示为“UK”。可以看出，整个流动截面最开始从顶部朝向底部极小程度地减小，然后保持大致恒定。
在阀座20外侧，设置槽23以及整平部29形式的防转机构，在槽23中可布置密封环25(参见图2)，该整平部29与端口壳体12中的对应表面配合。这确保了阀座20可唯一地以一个正确的位置安装于接收部15中。
阀座优选由陶瓷制成，从而该阀座具有精密的尺寸且同时具有高的表面质量，此外，实现对阀滑动件30的良好的密封响应。阀座20的可选材料为氧化铝和氧化锆或二氧化锆或硬金属。
为了减小流动损耗，通道开口28的区域中的所有边缘被倒圆角。
阀滑动件30(特别参见图6和7)具有盘形密封部34，该盘形密封部34的底面35与阀座20的密封面24相配合。
这里，密封部34具有弧形形状，且该弧形的弧高大于该弧形所基于的圆形的半径。换言之，密封部34的弯曲的外轮廓延伸得稍微超过180°。这允许外轮廓的曲率中心以及开口36位于弧形内部，被用作轴承销的驱动轴46的突起60穿过开口36延伸。
关于阀滑动件的尺寸，在垂直于阀滑动件的旋转轴的平面中描述了阀滑动件30的形状的弧形所基于的圆形的半径被设置为比阀座20的支撑开口22的中心与流动开口26的外轮廓之间的距离大。这确保了阀滑动件20在任何位置覆盖流动开口26，从而通过流动开口26和密封部34的位于弦上(以及非弧形的圆弧上)的部分之间的相互作用控制流动。
阀滑动件30也可由陶瓷制成。此外，用于阀滑动件30的合适的材料为氧化铝、氧化锆和二氧化锆。类似于阀座20，阀滑动件30具有精密的尺寸且同时具有高的表面质量。
图8示出了插入了阀座的端口壳体12。还可以看见流动开口26，其通向流动开口26下方的通道开口28(还参见图9)。
在旋转滑阀10的安装状态下，阀滑动件30的密封部34置于阀座20上。这将根据阀滑动件30相对于流动开口26的位置使旋转滑阀10被关闭或打开至更大或更小的程度。
图10-17中，示出了第二实施方式，其不同于第一实施方式之处在于设置了更大的流动和更大的标称宽度。此外，流动开口的两个圆形轮廓不同心。然而，关于运转的基本模式，第二实施方式与第一实施方式对应。
同样在第二实施方式的情况下，在旋转滑阀10的安装状态下，阀滑动件30的密封部34置于阀座20上(参见图10)。这将根据阀滑动件30相对于流动开口26的位置使旋转滑阀10被关闭或打开至更大或更小的程度。
在图11中，示出旋转滑阀在流动开口26完全关闭的位置。这意味着阀滑动件30的密封部34完全覆盖流动开口26。
在图12中，示出旋转滑阀在稍微打开位置。可以看出，仅小的近似于三角形截面的流动开口26被打开。这可归因于如下事实：曲率中心M被配置成相对于驱动轴46的中心偏心大约距离e，即偏离曲率中心M。在这方面，驱动轴46位于曲率中心M的背向流动开口26的一侧。由于阀滑动件30的旋转轴相对于流动开口26的外轮廓和内轮廓的曲率中心偏心配置，此外，由于在旋转滑阀的完全关闭位置，流动开口26的彼此平行的边缘(参见图11示出的边缘R26)和密封部34的边缘(图11中示出的R34)彼此间具有距离，因此边缘R34在进入流动开口26的区域之前转动某个角度。因此，流动开口26最初在外角部打开，这导致阀特性在图11的完全关闭位置与图12的稍微打开位置之间非常轻微向上的梯度(参见图16)。
直到边缘R34到达流动开口26的弯曲的内轮廓，才实现线性阀特性(参见图15)。
图13中，对于处于相当宽的打开位置的阀滑动件30，可容易地看出，密封面24的位于凹部27侧的区域被用作阀滑动件30的密封部34用的另外的支撑面。
图14中，示出阀滑动件30处于完全打开位置。可以看出流动开口26被完全打开。
驱动轴46的中心轴线相对于流动开口26的曲率中心M的偏心距e为0.1-0.3d的量值，其中d为流动开口26的外径。
图17示出的变形实施方式在流动截面方面不同于之前的实施方式。虽然在之前的实施方式中“鼻部”(nose)减小了流动开口，但是图17示出了一种具有第二阀座的阀，该第二阀座具有较大的标称宽度/较大的流动开口。“鼻部”较短地突出到流动开口中，且圆形不同心。此外，密封边缘较窄。

Claims (14)

1.一种旋转滑阀(10)，其包括壳体、阀滑动件(30)、阀座(20)以及驱动件(40)，所述阀座具有密封面(24)，所述阀滑动件(30)抵置于所述密封面，在所述密封面设置流动开口(26)，所述流动开口具有弯曲外轮廓，其中，所述阀滑动件(30)能够关于旋转轴(46)枢转，所述旋转轴(46)相对于所述弯曲外轮廓的曲率中心(M)偏心地设置于所述曲率中心的背向所述流动开口(26)的一侧，所述驱动件能够在关闭位置和打开位置之间调节所述阀滑动件(30)，所述流动开口(26)具有部分环形形状，所述环形的所述弯曲外轮廓延伸的角度超过180度，以使所述弯曲外轮廓的弧高大于其所基于的圆形的半径。
2.根据权利要求1所述的旋转滑阀，其特征在于，在所述密封面的区域内，所述流动开口(26)的尺寸与通道开口(28)的尺寸大致相同，所述通道开口位于所述阀座(20)的背向所述密封面(24)的一侧。
3.根据权利要求2所述的旋转滑阀，其特征在于，所述通道开口(28)的截面具有弧形形状。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的旋转滑阀，其特征在于，所述阀座(20)在所述密封面(24)具有凹部(27)，以减小与所述阀滑动件(30)的接触面。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的旋转滑阀，其特征在于，所述阀座(20)被实施为接收于所述壳体(12)的接收部的插入件。
6.根据权利要求5所述的旋转滑阀，其特征在于，所述阀座(20)包括防转机构(29)，以确保所述阀座以抵抗扭转的连接方式保持在所述壳体(12)内。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的旋转滑阀，其特征在于，所述阀座(20)由陶瓷制成。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的旋转滑阀，其特征在于，所述阀滑动件(30)在垂直于其旋转轴的平面中具有大致弧形形状。
9.根据权利要求8所述的旋转滑阀，其特征在于，所述弧形的弧高比所述弧形所基于的圆形的半径大。
10.根据权利要求9所述的旋转滑阀，其特征在于，在垂直于所述阀滑动件的旋转轴的平面中描述了的所述阀滑动件(30)的形状的所述弧形所基于的圆形的半径比所述阀座(20)的支撑开口(22)的中心与所述流动开口(26)的弯曲外轮廓之间的距离大。
11.根据权利要求8所述的旋转滑阀，其特征在于，所述阀滑动件(30)的旋转轴位于所述弧形内。
12.根据权利要求1-3中任意一项所述的旋转滑阀，其特征在于，所述弯曲外轮廓的曲率中心(M)与所述阀滑动件的旋转轴(46)之间的偏离为0.05d-0.8d的量值，其中d为所述流动开口的外径。
13.根据权利要求1-3中任意一项所述的旋转滑阀，其特征在于，所述弯曲外轮廓的曲率中心(M)与所述阀滑动件的旋转轴(46)之间的偏离为0.1d-0.3d的量值，其中d为所述流动开口的外径。
14.根据权利要求1-3中任意一项所述的旋转滑阀，其特征在于，设置弹簧(54)，所述弹簧在轴向上对所述阀滑动件施力使所述阀滑动件抵靠所述阀座。
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