CN108603615A - 调节阀，尤其是用在冷却区中的调节阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节至少一个管道中的通过横截面的调节阀，尤其是用于高动态地调整轧机中冷却区的冷却剂量，该调节阀包括至少一个节流阀体、至少一个阀座以及被设立成用于改变每个节流阀体的定位的调节驱动件。为了实现调节阀的可再现的响应性能、短的反应时间和高的调节精度，根据本发明提出的是，调节驱动件具有电的线性马达。

Description

调节阀，尤其是用在冷却区中的调节阀

技术领域

本发明涉及一种用于调节管道中的通过横截面的调节阀，尤其是用于高动态地调整轧机中的冷却区的冷却水量的调节阀。

背景技术

调节阀是一种利用辅助能来工作的装置，它调整着过程系统中的通过量。

在针对钢丝和棒钢的轧机中使用到水冷却区，以便影响材料的机械特性。在此使用不同的方法：

自身回火热处理法基本上用在结构钢的制造中。在此，完成轧制的产品在到达冷却床(棒钢)或绕线机(线材)之前由轧制热来进行热处理。轧件以950～1050℃的温度离开上一个轧钢机架。在冷却区中，外层通过水在高压(5～16巴)下被冷却到<400℃的温度。由此形成马氏体组织。在接下来的温度平衡期间，一方面让马氏体的外层再次升温(回火)并且另一方面使芯部冷却，由此形成铁素体-珠光体组织。通过使用自身回火热处理法可以在显著减少合金元素的添加的同时实现最终产品所需要的机械特性。精确的温度运用决定了对合金元素的能量节省。

在热机械式轧制中，轧件在最后的变形步骤之前被冷却到限定的温度。这导致形成细颗粒的组织，其在具有较高强度的同时还提供了良好的韧性和可冷变形性。使用到不同的造型部通过热机械式轧制达到了否则只有通过添加合金元素才能达到的机械特性。精确的温度运用是使用热机械式轧制的前提。

连铸坯在热轧机之前在再加热炉中的升温不能完全均匀地分布在铸坯的长度上。直接位于连铸设备后方的再加热炉被用于为冷却的连铸坯加热。为了将连铸坯保持在再加热炉中，需要经水冷的滑轨，铸坯在升温期间就放在这些滑轨上。在滑轨的区域内会出现遮蔽处，这些遮蔽处通过铸坯长度上的温度布局体现出来。为了避免温度在铸坯的长度上的偏差，需要对冷却水进行高动态的调整。

市场上的用于调整冷却水的调节机构可以划分成气动的和电动的调节机构。

具有气动的驱动件的调节机构在短到中的反应时间内做出响应。然而问题是，附着摩擦到滑动摩擦的过渡会导致粘着滑动效应(Stick-Slip-Effekt)，这导致响应性能不可再现并且因此导致反应时间不能保持相同。气动的驱动件因此不适合于高精确的、动态的调整过程。

具有电驱动件的调节机构是基于具有短的反应时间的、高的调节精度的、但调节速度太慢的自锁的马达传动装置单元。

目前市场上最快的具有最大10mm/s的调节速度的阀驱动件虽然达到了需要的反应时间，然而却无法达到所需要的调节速度(50mm/s)。

因此，以冷却区之后的温度与目标温度偏差最小地进行精确的温度运用目前还不可能。然而这种温度运用可以根据本发明通过对冷却水量的高动态调整结合一种合适于调整冷却水的调节机构得以实现。

发明内容

从现有技术出发，本发明的基本任务是，提出一种用于调整管道中的通过横截面的调节机构，尤其是用于对轧机中冷却区的冷却水量的调整，该调节机构具有可再现的响应性能、短的反应时间和高的调节精度。

该任务在开头所述类型的调节阀中通过以下方式得以解决，即，使得调节驱动件具有电的线性马达。

本发明尤其是涉及一种调节阀，它包括

-阀主体(阀壳体)。

-至少一个被引导的节流阀体，

-至少一个阀座，其中，每个节流阀体与至少一个阀座协同作用，以及

-调节驱动件，其被设立成用于改变阀体中每个节流阀体的定位。

调节阀可以被设计为单座式调节阀或者多座式调节阀，尤其是双座式调节阀。通过使用多座式调节阀可以减少调节力。

此外，调节阀也可以实施为多通路式调节阀，以便混合或者划分物料流。

每个节流阀体的几何形状决定了通过量特征曲线。利用可变的通过量，可以调整介质本身的压力、温度或者还有通过量。

作为用于调节阀的材料，例如使用灰口铸铁、黄铜、铸钢、不锈钢或者塑料。

调节阀可以以不同的方式和方法被装入到管道或管道网中。例如可以考虑焊入、夹入或者优选地经由法兰连接。

线性马达以受引导的平移运动方式来推移调节阀的节流阀体。使用线性马达作为直接驱动件能够实现的是，直接产生具有不同力和/或速度的平移运动。线性马达在调整速度高并且调节精度的情况下提供了短的反应时间，此外其中，反应时间是可再现的。具有这种调节驱动件的调节阀最适合用于高动态地调整轧机中冷却区的冷却水量。

线性马达包括电流通流的初级部件以及反应或次级部件。它可以构造成同步式线性马达、非同步式、步进式或直流式线性马达。

最常使用的同步式线性马达的永磁体优选地与方位固定的初级部件协同作用。尤其地，不需要为同步式线性马达的能量供应提供运动的线路。

设计结构方面有利的是，永磁体单元优选地直接布置在针对每个节流阀体的操作器件上。由此能够进一步地提升调节驱动件的调节精度，这是因为在调节驱动件与直接同操作器件连接的节流阀体之间没有设置具有间隙的传递机构。

永磁体单元优选地构造成棒形的操作器件的被整合的组成部分。棒形的操作器件作为线性驱动件的组成部分地实施平移运动，以便使节流阀体来回运动。

为了尽管由调节阀调控的冷却介质有压力和体积波动但仍然能够使调节阀被精确地调整，为线性马达设有位置调整部。尽管线性马达的惯性质量小，该位置调整部即使在受调控的冷却介质有压力和体积波动的情况下仍有助于实现期望的高的调节精度。

根据本发明的调节驱动件例如具有以下技术数据：

-调节力：

小型(DN100，10巴水压)：3kN

大型(DN300，15巴水压)：40kN

-冲程：

20～150mm

-调节速度：

最小50mm/s，优选150mm/s

-调节精度：

0.05mm

-反应时间：

t≤0.1秒

在本发明的有利的设计方案中，调节驱动件附加地还包括具有膜的膜驱动件，膜至少在其第一侧上被加载以压力介质。线性马达承担用于打开调节阀的极高的高峰力，该高峰力紧接着至少部分地由膜驱动件承担。一旦膜驱动件的第一侧被压力介质所加载，并且膜的第二侧被至少一个弹簧所加载，就可以针对线性马达电流中断的情况起到让调节阀自动关闭或打开的作用。替选地实施有具有在两侧能被个别加载以压力介质的膜的气动的驱动件。

在设计结构上有利的是，附加的膜驱动件通过以下方式被整合到调节驱动件中，即，使得膜被紧固在棒形的操作器件的上端部上。

附图说明

接下来借助附图更详尽地阐述根据本发明的调节阀。其中：

图1示出具有线形马达的根据本发明的调节阀；

图2A-D示出用于具有线形马达的调节阀的各种各样的阀壳体；以及

图3A-F示出用于具有线形马达的调节阀的节流阀体的不同的实施方式。

具体实施方式

调节阀(1)包括具有入口和出口(2a、2b)的阀壳体(2)、节流阀体(3)以及阀座(4)。与节流阀体(3)相连的阀杆(4a)在阀壳体(2)以外与棒形的操作器件(5)耦联。操作器件(5)在驱动件壳体(6)内平移地在竖直的方向上来回可运动地受引导，以便使与操作器件(5)耦联的节流阀体(3)在图1中所示的关闭定位与打开定位之间来回地运动。

向下逐渐变细的节流阀体(3)以如下方式构成，即，它在关闭定位中禁止了节流阀体(3)与阀座(4)之间的通过量。通过举起向下逐渐变细的节流阀体(3)，在阀座(4)与节流阀体(3)之间得到了环形的通过横截面，该通过横截面基于节流阀体的横截面形状而在运动到完全打开的定位中的期间变大。

调节驱动件(7、8)包括线性马达(7)和膜驱动件(8)。线性马达(7)由方位固定地布置在驱动件壳体(6)内的线圈单元(7a)和永磁体单元(7b)构成。永磁体单元(7b)构造成被整合的组成部分，也就是构造成棒形的操作器件(5)的部分件。

安置到驱动件壳体(6)上的并且紧固在那里的膜驱动件(8)包括夹入在膜壳体(8d)的壳体半部(8b、8c)之间的膜(8a)。经由气密性的穿引部(8e)使得棒形的操作器件(5)的上端部被引导到膜壳体内，并且居中地紧固在膜(8a)上。从下侧，可以给膜(8a)加载以压力介质。膜的上侧被支撑在上方的壳体半部(8b)上的弹簧(8f)施加负荷。

弹簧(8f)引起的是，在膜驱动件(8)的下方的腔室中发生压力下降时，朝着调节阀(1)的关闭方向给膜(8a)加负荷。

图2a至2d示出了阀壳体的不同实施方式，它们被确定用于三通路式调节阀。根据图2a和2b所示的实施方式分别具有与两个阀座协同作用的节流阀体。根据2c和2d所示的实施方式具有两个节流阀体，它们分别与一个阀座协同作用。

然而还要指出的是，调节阀的各种各样的实施方式在关闭定位中仅仅明显降低了通过量，却不禁止它。这种情况被说成泄漏量，泄漏量完全可能在额定通过量的10％的范围内。

图3示出了节流阀体的不同的实施方式，它们对通过量特征曲线有影响。图3a示出了抛物线式锥体，图3b是多孔式锥体，图3c是具有多孔篮的多孔式锥体，图3d是针对呈三通路结构形式的调节阀的多孔式锥体，图3e是挂灯式锥体，图3f是配备有减压部的节流阀体的挂灯式锥体。

附图标记列表

Claims (11)

1.用于调节至少一个管道中的通过横截面的调节阀(1)，尤其是用于高动态地调整轧机中的冷却区的冷却剂量，所述调节阀包括至少一个节流阀体(3)、至少一个阀座以及被设立成用于改变每个节流阀体的定位的调节驱动件，其特征在于，所述调节驱动件包括电的线性马达(7)。

2.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于，所述线性马达具有线圈单元(7a)和永磁体单元(7b)。

3.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于，所述线圈单元(7a)方位固定地布置。

4.根据权利要求3所述的调节阀，其特征在于，永磁体单元(7b)布置在针对节流阀体(3)的操作器件(5)上。

5.根据权利要求4所述的调节阀，其特征在于，所述操作器件(5)是棒形的，并且所述永磁体单元(7b)构造为所述操作器件(5)的被整合的组成部分。

6.根据权利要求5所述的调节阀，其特征在于，所述棒形的操作器件(5)实施平移运动。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的调节阀，其特征在于，所述线性马达(7)具有位置调整部。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的调节阀，其特征在于，所述调节驱动件附加地还包括具有膜(a)的膜驱动件(8)，所述膜至少在所述膜的第一侧上能被施加以压力介质。

9.根据权利要求8所述的调节阀，其特征在于，所述膜(8a)紧固在所述棒形的操作器件(5)的上端部上。

10.根据权利要求8或9所述的调节阀，其特征在于，所述膜的第二侧受弹簧力加负荷。

11.用于轧机的冷却区，所述冷却区包括用于引导液态的冷却剂的至少一个管道，其特征在于，在所述至少一个管道中布置有至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的调节阀(1)。