CN108700200A - 阀门系列 - Google Patents

Abstract

根据本发明的阀门系列包括多个阀门类型（A、B、C），这些阀门类型具有结构尺寸不同和结构类型不同的阀门，其中，该阀门系列（11）的多个、优选所有阀门类型（A、B、C）都具有统一的阀门驱动器（21），其中，阀门（10、12、13）的阀门闭合件（19）执行相同的打开升程，但这些阀门闭合件在此可以不同地构造并特别是可以具有不同的直径。各种阀门类型（A、B、C）的闭合弹簧（20）也可以具有不同的特征曲线和不同的强度。

Description

阀门系列

技术领域

本发明涉及一种阀门系列，特别是具有不同结构尺寸的气体阀门系列。

背景技术

阀门组和阀门系列原则上是已知的。例如可参考DE 20 2010 003 659 U1，其描述了一种具有终端位置识别设备的阀门组。具有不同结构尺寸的阀门系列的所有阀门在此都配备有相同的印刷电路板。

此外，从DE 10 2005 058 846 A1已知一种具有电磁致动阀的阀门组合件系统。在此设置为，针对不同的阀门使用统一（einheitliches）的线圈系统。

此外，自闭合的马达调节阀是已知的，其例如从DE 10 2009 012 405 A12中可知。马达调节驱动器具有伺服马达，该伺服马达通过减速传动机构和弯曲柔性的牵引部件作用到阀门闭合件上。闭合弹簧在闭合方向上预紧阀门闭合件，其中，该闭合弹簧必须施加足够的力，以克服减速传动机构的所有的摩擦矩和伺服马达的滚动矩和止动矩（Rastmoment），从而使阀门闭合件在驱动器的断电状态下可靠地移动到闭合位置。这一需求特别适用于无论如何都必须可靠闭合的气体阀门。然而闭合弹簧的强度取决于阀门尺寸和阀门升程。因此，在阀门系列内，通常是为不同大小的阀门提供不同强度或不同大小的阀门驱动器，这意味着相当大的技术成本。

发明内容

本发明的任务在于提出一种方案，通过该方案可以提供技术成本较少的阀门系列的阀门。

该任务通过根据权利要求1的阀门系列来解决：

根据本发明的阀门系列包括不同结构尺寸的各种阀门类型，其中，阀门系列的每种阀门类型都具有可线性运动的阀门闭合件，该阀门闭合件配设有阀座、闭合弹簧和阀门驱动器。所有阀门类型的阀门驱动器统一构造，并提供统一的最大升程。相应地，所涉及的阀门类型的阀门闭合件同样具有相同的统一的最大升程，即在闭合位置和打开位置之间的相同距离。这与相关的阀门类型的阀门闭合件的尺寸无关。也就是说，较小结构尺寸的阀门类型可以具有较小直径的阀门闭合件，而较大结构尺寸的阀门类型可以具有较大直径的阀门闭合件。相同系列的不同阀门类型也可以具有不同形状（盘状，锥形，单座，双座等）的阀门闭合件。

优选地，所涉及的所有阀门类型的阀门驱动器全部统一构造，也就是能够互换。但不同的阀门类型的闭合弹簧彼此可有所不同。特别可以设置为，处于闭合位置的闭合弹簧施加不同的闭合力，即，闭合弹簧以不同的力将阀门闭合件抵圧到阀座上。而处于打开位置的闭合弹簧优选具有相同的闭合力。因此，例如较小结构尺寸的阀门具有斜度较大的力-路程特征曲线，而较大结构尺寸的阀门具有较平缓的力-路程特征曲线。由此能够实现，在较小的阀门闭合件中，该阀门闭合件上的相关密封件不会过载。而无论如何，闭合力都大到使系列的每个阀门中的闭合弹簧都能够可靠地克服存在于阀门驱动器中的摩擦矩和制动矩。相反地，在所有阀门类型中，在阀门闭合件的打开位置中闭合力的相同性确保了，统一的驱动器在任何情况下都能够为处于打开位置的阀门闭合件施加所需的保持矩，而无需改造驱动器。所有驱动器可以具有相同的步进马达、相同的操控电路、具有相同的传动机构减速比的相同的传动机构以及相同的端口，并因此可以完全互换。另外，在打开位置中统一的闭合弹簧力使阀门驱动器在其关断时以相同的方式在闭合方向上加速，并且由此能够在不同结构尺寸的阀门上实现很大程度上等同的闭合速度。

阀门驱动器可以具有步进马达作为马达，该步进马达通过减速传动机构和牵引部件（例如链条）与阀门闭合件连接。牵引部件构造成链条或其他弯曲柔性的牵引部件，其优点在于，在闭合过程中，阀门闭合件在座放在阀座上时在驱动上（antriebsmäßig）与马达和传动机构解耦，从而使存在于马达和传动机构中的振动矩（Schwungmoment）不会作用于阀门闭合件和/或阀座，并因此也不会造成破坏性的影响。然而也可以使用其他的解耦部件，例如允许马达减速停止的空档（Freigang）或空档Leergang）。

阀门驱动器优选具有用于步进马达的操控电路以及针对快速闭合运动的阻尼电路，其中，更优选的是，系列的所有阀门类型中的操控电路和阻尼电路也构造一致。因此，最终也不需要对阀门驱动器进行电子或编程方面的适配以适应不同的阀门类型，这不仅提供了物流优势，也显著减少了现场更换阀门驱动器造成的错误率，例如在更换不同结构尺寸的阀门的阀门驱动器时，并因此显著简化了维护工作。

阀门驱动器优选具有电子的阻尼装置。该阻尼装置优选由电容的阻尼电流回路形成。阀门驱动器的马达优选为永久激励的步进马达，其与电容的阻尼电流回路形成谐振系统。在步进马达以发电机模式运行时阀门闭合的情况下，在如此形成的谐振回路中激起的电流在接近谐振频率时的急剧上升导致了非线性的抑制行为（Hemmverhalten）或阻尼行为，从而能够保障阀门在自动闭锁时在很大程度上统一的闭合速度，其中，该闭合速度仅略微取决于闭合弹簧的力。因此，阀门系列的阀门类型具有很大程度上相同的闭合速度。

根据本发明的用于提供一种阀门系列的方法同样基于针对不同结构尺寸的阀门类型使用统一的阀门驱动器这一构思。优选针对系列的所有阀门类型，阀门类型非特定地（ventiltypunspezifisch）提供阀门驱动器，从而使系列内的不同阀门类型的阀门在驱动侧上（antriebsseitig）仅在阀门弹簧的特征曲线的斜度方面有所不同。阀门升程在系列内优选是统一的。系列的各种阀门类型的阀盘直径优选全部不同，而阀门升程则优选全部相同。

附图说明

本发明的各个实施方式的细节是从属权利要求、附图和说明书的内容。在附图中：

图1至3以截面示意图示出了不同结构尺寸的各种阀门类型A、B、C；

图4示出了系列的不同阀门类型的闭合弹簧的特征曲线；

图5示出了阀门驱动器的示意性的功能框图；以及

图6示出了可跨标准（normübergreifend）使用的阀门的法兰。

具体实施方式

图1中示出了阀门10，其代表第一阀门类型A，并属于涉及图1、图2和图3的阀门系列11。图2和图3示出了阀门12、13，其表示阀门系列11的其他阀门类型B、C。

系列11包括构造方式相同的至少两个、但优选多个阀门类型A、B。该系列还可以包括另一种或多种阀门类型C。阀门类型A、B、C可以在很多方面有所不同。例如，如阀门10、12或阀门类型A和B的比较所示，它们具有不同的额定流量。系列11也可以具有额定流量相同、但连接法兰不同的多个阀门。

系列11的每个阀门10、12、13都包括阀门壳体14，该阀门壳体具有输入接头15和输出接头16。阀门10、12、13可以在输入接头15和输出接头16的宽度方面以及在接头的构造方式方面有所不同。例如，阀门系列11也可以具有额定流量相同但法兰类型不同（管道法兰、螺纹接头等）的阀门类型。而特别是，阀门壳体14可以是不同大小，以及可以具有其他不同之处，特别是具有不同的额定直径（1/4英寸、1/2英寸、1英寸、1½英寸，特别是多英寸）。

另外，也可以使至少一个阀门类型（例如阀门类型A）、多个阀门类型（A、B）或所有阀门类型（A、B及其他，以及必要时C）的阀门壳体设置有法兰33，该法兰适合至少两个标准系统。这种（通用）法兰33在图6中单独示出。它由阀门壳体14的盘形部分形成，并具有例如平坦的密封面34。孔35环绕该密封面布置在与该密封面同心的圆上（例如布置4个、8个或其他标准数量）。紧固孔优选不是圆形的。相反，这些紧固孔具有直径较大的第一端部（例如径向外端）和直径较小的第二端部（例如径向内端），从而使整体呈蛋形。也可以直径相同，从而使各个孔35呈椭圆形。两个端部的两个中心位于与中心点M同心的不同的孔分布圆（Lochkreisen）36、37上，并且还优选位于穿过中心点M的径向上。第一孔分布圆36和第一孔直径可以相应于第一标准，而第二孔分布圆37和第二孔直径相应于第二标准。这些孔的侧面可以是直的，或者在孔分布圆直径的直径差较大的情况下也可以构造为弯曲的（向内突出），从而形成8字形的孔。

每个阀门壳体14包括至少一个阀座17，该阀座的形式为位于分隔壁18中的优选为圆形的通道，其中，如图3所示，也可以设置相同或不同尺寸的多个阀座17a、17b，这些阀座优选相互同心地布置。阀座17、17a、17b对应阀门闭合件19、19a、19b，该阀门闭合件在闭合位置处支撑在各自对应的阀座17、17a、17b上。阀门闭合件19、19a、19b可以克服闭合弹簧20的力从相应的阀座17、17a、17b上移开。为此，阀门驱动器21发挥作用，该阀门驱动器构造成，在结构和几何尺寸上并且优选在针对阀门系列11的阀门10、12、13的所有细节上都相同。由此，例如第一阀门10的阀门驱动器21不需适配措施就能够安装到阀门12或13上，反之亦然。

各种阀门类型A、B、C的阀门闭合件19、19a、19b可以具有不同的结构和直径。例如，它们可以具有不同的密封系统或者也可以在具有根本性不同的构造，正如阀门类型A、B一方与阀门类型C另一方的比较所示的那样。因此，阀门类型可以是单阀门，或是具有或不具有力平衡的双座阀门。阀门类型C中如此得出力平衡，即，阀门闭合件19a关于气体穿流方向位于阀座17a之前，且阀门闭合件19b位于阀座17b之后。因此，施加在阀门闭合件19a、19b上的气体压力在阀门闭合件19a、19b上产生方向相反的力，这些力基本上相互抵消。阀门类型A和B与此不同。在这两个阀门类型中，施加在入口侧的气体压力有助于闭合弹簧20的闭合力。

相应于阀门类型A、B、C的阀门10、12、13的不同尺寸和/或不同功能，闭合弹簧20可以作不同设计。但它们的阀门升程全都相同，即阀门闭合件19从其座放在阀座17上的闭合位置到其打开位置所经过的距离。图4示例性地示出了针对阀门类型A的第一特征曲线I和针对第二阀门类型B的闭合弹簧20的第二力-路程特征曲线II。阀门闭合件19的闭合位置在根据图4的图表的X轴上位于位置“0”。由阀门10的闭合弹簧20施加的闭合力F_A小于第二阀门12的闭合弹簧20的闭合力F_B。该闭合力差可以相应于两个阀门10和12的阀座17的面积差。

力-路程特征曲线I和II优选具有不同的斜率，其中，较小的阀门10的闭合弹簧20的力-路程特征曲线I的斜率优选比较大的阀门12的闭合弹簧20的力-路程特征曲线的斜率更大。斜率优选这样测定，即，两个不同的阀门10和12的两个闭合弹簧20的力F_H在打开位置相同。打开位置是阀门闭合件19的X轴位置h，在此处，该阀门闭合件已经过最大升程并处于打开位置。所有类型A、B、C的阀门可以具有不同构造的阀门闭合件19、19、19b，但这些阀门闭合件在闭合位置和打开位置之间都经过相同的升程h。

统一构造的阀门驱动器21在图5中单独示出。特别是，电动马达22属于该阀门驱动器，该电动马达优选构造成永久激励的步进马达。步进马达22以其驱动轴驱动减速传动机构23，该减速传动机构优选构造成正齿轮传动机构且无自锁。减速传动机构23与卷绕轮、特别是链轮24连接，该卷绕轮可以通过旋转来上卷或退卷弯曲柔性的牵引部件（在链轮的情况下是链条25）。在此，卷绕轮25的旋转优选限制为小于360°。牵引部件，特别是链条25，在一端与卷绕轮24连接。链条25或其它牵引部件以另一端与阀门闭合件19或与该阀门闭合件相连的阀杆连接，以在阀门驱动器21激活时克服闭合弹簧20的力而将阀门闭合件19从阀座17拉开。

步进马达27优选构造成至少两相。图5示出了关于一个相的操控电路。用于步进马达的第二相的操控电路相应地设计，但未在图5中进一步示出。

操控电路26包括控制装置27，该控制装置将来源于阀门驱动器21的输入端口28的直流电压或交流电压（例如24 V控制电压或230 V控制电压）转换为用于步进马达22的操控脉冲。相应的逆变器电路29在图5中仅示意性地示为电源。典型地，该逆变器电路将电流调节为准正弦形，从而能够实现马达的平稳运行，而无由硬步骤（harte Schritte）产生的干扰性振动。这就是所谓的微步骤运行，每四分之一波长具有典型的16个以及直至256个采样点。

操控电路（Ansteuerschaltung）26还包括阻尼电流回路30，该阻尼电流回路包括至少一个电容器31。转换开关32设置用于将步进马达22 的绕组与逆变器电路29或制动电流回路30交替地连接。转换开关32由控制电路（Steuerschaltung）27控制。转换开关可以构造成转换继电器或电子开关。

根据本发明的阀门系列11包括构造不同的阀门10、12、13，这些阀门具有统一的阀门驱动器21。因此，提供阀门系列11的阀门10、12、13包括提供不同的阀门壳体14，该阀门壳体具有相应地位于内部的阀门闭合件19、19a、19b及其配属的闭合弹簧20。到此为止提供的阀门壳体和阀门闭合件和阀弹簧典型地是特定于阀门类型A、阀门类型B或阀门类型C。但是对于所有阀门类型A、B、C，只提供唯一一种以阀门驱动器21为形式的驱动类型，不会进行任何个性化。

阀门闭合件在闲置位置由于闭合弹簧20施加的力而坐放于阀座17上。若现在向阀门驱动器21在其端口28处供应电压，则会激活逆变器电路29。同时，转换开关32位于图5所示的位置，该转换开关在该位置将步进马达22与逆变器电路29连接。步进马达22这时运行到打开位置并在此处停住。这可以通过计数由逆变器29输出的步进脉冲来检查，或通过安装在阀门驱动器21上和/或阀门10、12或13的其他位置上的位置传感器来检查。

若阀门10、12或13闭合，则端口28无电压地接通。在这种情况下，转换开关32也将断开逆变器电路29和步进马达22之间的连接，并为此将后者与阻尼电流回路30连接。若转换开关32构造成继电器，则继电器断电，并且转换开关32从图5所示的工作位置移到其闲置位置，该转换开关在该闲置位置中将阻尼电流回路与步进马达22连接。

在这种状态下，闭合弹簧20在闭合方向上推动阀门闭合件19，并在此转动以发电机模式工作的步进马达22。在该步进马达的绕组上所产生的交流电压引起了通过电容器31的电流。该电流与步进马达22的线圈电感形成谐振回路。一旦流经阻尼电流回路的电流的频率接近该谐振回路的谐振频率，则产生步进马达22的增大的反作用矩，从而使该步进马达随转数的增加而超比例地减速。由此限制了马达转数，从而能够顺畅地、而不被制动地并且尤其是不那么突然地闭合阀门10、12或13。由于谐振回路的转数稳定化作用，在此，根据力-路程特征曲线I，弹簧力的降低在较小的阀门类型中起次要作用。这些阀门类型也顺畅地闭合。另一方面，例如根据力-路程特征曲线II，具有较强弹簧的阀门不会过快地闭合。谐振回路的非线性制动效果平衡了不同的弹簧力，从而使相同的阀门驱动器的步进马达22的转数在不同的闭合弹簧的情况下保持在严格的公差范围内。

根据本发明的阀门系列包括多个阀门类型A、B、C，这些阀门类型具有不同结构尺寸的阀门，其中，阀门系列11的多个、优选所有的阀门类型A、B、C具有统一的阀门驱动器21，其中，阀门10、12、13的阀门闭合件19执行相同的打开升程，但这些阀门闭合件可以不同地构造，特别是可以具有不同的直径。而且，各种阀门类型A、B、C的闭合弹簧20可以具有不同的特征曲线且具有不同的强度。

附图标记说明：

10 第一阀门

A 第一阀门类型

11 阀门系列

12 第二阀门

13 第三阀门

B、C 第二和第三阀门类型

14 阀门壳体

15 输入接头

16 输出接头

17、17a、17b 阀座

18 分隔壁

19、19a、19b 阀门闭合件

20 闭合弹簧

21 阀门驱动器

I、II 力-路程特征曲线

F_A 第一阀门10的闭合弹簧20的闭合力

F_B 第二阀门12的闭合弹簧20的闭合力

F_H 处于打开位置的闭合弹簧20的力

22 步进马达

23 减速传动机构

24 卷绕轮

25 链条/弯曲柔性的牵引部件

26 操控电路

27 控制电路

28 端口

29 逆变器电路

30 阻尼电流回路

31 电容器

32 转换开关

33 法兰

34 密封面

35 孔

36 第一孔分布圆

37 第二孔分布圆

Claims (15)

1.阀门系列（11），其包括不同结构尺寸的多个阀门类型（A、B、C），

其中，所述阀门系列（11）的每个阀门类型（A、B、C）都具有能线性运动的阀门闭合件（19），所述阀门闭合件配设有阀座（17）、闭合弹簧（20）和阀门驱动器（21），

其中，所有阀门类型（A、B、C）的阀门驱动器（21）构造一致，并提供一致的最大升程（h）。

2.根据权利要求1所述的阀门系列，其特征在于，存在至少两种阀门类型（A、B、…），其闭合弹簧（20）具有不同的特征曲线（I、II）。

3.根据权利要求2所述的阀门系列，其特征在于，当所述阀门闭合件（19）座放在所述阀座（17）上时，不同的闭合弹簧（20）构造成施加不同的闭合力。

4.根据权利要求2或3所述的阀门系列，其特征在于，当所述阀门闭合件（19）处于打开位置时，不同的闭合弹簧（20）构造成优选施加相同的闭合力。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的阀门系列，其特征在于，具有较小阀座直径的阀门类型（A）的闭合弹簧（20）具有相比于具有较大阀座直径的阀门类型（B）的闭合弹簧（20）斜度更大的力-路程特征曲线（I），和或具有单阀座（17）的阀门类型（A）的闭合弹簧（20）具有相比于具有双阀座（17a、17b）的阀门类型（C）的闭合弹簧（20）斜度更大的力-路程特征曲线（I）。

6.根据前述权利要求的任一项所述的阀门系列，其特征在于，一致的阀门驱动器（21）施加自锁力，所述自锁力小于所述阀门结构系列（11）的每个阀门类型（A、B、C）的闭合弹簧（20）的闭合力。

7.根据权利要求6所述的阀门系列，其特征在于，所述自锁力小于所述闭合弹簧（20）在阀门闭合状态下的闭合力。

8.根据前述权利要求中任一项所述的阀门系列，其特征在于，所述阀门驱动器（21）具有步进马达（22），所述步进马达通过减速传动机构（23）和牵引机构（25）直接或间接地与所述阀门闭合件（19）连接。

9.根据前述权利要求中任一项所述的阀门系列，其特征在于，所述阀门驱动器（21）的步进马达（22）配设有控制装置（27），所述控制装置具有电的阻尼电路（30）。

10.根据权利要求9所述的阀门系列，其特征在于，所有阀门类型（A、B、C）的阀门驱动器（21）的电的阻尼电路（31）具有相同的几何尺寸。

11.根据权利要求9或10所述的阀门系列，其特征在于，所述电的阻尼电路（31）具有至少一个电容制动电流回路。

12.一种用于提供具有不同结构尺寸的多个阀门类型（A、B、C）的阀门系列的方法，其具有以下步骤：

提供不同类型（A、B、C）的阀门（10、12、13），其中，所述阀门系列的每个阀门都具有能线性运动的阀门闭合件（19）以及阀座（17），

提供闭合弹簧（20），

提供一致的阀门驱动器（21），

将所述阀门（10、12、13）、所述闭合弹簧（20）和所述阀门驱动器（21）接合到一起。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，阀门类型特定地提供所述闭合弹簧（20），使得所述结构系列中的至少两个阀门类型（A、B）的闭合弹簧（20）彼此不同。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，阀门类型非特定地提供所述阀门驱动器（21）。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述阀门驱动器包括用于阻尼闭合运动的阻尼电路（31、32），阀门类型非特定地提供所述阻尼电路。