CN109990125A - 调节阀组件 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种用于调节流体流的调节阀组件(10)，所述调节阀组件包括电的阀驱动马达(12)，其中借助于阀驱动马达(12)可沿着阀杆轴线(18)调节包括截锥状的密封部段(20)的阀杆(16)，并且截锥状的密封部段(20)根据阀杆(16)的位置释放或切断连接流体入口(26)和流体出口(28)的流动通道(24)。在此，设有压力均衡通道(34)，所述压力均衡通道至少在调节阀组件(10)的关闭状态中将阀杆(16)的与阀驱动马达(12)相反的端部(36)与压力均衡区域或所述流体出口(26)流体连接。

Description

调节阀组件
技术领域
本发明涉及一种用于调节流体流的调节阀组件。
背景技术
这种阀组件从现有技术中已知并且通常经由电的阀驱动马达操作。
于是借助于电的阀驱动马达调节阀元件，使得完成调节目的。也就是说，阀元件不仅能够占据打开和关闭的位置，而且也通常能够占据多个中间位置。关于这一点例如能够涉及对压力或体积流的调节。
发明内容
本发明的目的是，提出一种紧凑的并且在重量方面轻的调节阀组件。
所述目的通过一开始提及类型的调节阀组件实现，所述调节阀组件包括电的阀驱动马达，其中借助于阀驱动马达可沿着阀杆轴线调节包括截锥状的密封部段的阀杆，并且截锥状的密封部段根据阀杆的位置释放或者切断将流体入口和流体出口连接的流动通道，其中设有压力均衡通道，所述压力均衡通道至少在调节阀组件的关闭状态中将阀杆的与阀驱动马达相反的端部与压力均衡区域或者流体入口流体连接。如果在本文中压力均衡通道与压力均衡区域连接，那么该压力均衡通道也能够称为排气通道。
压力均衡区域也能够通过调节阀周围环境，即围绕调节阀的空间，或者通过调节阀组件的壳体的内部形成。优选地，压力均衡区域是阀驱动器壳体的内部空间。
为了将阀驱动马达的转动的驱动运动转换为阀杆沿着阀杆轴线的平移的调节运动，优选设有传动元件，经由所述传动元件，阀驱动马达和阀杆耦联。通过压力均衡通道，至少在调节阀组件的关闭状态中在阀杆的与阀驱动马达相反的端部处存在与在压力均衡区域中或者在流体入口处基本上相同的压力。该压力作用于阀杆的如下面，所述面关于阀杆轴线轴向地设置或者至少具有轴向的面份额。该面能够关于其取向划分为两个组，这两个组分别沿着相反的轴向方向取向。从压力与面的共同作用中因此产生沿着轴向方向作用于阀杆的力，所述力至少部分地相互抵消。由此，在流体入口处存在压力负载的流体的前提下，由于压力均衡通道和上述面，没有或者相对小的出自压力负载的流体的、所得到的力作用到阀杆上，从而作用到阀驱动马达上。这相对于不具有压力均衡通道的调节阀组件是尤其适用的。也就是说，压力均衡通道引起：相对于不具有压力均衡通道的调节阀组件，在流体入口处的压力水平保持不变时，功率较弱的阀驱动马达对于调节阀组件的功能性而言就足够了。调节阀组件由此也具有明显更低的能量消耗。对于基于不具有压力均衡通道的调节阀组件的阀驱动马达不改变的情况，压力均衡通道使得调节阀组件即使在流体入口处压力较高时也可以使用。由于功率较弱的阀驱动马达通常也具有较紧凑的构造以及较轻的重量的事实，由此在流体入口处的压力水平相同时能够整体上更小和更轻地构造调节阀组件。
也就是说，阀驱动马达优选构成为转动的电驱动器。换言之，阀驱动马达是旋转驱动器。
调节阀组件在此能够构成为所谓的比例阀。于是，流动经过调节阀组件的流量与阀杆沿着阀杆轴线的调节行程成比例。换言之，在流量和调节行程之间产生线性关系。该特性决定性地通过所释放的流动通道的由截锥状密封部段限定的横截面确定。
在一个优选的实施方式中，从流体入口朝向流体出口取向的流体流动方向至少在阀座的区域中与截锥状密封部段的增粗方向同向地取向。增粗方向在此与截锥状密封部段的渐缩方向相反。在此，提及截锥状的密封部段的座下迎流这出于如下原因是有利的：所述座下迎流引起流体入口和流体出口之间的相对小的压力损失。
调节阀组件此外能够构成为，使得如果密封部段运动远离阀驱动马达，那么所述密封部段朝向其打开位置移动。
替选地，调节阀组件也能够构造为，使得如果密封部段运动远离阀驱动马达，那么密封部段朝向其关闭位置移动。
优选地，截锥状的密封部段和阀座共同地起径向密封的作用。径向密封在此应理解为是关于阀杆轴线的。因此产生调节阀组件的可靠的密封作用。也就是说，流动通道能够被可靠地切断并且在阀开度小时，即在调节行程小时，确保流量-调节行程特征曲线的成比例的变化。
阀杆的与阀驱动马达相反的端部，尤其阀杆的由该端部包围的轴向端面，能够对设置在调节阀壳体中的空腔限界并且压力均衡通道能够将空腔与压力均衡区域或者流体入口流体连接。由于空腔，阀杆至少在一端处不伸入其离开调节阀壳体的任何位置中。阀杆的另一端能够容纳在阀驱动器壳体中，所述阀驱动器壳体能够实现与调节阀周围环境的空气交换或者能够完全地包封阀驱动器。由此，阀杆被保护以免负面的环境影响。如果压力均衡通道与作用为压力均衡区域的调节阀周围环境连接，那么也是这种情况，因为该压力均衡通道具有相对小的横截面并且能够设有如下设备，所述设备防止异物颗粒引入到压力均衡通道中，所述设备例如是过滤器或者网。因此，调节阀周围环境也被保护以防离开的流体和/或可能存在的润滑剂。得到可靠地起作用的调节阀组件。
根据一个变型形式，压力均衡通道在调节阀壳体中伸展。在此，压力均衡通道能够作为钻孔或者在铸造方法的过程中引入调节阀壳体中。压力均衡通道例如能够基本上沿着阀杆轴线取向并且通入调节阀周围环境中。替选地，压力均衡通道能够基本上横向于阀杆轴线定向并且与流体入口流体连接。在这两个替选方案中，压力均衡通道可相对简单地引入调节阀壳体中并且允许可靠且快速的压力均衡。
替选地，压力均衡通道伸展到阀杆中。在此，压力均衡通道也能够借助于常用于生产阀杆的制造方法引入到阀杆中。压力均衡通道例如能够切削地或者通过成型来制造。在本文中阀杆能够由金属、陶瓷或者由塑料构成。优选地，压力均衡通道在阀杆的制造过程期间引入。就此而言，在制造阀杆时通过压力均衡通道仅产生非常小的额外耗费。
有利地，压力均衡通道在此包括基本上沿着阀杆轴线伸展的压力均衡通道部段和基本上横向于阀杆轴线伸展的压力均衡通道部段，特别地，其中横向于阀杆轴线伸展的压力均衡通道部段完全地横穿阀杆。有利地，压力均衡通道的这两个部段构成为钻孔。这涉及横向于阀杆轴线伸展的压力均衡通道部段，因此与必须注意盲孔的足够深度相比，在生产方面可更简单地设置贯通孔。此外，因此降低不期望的切屑留在钻孔中的概率。此外，压力均衡通道因此具有两个调节阀周围环境侧的通口。由于这种冗余，尤其可靠地确保压力均衡。沿着阀杆轴线伸展的压力均衡通道部段尤其用于，将在压力均衡期间流动穿过压力均衡通道的流体从调节阀的密封区域中引导出来。
在调节阀组件的关闭状态中，压力均衡通道的流体入口侧的通口设置在阀座的流体入口侧上，特别地，其中压力均衡通道的流体入口侧的通口与密封部段相邻地设置。通过流体入口侧的通口尽可能靠近密封部段的方式，关于第二标准改进压力均衡。一方面，在进行压力均衡时维持严格的公差，因为在通口和阀座之间存在仅相对短的管路部段，所述管路部段整体上基于由这些管路部段引起的压降而影响压力均衡。另一方面，压力均衡能够相对快地进行，因为流动路径是相对短的。整体上产生快速且可靠的压力均衡。
在调节阀组件的关闭状态中，压力均衡通道的压力均衡区域侧的通口也能够设置在阀驱动器壳体的内部。也就是说，压力均衡区域侧的通口不直接与调节阀周围环境流体连接，而是经由阀驱动器壳体保护。对于使用严密/气密密封的阀驱动器壳体这种情况，其中所述阀驱动器壳体例如应用于防爆或者一般在具有高的IP保护等级的应用场合中使用，压力均衡区域侧的通口主要不与调节阀周围环境流体连接。由此极为有效地防止，污物和其它所不期望的异物颗粒从调节阀的周围环境侵入到压力均衡通道中。压力均衡由此可尤其可靠地实施。
优选地，阀驱动马达可双向运行，特别地，其中阀杆是不被弹簧加载的。在此，双向是指：阀驱动马达不仅能够沿着打开方向而且能够沿着关闭方向主动地驱动阀杆。由此，阀杆可沿着这两个方向精确地控制。由此，通常在一侧起作用的阀驱动马达中不需要设置用于复位阀驱动马达的弹簧。由此，取消了调节阀组件内部的故障源，使得该调节阀组件整体上尤其可靠地工作。
阀驱动马达也能够是自锁的。在本文中，自锁是指：马达在未通电的状态中无法通过从外部对阀杆起作用的力来运动。这种力例如能够由流体压力引起。由此，阀驱动马达始终位于限定的位置中，由此调节阀组件的调节质量高。
根据一个设计方案变型形式，在调节阀组件的关闭状态中，阀杆的与压力均衡区域流体连接并且指向阀驱动马达的、所有沿着轴向方向取向的面积累加地对应于：阀杆的与压力均衡区域流体连接并且指向与阀驱动马达相反的方向的、沿着轴向方向取向的累加的面积的75％至125％。由此也防止阀杆的所谓的固定吸附，即在阀杆的一端上产生负压。在理想化地考虑时，消除沿着轴向方向作用到阀杆上的力。于是阀杆完全地卸除压力并且能够借助于相对小的力运动。在阀杆运行时仅须克服摩擦。然而，在实际的观点中，完全的补偿是不可信的，使得如果在轴向上沿着相反的方向起作用的力基本上在量值上对应从而大致消除，也就足够了。当轴向的力直至90％的量值一致时，通常称之为实际上的完全补偿。
替选地，在调节阀组件的关闭状态中，阀杆的与流体入口流体连接并且指向阀驱动马达的、所有沿着轴向方向取向的面积累加地对应于：阀杆的与流体入口流体连接并且指向与阀驱动马达相反的方向的、沿着轴向方向取向的累加的面积的75％至125％。上述为了相对于调节阀周围环境的压力均衡而实现的效果和优点类似地适用于相对于流体入口的压力均衡。
附加地，在调节阀组件的关闭状态中，阀杆的与流体出口流体连接并且指向阀驱动马达的、所有沿着轴向方向取向的面积累加地对应于：阀杆的与流体出口流体连接并且指向与阀驱动马达相反的方向的、沿着轴向方向取向的累加的面积的75％至125％。由此发生关于流体出口的压力均衡。该压力均衡尤其当在流体出口处预测有所谓的背压时实行。流体出口侧的压力均衡能够仅经由上述在阀杆处的面来进行从而能够在没有压力均衡通道的情况下实现。关于其它效果和优点参见对压力均衡区域侧的和流体入口侧的压力均衡的说明。
附图说明
接下来根据不同的实施例阐述本发明，所述实施例在附图中示出。附图示出：
图1示出根据第一实施方式的根据本发明的调节阀组件的剖视图，
图2示出关于图1的细节视图，
图3示出根据第二实施方式的根据本发明的调节阀组件的对应于图2的视图，其中调节阀组件在打开状态中示出，
图4示出图3中在关闭状态中的根据本发明的调节阀组件，以及
图5示出根据第三实施方式的根据本发明的调节阀组件的剖视图。
具体实施方式
图1示出用于调节未详细示出的流体流的调节阀组件10。
为此，调节阀组件10包括电的阀驱动马达12，所述阀驱动马达设置在阀驱动器壳体14中。
借助于阀驱动马达12能够沿着阀杆轴线18调节阀杆16。
出于该目的，在阀驱动马达12和阀杆16之间连接有传动元件17。
阀驱动马达12可双向地运行。也就是说，阀驱动马达能够使阀杆16在两个相反的、沿着阀杆轴线18取向的方向上运动。
给阀杆16加负荷的弹簧19在本文中严格来说是不需要的。当前，当阀驱动马达使阀杆16沿着指向阀驱动马达12的方向运动时，所述弹簧仅用于辅助该阀驱动马达12。弹簧19也能够被省去。
此外，阀驱动马达12是自锁的。这是指：阀驱动马达12在未通电的状态中也无法通过从外部作用到阀杆16上的力运动。
在阀杆16上设有截锥状的密封部段20，所述密封部段根据阀杆16的位置与阀座22共同地起径向密封的作用。密封部段20在本文中也能够称为调节锥。
在调节阀组件10的打开状态中，截锥状的密封部段20释放流动通道24，所述流动通道将调节阀10的流体入口26与调节阀组件10的流体出口28连接。
在调节阀组件10的关闭状态中，截锥状的密封部段20切断流动通道24。由此流体入口26和流体出口28也彼此分开。
在此，调节阀组件10设计为，使得截锥状的密封部段20朝向打开状态远离阀驱动马达12运动。
除此之外，截锥状的密封部段20设置为，使得从流体入口26经由流动通道24伸展至流体出口28的流体流动方向在阀座22的区域中与截锥状的密封部段20的增粗方向30同向地取向，所述增粗方向通过箭头来表征。这也被称为座下迎流。
阀座22、流动通道24以及阀杆16的大部分位于调节阀壳体32中。
附加地，设有压力均衡通道34，所述压力均衡通道将阀杆16的与阀驱动马达12相反的端部与流体入口26流体连接。
在此，压力均衡通道34在调节阀壳体32中伸展。
阀杆16的与阀驱动马达12相反的端部36，更确切地说，阀杆16的由该端部36包围的轴向端面38(参见图2)，对设置在调节阀壳体32中的空腔40限界。
也就是说，压力均衡通道34将流体入口26与空腔40流体连接。
在调节阀组件10的在图3和4中示出的第二实施方式中，压力均衡通道34在阀杆16中伸展。
在此，压力均衡通道34具有基本上沿着阀杆轴线18伸展的压力均衡通道部段34a和基本上横向于阀杆轴线18伸展的压力均衡通道部段34b。
横向于阀杆轴线18伸展的压力均衡通道部段34b完全地横穿阀杆16。
此外，压力均衡通道部段34a、34b设置在阀杆16中，使得在调节阀组件10的关闭状态中，压力均衡通道34的流体入口侧的通口42设置在阀座22的流体入口侧上。
在图4中示出的实施方式中，通口42通过横向于阀杆轴线18伸展的压力均衡通道部段34b的两个相反的端部形成。
此外，流体入口侧的通口42与密封部段20相邻地设置。
也就是说，在第二实施方式中压力均衡通道34也将阀杆16的与阀驱动马达12相反的端部与流体入口26流体连接。
对于第二实施方式的其它特征和特性参见对第一实施方式的阐述。
调节阀组件10的第三实施方式在图5中示出。
相对于上述实施方式，阀杆16此时与在图5中未详细示出的阀驱动马达12连接为，使得所述阀杆朝向调节阀组件10的打开状态、向着阀驱动马达12运动。
在阀杆16中伸展的压力均衡通道34此时将阀杆16的与阀驱动马达12相反的端部36与压力均衡区域连接，所述压力均衡区域在第三实施方式中通过阀驱动器壳体14的内部形成。
在此，在调节阀组件10的关闭状态中，压力均衡通道34的至压力均衡区域的通口44设置在阀驱动器壳体14内部。
通口44再次通过压力均衡通道部段34b的这两个相反的端部形成。
在一个附加的变型形式中，以在图5中示出的实施方式为出发点，压力均衡通道34由通风通道46补充或替代。
第三实施方式的其余特性和特征从所参照的上述阐述中得出。
在所有实施方式中，借助于压力均衡通道34引起压力均衡的目的都是：保持阀杆16不受所引起的、沿着阀杆轴线18取向的力。
换言之，沿着阀杆轴线18，至少在调节阀组件10的关闭状态中，所引起的力不应作用于阀杆16。
在这种状态中，借助于阀驱动马达12仅须用相对小的驱动力，以便使阀杆16运动。
为了实现上述内容，阀杆16的与压力均衡区域流体连接并且指向阀驱动马达12的、所有沿着阀杆轴线18在轴向方向上取向的面积累加地对应于：阀杆16的同样与压力均衡区域流体连接并且指向与阀驱动马达12相反的方向的、在轴向方向上取向的累加的面积的75％至125％。
如已经阐述的那样，在根据图5的实施方式中，压力均衡通道通过阀驱动器壳体14的内部形成。
也就是说，在存在于压力均衡区域中的压力基本上恒定之后，能够通过如下方式实现消除力：沿着不同的轴向方向取向的面积彼此均衡。
在本文中，在倾斜地伸展的面中，仅考虑投影到轴向平面中的面积。
得出实际上卸除压力的阀杆16。也就是说，由于所施加的流体压力，所述阀杆基本上不经受所产生的、沿着阀杆轴线18作用的力。
同样适用的是：压力均衡通道将与阀驱动马达12相反的端部36与流体入口26流体连接。
于是，在调节阀组件10的关闭状态中，阀杆16的与流体入口26流体连接并且指向阀驱动马达12的、所有沿着阀杆轴线18在轴向方向上取向的面积累加地对应于：阀杆16的与流体入口26流体连接并且指向与阀驱动马达12相反的方向的、在轴向方向上沿着阀杆轴线18取向的累加的面积的75％至125％。
在此，在倾斜伸展的面中也仅需考虑投影到轴向平面中的面积。
由此，即使在与流体入口26连接的压力均衡通道34中也产生实际上卸除压力的阀杆16。也就是说，所述阀杆基本上不经受所引起的、沿着阀杆轴线18作用的力。
附加地，根据图1和5中的实施方式的调节阀组件10也关于流体出口28卸除压力。
也就是说，在调节阀组件10的关闭状态中，阀杆16的与流体出口28流体连接并且指向阀驱动马达12的、所有在轴向方向上取向的面积累加地对应于阀杆16的与流体出口28流体连接并且指向与阀驱动马达12相反的方向的、在轴向方向上取向的累加的面积的75％至125％。
因此，以可能施加在流体出口28上的反压力为出发点，没有或者仅有相对小的所引起的力作用到阀杆16上。

Claims (14)

1.一种用于调节流体流的调节阀组件(10)，具有电的阀驱动马达(12)，其中借助于所述阀驱动马达(12)能够沿着阀杆轴线(18)调节包括截锥状的密封部段(20)的阀杆(16)，并且所述截锥状的密封部段(20)根据所述阀杆(16)的位置释放或切断连接流体入口(26)和流体出口(28)的流动通道(24)，其中设有压力均衡通道(34)，所述压力均衡通道至少在所述调节阀组件(10)的关闭状态中将所述阀杆(16)的与所述阀驱动马达(12)相反的端部(36)与压力均衡区域或所述流体出口(26)流体连接。
2.根据权利要求1所述的调节阀组件(10)，其特征在于，从所述流体入口(26)至所述流体出口(28)取向的流动方向至少在所述阀座(22)的区域中与所述截锥状的密封部段(20)的增粗方向(30)同向地取向。
3.根据权利要求1或2所述的调节阀组件(10)，其特征在于，所述截锥状的密封部段(20)和所述阀座(22)共同起径向密封的作用。
4.根据权利要求1所述的调节阀组件(10)，其特征在于，所述阀杆(16)的与所述阀驱动马达(12)相反的端部(36)，尤其所述阀杆(16)的由所述端部(36)包围的轴向端面(38)，对设置在调节阀壳体(32)中的空腔(40)限界，并且所述压力均衡通道(34)将所述空腔(40)与所述压力均衡区域或所述流体出口(26)流体连接。
5.根据权利要求4所述的调节阀组件(10)，其特征在于，所述压力均衡通道(34)在所述调节阀壳体(32)中伸展。
6.根据权利要求4或5所述的调节阀组件(10)，其特征在于，所述压力均衡通道(34)在所述阀杆(16)中伸展。
7.根据权利要求6所述的调节阀组件(10)，其特征在于，所述压力均衡通道(34)包括基本上沿着所述阀杆轴线(18)伸展的压力均衡通道部段(34a)和基本上横向于所述阀杆轴线(18)伸展的压力均衡通道部段(34b)，特别地，其中横向于所述阀杆轴线(18)伸展的压力均衡通道部段(34b)完全地横穿所述阀杆(16)。
8.根据权利要求7所述的调节阀组件(10)，其特征在于，在所述调节阀组件(10)的关闭状态中，所述压力均衡通道(34)的流体入口侧的通口(42)设置在所述阀座(22)的流体入口侧上，特别地，其中所述压力均衡通道(34)的流体入口侧的通口(42)与所述密封部段(20)相邻地设置。
9.根据权利要求7所述的调节阀组件(10)，其特征在于，在所述调节阀组件(10)的关闭状态中，所述压力均衡通道(34)的压力均衡区域侧的通口(44)设置在所述阀驱动器壳体(14)的内部。
10.根据权利要求1所述的调节阀组件(10)，其特征在于，所述阀驱动马达(12)能双向地运行，特别地，其中所述阀杆(16)是不被弹簧加载的。
11.根据权利要求1所述的调节阀组件(10)，其特征在于，所述阀驱动马达(12)是自锁的。
12.根据权利要求1所述的调节阀组件(10)，其特征在于，在所述调节阀组件(10)的关闭状态中，阀杆(16)的与所述压力均衡区域流体连接并且指向阀驱动马达(12)的、所有沿着轴向方向取向的面积，累加地对应于：阀杆(16)的与所述压力均衡区域流体连接并且指向与所述阀驱动马达(12)相反的方向的、沿着轴向方向取向的累加的面积的75％至125％。
13.根据权利要求1所述的调节阀组件(10)，其特征在于，在所述调节阀组件(10)的关闭状态中，阀杆(16)的与所述流体入口(26)流体连接并且指向阀驱动马达(12)的、所有沿着轴向方向取向的面积，累加地对应于：阀杆(16)的与所述流体入口(26)流体连接并且指向与所述阀驱动马达(12)相反的方向的、沿着轴向方向取向的累加的面积的75％至125％。
14.根据权利要求1所述的调节阀组件(10)，其特征在于，在所述调节阀组件(10)的关闭状态中，阀杆(16)的与所述流体出口(28)流体连接并且指向阀驱动马达(12)的、所有沿着轴向方向取向的面积，累加地对应于：阀杆(16)的与所述流体出口(28)流体连接并且指向与所述阀驱动马达(12)相反的方向的、沿着轴向方向取向的累加的面积的75％至125％。
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