CN114341763A - 压力调节阀和压力调节器 - Google Patents

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Abstract

一种用于气体和/或液体的压力调节阀(100)，带有用于开通和关闭第一流动路径(4)或第二流动路径(14)的第一密封体(6)和第二密封体(12)。第一和第二密封体(6、12)可安装在气体和/或液体的入口(2)中，以便在其中限定第一和第二流动路径(4、14)。第一密封体(6)可轴向移动地引导。第二密封体(6)可轴向移动地在第一密封体(6)中引导。第一密封体(6)可通过力以从出口(3、7)到入口(2)的作用方向从关闭位置移动到第一流动路径(4)开通的打开位置。第二密封体(12)可通过力以从出口(3、7)到入口(2)的作用方向从关闭位置移动到第二流动路径(14)开通的打开位置。

Description

压力调节阀和压力调节器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于气体和/或液体的通用压力调节阀。本发明还涉及一种具有压力调节阀的压力调节器。
背景技术
用于储存标称压力高达700bar的气体燃料比如天然气或氢气的燃料储存系统尤其设计有压力调节器，当流经它时，压力气体容纳部的储存压力会降低到负载的工作压力。
压力调节器通常由在高压侧(储存器)的入口侧入口和低压侧(负载)的出口侧出口之间的至少一个流动路径组成，带有在流动路径中的阀门和用于影响阀门位置的操纵装置，该阀门作为用于改变该流动路径的通流横截面的打开机构，其中，根据压力调节器的设计而定，将压力调节阀布置在高压侧或低压侧，其中，根据压力调节器的设计而定，将操纵装置布置在高压侧或低压侧。
尤其从US 6523656、DE 10325846或DE 102007039925中已知在高流量下用于大的入口压力波动和最小可能的出口压力波动的这种压力调节器。US 6523656公开了一种两级压力调节器，其具有用于两个单独的压力调节器的相应的构造成本。DE 10325846公开了一种单级的压力平衡的压力调节器，其缺点是由弹性体制成的压力加载的动态的高压密封件。DE 102007039925公开了一种单级的压力调节器，其具有平行布置的流动横截面和两个封闭件，但控制行为不稳定，因为只有第一个封闭件对出口侧的压力波动做出反应。
发明内容
本发明的一个目的是，为机械的、电的、电磁的、气动的、液压的、混合的或圆顶压力调节器提出一种普遍适用的压力调节阀，其具有高的控制质量，并且在整个入口压力和流量范围内采用简单的构造方式具有稳定的控制行为且安装空间小。本发明的另一个目的是，提出一种具有压力调节阀的压力调节器，该压力调节阀具有所述特性。
该目的通过提出一种具有权利要求1的特征的压力调节阀以及通过提出一种具有根据本发明的压力调节阀的压力调节器来实现。本发明的有利设计在从属权利要求和说明书中阐述。压力调节阀包括两个同轴设置的不同标称宽度的流动路径和两个同轴设置的密封体的总成，密封体用于封闭高压侧的两个流动路径，其中，两个密封体无一例外地由设置在低压侧的操纵装置打开和关闭。
根据本发明的用于气体和/或液体的压力调节阀具有用于开通和关闭在气体和/或液体的入口和出口之间的第一流动路径的第一密封体和在入口和出口之间的用于开通和关闭第二流动路径的第二密封体，其中，第一和第二流动路径以不同的标称宽度同心地布置。第一和第二密封体被设计用来安装到气体和/或液体的入口中，并在其中限定第一和第二流动路径，其中，第一和第二密封体彼此同心地并且与两条流动路径同心地布置。第一密封体可轴向移动地引导，第二密封体可轴向移动地在第一密封体内引导。第一密封体被设计用来通过操纵装置的力，以从出口到入口的作用方向，从关闭位置移动到第一流动路径开通的打开位置，第二密封体被设计用来通过操纵装置的力，以从出口到入口的作用方向，从关闭位置移动到第二流动路径开通的打开位置。
在根据本发明的压力调节阀的一个优选实施方式中，第二密封体被设计用来以从出口到入口的作用方向，直接被施加压力，作为操纵装置的力，用于从关闭位置移动到打开位置，并且第一密封体被设计用来以从出口到入口的作用方向，间接地被施加压力，作为操纵装置的力，用于从关闭位置移动到打开位置，其方式为，两个密封体通过附件相互耦接，该附件形成在两个密封体中的至少一个上，其中，附件被设计用来将施加到第二密封体上的压力作为操纵装置的力传递到第一密封体上。在压力调节阀的该实施方式的一种改进中，为了移动第一密封体，附件具有在第一密封体上的支撑面和在第二密封体上的支撑面，并且一旦第二密封体的支撑面抵靠在第一密封体的支撑面上，第一密封体可通过压力作为操纵装置的力移动到第二密封体上。
根据本发明的压力调节器具有壳体，该壳体带有用于气体和/或液体的高压侧的入口和低压侧的出口。根据本发明的压力调节阀安装到入口中。在压力调节器的低压侧，设置有操纵装置，该操纵装置与压力调节阀耦接，并被设计用来根据出口中的目标压力，以从出口到入口的作用方向，将力、特别是压力施加到压力调节阀的第一和第二密封体上。
附图说明
本发明的特征由对可能的实施方式的以下描述和基于附图得到。
图1示出了根据本发明的压力调节阀在关闭状态下的可能的实施方式；
图2示出了图1的在低流量或高的入口压力情况下处于打开状态的压力调节阀；
图3示出了在高流量或低的入口压力情况下处于打开状态的压力调节阀。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的通用压力调节阀100在关闭状态下的实施方式，其安装在机械式压力调节器200中，其中，压力调节阀100用于降低在压力调节器200的高压侧的压力。此外，在压力调节器200的低压侧设置有用于操纵压力调节阀100的机械式操纵装置300。操纵装置300包括：整体式的或多件式的加压活塞301，连同合适的密封件302；压缩弹簧303，用于施加设定力和调节力；用于支撑压缩弹簧303的弹簧支撑部304；整体式的或多件式的压动器305，具有用于压力调节阀100的接触表面306；和一个或多个凹部307，用于在压力调节器壳体1的一部分中引导气体。壳体1中的气体引导部包括：高压侧的入口2，用于从储存容纳部供应气体；作为第一流动路径4的通路3，带有用来相对于压力调节阀100的第一密封体6密封的密封座5；低压侧的出口7，用于将气体从压力调节器200中排出；和构件引导部8，用于径向地引导壳体1中的第一密封体6。压力调节阀100包括可轴向移动的整体式的第一密封体6，该第一密封体具有用来相对于壳体1的密封座5密封的密封座9和用来相对于在压力调节阀100的第二密封体12上的密封座11密封的密封座10。连接孔13用作在密封座9和第一密封体6的密封座10之间的第二流动路径14。位于外部的第一引导面15被设计用于在壳体1的构件引导部8上径向地引导第一密封体6。第一密封体6的位于内部的第二引导面16被设置用于在第一密封体6中轴向地引导第二密封体12。附件17用作在第一密封体6和第二密封体12之间的构件耦接部。附件17包括用于移动第二密封体12的支撑面18。第一密封体6具有一个或多个切口19，用于将高压气体供应到两个密封座9、10，且用于安装第二密封体12。可轴向移动的整体式第二密封体12在第一密封体6内部配备有：密封座11，用来相对于第一密封体6的密封座10密封；容纳部20，用于定位操纵装置300的针形压动器305的接触面306；用于在第一密封体6的引导面16上引导第二密封体12的引导面21；用于支撑在第一密封体6的支撑面18上的支撑面22；和用于容纳关闭弹簧24的位于内部的孔23。关闭弹簧24用于在操纵装置300缺失或故障时关闭压力调节阀100，以及用于在储存器压力较低时更好地密封压力调节阀100。弹簧支撑部25用于将关闭弹簧24支撑在壳体1上，该壳体具有一个或多个切口26，用于将高压气体供应到两个密封体6、12。
低压侧操纵装置300的针状压动器305设置在通路3和连接孔13内部，并在压力调节工作中抵靠在第二密封体12的容纳部20上。
通路3形成在入口2和出口7之间的第一流动路径4，并且由第一密封体6关闭或开通。第一密封体6中的连接孔13形成在入口2和出口7之间的第二流动路径14，并且由第二密封体12关闭或开通。
压力调节阀100的两个密封体6、12被设计成可轴向移动，并且仅由操纵装置300移动到它们的打开位置。低压侧操纵装置300的具有接触面306的压动器305在压力调节工作中通过容纳部20与第二密封体12直接接触，因而与操纵装置300同步地移动第二密封体12。低压侧的操纵装置300与第一密封体6没有直接连接。如果达到第二密封体12的最大行程，并且第二密封体12的支撑面22因而贴靠在第一密封体6的支撑面18上，则第一密封体6间接地通过第二密封体12与操纵装置300机械地连接，并且低压侧的操纵装置300的压动器305因而与操纵装置300同步地移动第一密封体6和第二密封体12。
第二密封体12可以在关闭状态下处于第一端位置，其密封座11贴靠在第一密封体6的密封座10上，具有第一流速；在完全打开的状态下处于第二端位置，第二密封体12的行程最大，其支撑面22贴靠在第一密封体6的支撑面18上，具有第二流速；以及处于在第一端位置和第二端位置之间的任何位置，这取决于操纵装置300的位置，具有相关的流速。在第二密封体12关闭时的第一流速为零。第二流速对应于打开的第二密封体12的标称流量。第一密封体6可以在关闭状态下处于第一端位置，其密封座9贴靠在壳体1中的密封座5上，具有第一流速；在完全打开的状态下处于第二端位置，操纵装置300的行程最大，具有第二流速；以及处于在第一端位置和第二端位置之间的任何位置，这取决于操纵装置300的位置，具有相关的流速。第一流速对应于打开的第二密封体12的标称流量。第二流速对应于打开的第一密封体6的标称流量。
根据图1，在关闭状态下，关闭弹簧24和作用压力顶压第二密封体12，使其密封座11压靠到第一密封体6上的密封座10上，因而顶压第一密封体6，使得第一密封座9压靠到壳体1中的密封座5上。第一流动路径4和第二流动路径14是关闭的。
根据图2，操纵装置300在输出压力下降时以其压动器305顶压第二密封体12，使得其密封座11克服压力和关闭弹簧24的力从第一密封体6的第二密封座10离开，因而开通第二流动路径14，直至第二密封体12的支撑面22贴靠在第一密封体6的支撑面18上。
根据图3，操纵装置300在输出压力进一步下降时，利用附件17通过构件耦接，在第二密封体12的支撑面22贴靠在第一密封体6的支撑面18上情况下，以其压动器305顶压第一密封体6，使得其密封座9克服作用的压力和关闭弹簧24的力，从壳体1中的密封座5离开，因而开通第二流动路径14，直至操纵装置300的最大行程，并且操纵装置300靠置在壳体1中。
两个密封体6、12或相关的密封座5、9、10、11经过优选的尺寸设计，从而待施加的操纵装置力随着操纵装置300的行程增加而稳定地增加，并且不会突然增加，以便能够简单地控制或调节输出压力。第二流动路径14的通流直径优选约为第一流动路径4的25％。
密封座5优选地直接设计在壳体1中，并且特别优选地对压力调节阀100进行布置，用于减小在高压连接部内的被施加压力的面积。可选地，旋入式或推入式筒(筒式设计)也是可行的，使得压力调节阀100设计有其自身的壳体，并且与压力调节器200的壳体1连接。
密封座5优选地设计为从构件引导部8到通路的锥形过渡部。可选地，垂直于构件引导部8设置的平面的面或通到通路3的过渡半径部也可以用作密封座5。
密封座10优选地设计为从引导面16到连接孔13的锥形过渡部。可选地，垂直于引导面16设置的平面的面或通到连接孔13的过渡半径部也可以用作密封座10。
密封座9优选地设计为球面。可选地，垂直于引导面15设置的平面的面、通到连接孔13的过渡半径部或圆锥面也可以用作密封座9。
密封座11优选地设计为球面。可选地，垂直于引导面16设置的平面的面、通到容纳部20的过渡半径部或圆锥面也可以用作密封座11。
针状压动器305优选地在低压侧的操纵装置300上实施。可选地，针状压动器305在第二密封体12上实施，或者分别在低压侧的操纵装置300上和第二密封体12上实施。
针状压动器305可选地设计为独立构件。
附件17优选地与第一密封体6整体式地设计。附件17可选地设计为单独的构件，并且机械地与第一密封体6连接。
第一密封体6和第二密封体12优选地分别整体式地设计。第一密封体6和/或第二密封体12可选地设计成多个部分。
可选地，关闭弹簧24不在第二密封体12的位于内部的孔23中穿过，而是被接纳在第二密封体12上的位于外部的销上。可选地采用用于第一密封体6的第二关闭弹簧。该关闭弹簧可选地支撑在第一密封体6上。
可选地，在壳体1中设计有用于接纳密封件302的凹槽。
弹簧支撑部被拧入、粘合、压入壳体中，或通过附加的构件保持定位。可选地，作为弹簧支撑部，采用过滤器。
操纵装置300的行程由壳体1进行限制，其方式为，活塞301或与活塞301连接的构件贴靠在壳体1上。可选地，使用附加的构件(例如固定环)来限制行程。
作为压缩弹簧303和/或关闭弹簧24，采用任何弹性部件或任何弹性部件的组合，其通过与变形方向相逆地作用的力来抑制其变形。
第一密封体6优选由聚合物制成，第二密封体12由金属材料制成。可选地，两个密封体6、12由聚合物或金属材料制成。
可选地，n个(任意数量)同心布置的流动路径，由n个(任意数量)同心布置的整体式密封体利用操纵装置300予以关闭和开通。
操纵装置300可以可选地设计为内嵌式变体。
由于操纵装置300的在低压侧的位置和压力调节阀100的在高压侧的位置，本发明的通用的压力调节阀100可以用于机械的、电的、机电的、气动的、液压的、混合的或圆顶的压力调节器。具有两个同心布置的流动路径4、14—这些流动路径通过两个同心布置的整体式密封体6、12利用操纵装置300来关闭和开通—的设计，减小了构造成本和安装空间。通过附件17作为构件耦接部，从关闭状态到操纵装置300的最大打开行程的稳定的打开过程，导致在整个入口压力和流量范围内的高的调节质量和稳定的调节行为。通过在壳体1中引导第一密封体6并且在第一密封体6中引导第二密封体12，实现了稳定的压力调节阀100，而流动力对调节行为的影响很小。

Claims (16)

1.一种用于气体和/或液体的压力调节阀(100)，具有用于开通和关闭在气体和/或液体的入口(2)和出口(3、7)之间的第一流动路径(4)的第一密封体(6)和在所述入口(2)和所述出口(3、7)之间的用于开通和关闭第二流动路径(14)的第二密封体(12)，其中，第一和第二流动路径(4、14)以不同的标称宽度同心地布置，其中，第一和第二密封体(6、12)被设计用来安装到气体和/或液体的所述入口(2)中，并在其中限定所述第一和第二流动路径(4、14)，其中，所述第一和第二密封体(6、12)彼此同心地并且与两条流动路径(4、14)同心地布置，其中，所述第一密封体(6)可轴向移动地引导，并且所述第二密封体(6)可轴向移动地在所述第一密封体(6)内引导，其特征在于，所述第一密封体(6)被设计用来通过操纵装置(300)的力，以从所述出口(3、7)到所述入口(2)的作用方向，从关闭位置移动到所述第一流动路径(4)开通的打开位置，并且所述第二密封体(12)被设计用来通过所述操纵装置(300)的力，以从所述出口(3、7)到所述入口(2)的作用方向，从关闭位置移动到所述第二流动路径(14)开通的打开位置。
2.根据权利要求1所述的压力调节阀(100)，其特征在于，所述第二密封体(12)被设计用来以从所述出口(3、7)到所述入口(2)的作用方向，直接被施加压力，作为所述操纵装置(300)的力，用于从所述关闭位置移动到所述打开位置，并且所述第一密封体(6)被设计用来以从所述出口(3、7)到所述入口(2)的作用方向，间接地被施加压力，作为所述操纵装置(300)的力，用于从所述关闭位置移动到所述打开位置，其方式为，所述两个密封体(6、12)通过附件(17)相互耦接，该附件形成在所述两个密封体(6、12)中的至少一个上，其中，所述附件(17)被设计用来将施加到所述第二密封体(12)上的压力传递到所述第一密封体(6)上。
3.根据权利要求2所述的压力调节阀(100)，其特征在于，为了移动所述第一密封体(6)，所述附件(17)具有在所述第一密封体(6)上的支撑面(18)和在所述第二密封体(12)上的支撑面(22)，并且一旦所述第二密封体(12)的支撑面(22)抵靠在所述第一密封体(6)的支撑面(18)上，所述第一密封体(6)可通过压力移动到所述第二密封体(12)上。
4.根据权利要求2或3所述的压力调节阀(100)，其特征在于，所述附件(17)与所述第一密封体(6)整体地设计。
5.根据权利要求2或3所述的压力调节阀(100)，其特征在于，所述附件(17)设计为单独的构件，并且与所述第一密封体(6)机械地连接。
6.根据前述权利要求中的一项所述的压力调节阀(100)，其特征在于，所述第一和/或所述第二密封体(6、12)整体地构造。
7.根据前述权利要求中任一项所述的压力调节阀(100)，其特征在于，设置有至少一个关闭弹簧(24)，用于关闭所述第一和第二密封体(6、12)，其中，所述关闭弹簧(24)可选地支撑到弹簧支撑部(25)上。
8.根据权利要求7所述的压力调节阀(100)，其特征在于，所述弹簧支撑部(25)是过滤器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的压力调节阀(100)，其特征在于，所述第二流动路径(14)的流动直径为所述第一流动路径(4)的流动直径的20-40％，优选约25％。
10.一种压力调节器(200)，具有壳体(1)，该壳体带有用于气体和/或液体的高压侧的入口(2)和低压侧的出口(7)，其特征在于，根据权利要求1至9中任一项所述的压力调节阀(100)安装到所述入口(2)中，并且在所述压力调节器(200)的低压侧设置了操纵装置(300)，所述操纵装置与所述压力调节阀(100)耦接，并且被设计用来根据所述出口(7)中的目标压力，以从出口(3、7)到所述入口(2)的作用方向，将力、特别是压力施加到所述压力调节阀(100)的第一和第二密封体(6、12)上。
11.根据权利要求10所述的压力调节器(200)，其特征在于，所述操纵装置(300)是机械的操纵装置或电的操纵装置或气动的操纵装置或液压的操纵装置或混合的操纵装置或所述操纵装置的组合。
12.根据权利要求11所述的压力调节器(200)，其特征在于，所述操纵装置(300)是机械的操纵装置，并且所述机械的操纵装置(300)的行程限制由所述壳体(1)或由与所述壳体连接的构件形成。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的压力调节器(200)，其特征在于，在所述壳体(1)中，特别是在所述入口(2)中，设置了用于径向地引导所述第一密封体(6)的构件引导部(8)。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的压力调节器(200)，其特征在于，弹簧支撑部(25)设置在所述入口(2)中，并且优选地设有用于将气体或液体供应到两个密封体(6、12)的切口(26)。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的压力调节器，其特征在于，所述操纵装置(300)具有压动器(305)，用于将压力施加到所述第一和第二密封体(6、12)上，其中，所述压动器(305)布置在第二流动路径(4)中，并且必要时也布置在第一流动路径()中。
16.根据权利要求15所述的压力调节器(200)，其特征在于，所述两个密封体(6、12)通过形成在所述两个密封体(6、12)中的至少一个上的附件(17)相互耦接，其中，所述附件(17)被设计用来与所述压动器(305)同步地移动所述第二密封体(12)和所述第一密封体(6)。
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