CN117957376A - 安全阀 - Google Patents

Abstract

为了接通高压和高流量，安全阀包括：第一主级，其在静止位置中将流体出口与第一卸载出口连接，并且在接通位置中将流体入口与至第二主级的流体连接部连接；第二主级，其在静止位置中将流体出口与第二卸载出口连接，并且在接通位置中将流体连接部与流体出口连接，其中两个主级分别设计为具有多件式挺杆的座阀，且在第一主级接通时，能够抵抗弹簧负载操作的第一挺杆部件在第一运动区段中首先密封地挺到第二挺杆部件处，由此闭合至第一卸载出口的卸载通道，并且随着另一挺杆部件的运动，流体入口和至第二主级的流体连接部之间的加载通道抵抗弹簧负载而被释放，并且在第二主级接通时，能够抵抗弹簧负载操作的第一挺杆部件在第一运动区段中首先密封地挺到第二挺杆部件处，由此闭合至第二卸载出口的卸载通道，并且随着另一挺杆部件的运动，流体连接部和流体出口之间的加载通道抵抗弹簧负载而被释放。

Description

安全阀

技术领域

本发明涉及一种用于具有高压和高流量的控制任务的安全阀。

背景技术

对于具有高压和高流量的流体控制任务，存在运行安全技术上的要求，其例如由安全特定的标准EN ISO 13849产生。在实践中，例如在由玻璃或PET构成的具有高达40巴的压力的容器的膨胀吹塑成型中存在这样的要求。相关的安全功能在此是防止机器或设施的不期望的启动，以及用于机器或设施的安全的无能量的接通或卸载的能量耗散功能。在流体技术中，作为控制装置的安全相关部件为此尤其使用适当的冗余布置的阀，从而这些部件中的一个中的单个缺陷不导致安全功能的丧失。通过此类冗余或双通道结构通常在与用于识别单个缺陷的传感的状态监测以及适当的控制装置的相互配合中，在标准意义上实现更高的类别和性能水平，并将带来危险的故障的可能性最小化，其例如可能导致不期望的机器运动或噪声排放。尤其，在具有高压的应用中，在此保护下游系统元件免受通过突然压力增加引起的损坏是重要的。就此而言，传感的状态监测例如包括接近开关或压力传感器，以能够借助于例如阀挺杆的位置或某些阀区域的压力水平来识别单个缺陷。

在现有技术中，已知具有滑阀的用于低压范围的集成气动安全阀解决方案，其中通过冗余阀功能确保防止机器部件的不期望的启动以及安全的无能量接通或排风。然而，这些解决方案不适用于具有高压和高流量的气动控制任务。

在现有技术中，还已知通过互连多个单独部件来确保在安全方面下的冗余阀功能，其中座阀解决方案尤其适用于高压和高流量。由于其大量的部件和接口，此类互连解决方案在用于安装、调试和参数化、运行中的保养以及通常不同的供应商关系的维护的成本和时间方面相对复杂。附加地，这些解决方案具有结构上的缺点，例如其相对较高的结构空间要求或例如在借助于基板的互联中由于大量流动偏转引起的能量损失。此外，通常使用的座阀在其功能上并不是无交叉的，这就是为什么在将阀从管道或机器部件的无能量接通(＝卸载)切换到能量接通(＝加载)(即加压流体供应和卸载之间的流体短路)时，卸载出口处的突然临时压力增加不能可靠地以纯粹结构方式防止。尤其在高压下，这种短路会导致显著的不期望的噪声排放和能量损失。

从EP 1 645 755 A2中已知一种用于具有多个冗余排风接通位置的压缩空气系统的软启动装置。EP 1 645 755 A2仅公开针对部件互连的解决方案，而没有公开针对其结构构造的解决方案。此外没有公开用于防止在将阀从管道或机器部件的排风切换到通风时在排风出口处的突然临时压力增加的功能或器件。

DE 11 2012 004 574 B4公开了一种流率控制装置，该流率控制装置具有打开阀/闭合阀以及两个串联布置的接通阀，利用该打开阀/闭合阀可以在节流状态和非节流状态之间切换加压流体的流率，该接通阀可分别冗余地与单独的排放出口连接。由DE 11 2012004 574 B4公开的流率控制装置没有公开接通阀的少偏转的结构构造和无交叉的功能。此外，没有公开用于防止在将阀从管道或机器部件的无能量接通切换到能量接通时卸载出口处的突然临时压力增加的功能或器件。

发明内容

本发明基于如下任务，提供一种用于接通高压和高流量的安全阀，利用该安全阀避免了现有技术的缺点。尤其，应提供一种安全阀，利用该安全阀防止不期望的启动，并确保安全的无能量接通，且同时通过纯粹结构器件安全地防止在从无能量接通切换到能量接通时卸载出口处的突然临时压力增加。此外，安全阀的结构设计应能够实现少偏转的流动引导。

根据本发明，该任务通过根据权利要求1的安全阀来解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中说明。

本发明的核心提供一种用于接通高压和高流量的安全阀，所述安全阀具有：流体入口和流体出口；第一主级，其在静止位置中将流体出口与第一卸载出口连接，并且在接通位置中将流体入口与至第二主级的流体连接部连接；第二主级，其在静止位置中将流体出口与第二卸载出口连接，并且在接通位置中将流体连接部与流体出口连接，其中两个主级分别设计为具有可线性运动的挺杆的座阀，且其中，第一主级具有多件式挺杆，并且在从静止位置到接通位置中的过渡中，能够抵抗弹簧负载操作的第一挺杆部件在第一运动区段中首先密封地挺到第二挺杆部件处，由此闭合至第一卸载出口的卸载通道，并且随着同样第二挺杆部件在第二运动区段中的运动或另一挺杆部件在另一运动区段中的运动，流体入口和至第二主级的流体连接部之间的加载通道被释放，并且第二主级具有多件式挺杆，并且在从静止位置到接通位置中的过渡中，能够抵抗弹簧负载操作的第一挺杆部件在第一运动区段中首先密封地挺到第二挺杆部件处，由此闭合至第二卸载出口的卸载通道，并且随着同样第二挺杆部件在第二运动区段中的运动或另一挺杆部件在另一运动区段中的运动，流体连接部和流体出口之间的加载通道被释放。

由于座阀结构形式中的两个主级的设计，根据本发明的座阀适用于接通高压和高流量。同时，由于其双通道设计，始终确保联接的消耗器或机器部件的冗余的能量释放和接通。在进行加载流体出口之前，必须始终接通两个主级。如果仅接通一个主级，则通过相应另一主级的卸载出口流体出口保持卸载。由此防止在单个缺陷的情形中联接的消耗器的不期望的启动。即使例如两个主级中的一个由于弹簧断裂而没有接通回其闭合静止位置中，流体出口也已经经由被接通回的那个主级卸载。此外，由于两个主级的挺杆的多件式设计，当从无能量接通切换到能量接通时，通过纯粹结构器件可靠地防止了卸载出口处的突然临时压力增加，因为通过首先操纵的第一挺杆部件相应总是在加载通道打开之前首先封闭至卸载出口的流动路径。两个主级在此无交叉地接通。

用于安全阀的所需结构空间的减小通过以下实现，即，一个或两个主级的第二挺杆部件构造成带有处于内部的流体通道，所述处于内部的流体通道通入面向第一挺杆部件的第一开口中，其中，当第一挺杆部件密封地挺到第二挺杆部件处时，第一开口由第一挺杆部件的面向其的端部封闭。通过该设计，流体的流动引导部的一部分在流体出口的卸载的情形中结构空间适宜地经由集成到第二挺杆部件中的流体通道进行。

在此进一步的结构空间减小通过以下实现，即，流体通道在其与第一开口相对而置的端部处通入第二开口中，该第二开口布置在第二挺杆部件的侧面中，并且第一开口和第二开口通入安全阀的流体地通过封闭流体通道能够彼此分离的区域中。在对此备选的实施方案中，流体通道在其与第一开口相对而置的端部处被一个横向孔或多个横向孔相交，所述横向孔分别在第二挺杆部件的侧面中形成两个孔开口，其中，第一开口和孔开口通入安全阀的流体地通过封闭流体通道能够彼此分离的区域中。在该实施方案中，由于在侧面中存在流体通道的多个出口，对于挺杆的安装位置关于可能的旋转间隙给出了更大的公差，使得孔开口总是尽可能少偏转地在流动方向上指向。

为了确保流体出口处的受控压力增加并防止在联接的消耗器或机器部件上的突然压力波动，在流体入口和第一主级之间的流动路径中布置有启动阀，该启动阀可通过存在于流体出口处的压力接通，其中启动阀自实现在流体出口处的可限定的压力水平起通过其作为接通压力操纵地从较小的流动横截面切换到较大的流动横截面。所需的压力水平在此通过结构设计限定。附加地，压力水平可以实现为可调节的，例如通过具有可调节预紧的弹簧。一旦启动阀已经切换，与流体出口连接的消耗器或连接的机器部件在首先缓慢的压力建立之后才被连续地加载以全流体系统功率。启动阀在此可以如此设计，使得其从具有较小流动横截面的流动路径完全切换到具有较大流动横截面的另一流动路径，或者通过以下方式增大流动横截面，即其通过接通过程释放附加的、另外的流动横截面。

在具有启动阀的安全阀的紧凑的实施方案中，较小的流动横截面由穿过启动阀的截断体的流体通道形成。因此，不需要实施较小的流动路径，例如，作为单独的节流通道或旁通通道。节流通道集成到启动阀的截断体、因此例如挺杆中。为了在软启动位置中匹配流体系统功率，启动阀构造成带有可调节的节流阀，用于改变较小的流量横截面。

在安全阀的无偏转的设计方案中，第一主级和第二主级的加载通道或第一主级和第二主级的加载通道与启动阀的较大流动横截面相对彼此如此布置，使得在加载通道之间或在加载通道与流动横截面之间的阀的接通位置中形成线性流动路径。由此确保了在加载流体出口时在安全阀的接通状态下无偏转并且因此少损失的流动引导。就此而言通过以下方式实现了进一步的改进，即流体入口和流体出口如此地布置，使得与加载通道或加载通道以及流动横截面一起在流体入口和流体出口之间形成线性流动路径。

第一主级和第二主级被设计成流体地可操纵的，其方式为，第一挺杆部件分别在其背向第二挺杆部件的端部处构造成带有活塞，该活塞能够在其背向第一挺杆部件的侧面上以流体压力加载。在该实施方案中，外部接口的数量的减少通过以下方式实现，即活塞的加载分别经由内部控制流体供应部以存在于流体入口处的压力进行，例如借助于可电接通的先导阀。

为了安全阀的尽可能紧凑和集成的设计和针对安装和调试所需的构件和接口的减少，安全阀的所有部件被实施为在共同的壳体中的结构单元。

附图说明

本发明的另外的优点在下面与借助于附图对本发明的优选实施例的描述一起更详细地呈现。其中：

图1显示了安全阀在静止位置中的示意性横截面示图。

图2显示了根据图1的安全阀在软启动位置中的示意性横截面示图。

图3显示了根据图1的安全阀在完全接通的运行位置中的示意性横截面示图。

图4显示了具有绘入的流动路径的根据图3的横截面示图。

具体实施方式

图1至图4以示意性横截面示图显示了安全阀1，该安全阀适用于在流体入口2和流体出口3之间接通高压和高流量。图1至图4的示图是安全阀1的图形简化示意图，没有详细阐述的沿着流动引导部的边缘区域，其为了减少内部摩擦在实践中的结构实施方案中例如被实施为具有光滑表面和流动适配的边缘过渡和轮廓，例如流体通道或阀座区域。图1显示了处于其没有流过的静止位置的安全阀1。流体出口3用于与消耗器(未示出)连接，该消耗器例如可以是用于由PET预成型件吹塑成型容器的吹塑工具。安全阀1具有第一主级4，其在图1中在其静止位置中示出，在该静止位置中其将流体出口3与第一排风出口5连接。第一主级4以座阀结构形式设计并且具有可线性运动的两件式挺杆，其由下部第一挺杆部件6和上部第二挺杆部件7形成。在其静止位置中，第一主级4将流体出口3与第一卸载出口5连接，其方式为，第二挺杆部件7构造成带有内部的流体通道8，工作流体可以通过该内部的流体通道通过第一挺杆部件6和第二挺杆部件7之间的开口间隙逸出到第一卸载出口5，其中第一挺杆部件6被弹簧9保持在其初始位置中。安全阀1还具有第二主级10，其在图1中同样在其静止位置中示出，在该静止位置中其将流体出口3与第二卸载出口11连接。第二主级10也以座阀结构形式设计并且具有可线性运动的两件式挺杆，其由下部第一挺杆部件12和上部第二挺杆部件13形成。在其静止位置中，第二主级10除了第一卸载出口5以外还将流体出口3与第二卸载出口11冗余地连接，其方式为，第二挺杆部件13构造成带有内部的流体通道14，经由该内部的流体通道工作流体可以通过第一挺杆部件12和第二挺杆部件13之间的开口间隙逸出到第二卸载出口11。安全阀1还具有两个可电接通的先导阀15和16，利用这两个先导阀可以操纵两个主级4和10的挺杆。先导阀15和16在图1的示图中示意性地以接通符号示出。

图2显示了处于软启动位置中的安全阀，在该软启动位置中仅两个主级4和10被接通，且其引起与流体出口3连接的消耗器(未显示)的缓慢启动。在接通先导阀15时，第一主级4的第一挺杆部件6的活塞17经由活塞腔室18在内部被加载以存在于流体入口2处的阀入口压力P1。由此，第一挺杆部件6抵抗弹簧9的力首先在第一运动区段中向上运动，直到其密封地挺到第二挺杆部件7处，其中其密封地抵靠第一卸载出口5截断流体通道8。在进一步的运动中，第一挺杆部件6在第二运动区段中此后抵抗弹簧19的力提升第二挺杆部件7，其中形成在第二挺杆部件7的上部区段中的密封体20从阀座21提升，并释放流体入口2和至第二主级10的流体连接通道23之间的加载通道22。在实行第二运动区段之后，第一主级4完全处于其接通位置中，在该接通位置中，在流体入口2和至第二主级10的流体连接通道23之间建立流体连接部。在接通先导阀16时，第二主级10的第一挺杆部件12的活塞24也经由活塞腔室25在内部被加载以存在于流体入口2处的阀入口压力P1。由此，第一挺杆部件12抵抗弹簧26的力首先在第一运动区段中向上运动，直到其密封地挺到第二挺杆部件13处，其中其密封地抵靠第二卸载出口11截断流体通道14。在进一步的运动中，第一挺杆部件12在第二运动区段中抵抗弹簧27的力提升第二挺杆部件13，其中形成在第二挺杆部件13的上部区段中的密封体28从阀座29提升，并释放流体连接通道23和流体出口3之间的加载通道30。在实行第二运动区段之后，第二主级10完全处于其接通位置中，在该接通位置中，流体通道23与流体出口3连接。流体出口3现在被供应以与可能的系统功率相比减小的体积流，这导致在流体出口3处的缓慢的压力建立，因为布置在流体入口2和第一主级4之间的工作流体的流动路径中的启动阀31处于其静止位置中。在该软启动位置中，工作流体仅经由启动阀31的单件式挺杆33中的节流通道32的较小的流动横截面流入安全阀1中。流动横截面可通过节流螺旋紧固件34的位置来调节。如果两个主级4和10都处于它们的接通位置中，则流体出口3以及联接到其处的消耗器被加载有以这样的方式减小的体积流，由此在流体出口3处发生缓慢的压力建立，其确保了联接的消耗器的“温和”或缓慢启动。

由于安全阀1的双通道设计，即使在两个主级4或10中的一个的故障或缺陷的情况下，也总是确保联接的消耗器或联接的机器部件的冗余的能量释放和接入。在加载流体出口3之前，必须始终接通两个主级4和10。如果两个主级4或10中的一个在卸载的设施和有意的静止位置的情况下缺陷引起地接通，则流体出口3经由保持在其有意的卸载的静止位置中的那个主级的卸载出口而保持卸载，从而防止无意启动。当在加载的设施和有意的到静止位置中的变换的情况下两个主级4或10中的仅一个接通回到其卸载的静止位置中(例如在另一个主级的弹簧断裂的情况下)，则流体出口3单独已经通过分别接通回的两个主级4或10中的那个卸载，从而确保冗余的无能量接通。通过起补充作用的传感的状态监测，可以识别这样的单个缺陷，并且可以在标准意义上实现更高的类别和性能水平，如现有技术中所述的那样。

由于两个主级4和10的挺杆的两件式设计，安全阀1此外具有无交叉的阀功能。当将主级4和10从卸载的静止位置切换到加载的接通位置中时，在卸载出口5或11中的一个处的突然临时压力增加通过纯粹结构器件被安全地防止，因为在加载通道通过相应第二挺杆部件8和13的运动而打开之前，第一挺杆部件6和12相应总是首先封闭至卸载出口5和11的流动路径。

图3显示了在其完全接通的运行位置中的安全阀，在该运行位置中，除了两个主级4和10以外，启动阀31也被接通，并引起流体出口3以在最大流动横截面的情况下的全系统功率的加载。如果两个主级4和10都处于其接通位置中，则流体出口3以及联接到其处的消耗器首先被加载以减少的体积流，由此确保联接的消耗器的“温和”或缓慢启动。阀出口压力P2在此逐渐地增加。启动阀31如此构造，使得其自达到流体出口3处的接通压力起自动地从其闭合的静止位置接通到其打开位置中。在此，活塞35通过活塞腔室36被加载以在流体出口3处存在的接通压力，由此单件式挺杆33抵抗弹簧37的力向上运动，其中形成在挺杆33的上部区段中的密封体38从阀座39提升并且释放在流体入口2和第一主级4之间的加载通道40。加载通道40具有相对节流通道32的流动横截面更大的流动横截面。在启动阀31的该打开的接通位置中，工作流体从阀入口2通过加载通道40的较大流动横截面流入安全阀1中，由此阀出口压力P2增加到运行压力上并且可以调用全流体功率。

图4显示了具有绘入的流动路径A的根据图3的示意性横截面示图。图4中出于呈现原因省略了大多数参考符号，以有益于更好地可识别通过接通和完全打开的安全阀1的流动路径A。安全阀1实施成在结构上无偏转，其方式为，所有加载通道40、22和30与流体入口2和流体出口3一起如此地相对彼此偏移地布置，从而它们在启动阀31和两个主级4和10的接通位置中形成线性流动路径A，如这在图4中绘入的那样。

安全阀1此外同时形成高度紧凑和集成的结构单元，这尤其通过以下方式实现，即第二挺杆部件7和13以及单件式挺杆33分别部分地实施为具有处于内部的流体通道8和14以及节流通道32的中空挺杆并且所有部件作为结构单元集成到共同的壳体中。

腔室41、42和43与大气相连接，以确保通过呼吸孔44、45和46的压力平衡。这些呼吸孔可备选地被实施为壳体中的内部通道，其被单独地或联合地卸载到大气中。此外，腔室42的压力平衡代替通过呼吸孔或流体通道，也可以通过挺杆6和壳体内壁之间到第一卸载出口5的环形间隙进行，因此进入相同压力水平的下一个腔室，如这结构上在腔室47的情形中是这样情况。在那里，即使如果处于高压水平P1而不是大气水平，也通过第二挺杆部件7的上部区段和环绕其的壳体区段之间的环形间隙48建立压力平衡。同样的适用于腔室49，该腔室49为此经由呼吸通道50与腔室47或另一腔室连接，在那里同样存在压力水平P1。活塞腔室18和25可以经由到先导阀15和16的连接通道51,52被加载并被卸载，其中卸载分别经由先导阀出口53,54进行，例如经由单独的或联合的通道穿过壳体进入大气。

参考符号列表

1 安全阀

2 流体入口

3 流体出口

4 第一主级

5 第一卸载出口

6,12 第一挺杆部件

7,13 第二挺杆部件

8,14 流体通道

9,19,26,27,37弹簧

10 第二主级

11 第二卸载出口

15,16 先导阀

17,24,35 活塞

18,25,36 活塞腔室

20,28,38 密封体

21,29,39 阀座

22,30,40 加载通道

23 流体连接通道

31 启动阀

32 节流通道

33 单件式挺杆

34 节流螺旋紧固件

41,42,43,47,49腔室

44,45,46 呼吸孔

48 环形间隙

50 呼吸通道

51,52 连接通道

53,54 先导阀出口。

Claims (12)

1.一种用于接通高压和高流量的安全阀，所述安全阀具有：流体入口和流体出口；第一主级，所述第一主级在静止位置中将所述流体出口与第一卸载出口连接，并且在接通位置中将所述流体入口与至第二主级的流体连接部连接；第二主级，其在静止位置中将所述流体出口与第二卸载出口连接，并且在接通位置中将所述流体连接部与所述流体出口连接，其中所述两个主级分别设计为具有可线性运动的挺杆的座阀，其特征在于，所述第一主级具有多件式挺杆，并且在从所述静止位置到所述接通位置中的过渡中，能够抵抗弹簧负载操作的第一挺杆部件在第一运动区段中首先密封地挺到第二挺杆部件处，由此闭合至所述第一卸载出口的卸载通道，并且随着同样所述第二挺杆部件在第二运动区段中的运动或另一挺杆部件在另一运动区段中的运动，所述流体入口和至所述第二主级的流体连接部之间的加载通道抵抗弹簧负载而被释放，并且所述第二主级具有多件式挺杆，并且在从所述静止位置到所述接通位置中的过渡中，能够抵抗弹簧负载操作的第一挺杆部件在第一运动区段中首先密封地挺到第二挺杆部件处，由此闭合至所述第二卸载出口的卸载通道，并且随着同样所述第二挺杆部件在第二运动区段中的运动或另一挺杆部件在另一运动区段中的运动，所述流体连接部和所述流体出口之间的加载通道抵抗弹簧负载而被释放。

2.根据权利要求1所述的安全阀，其特征在于，所述第一主级和所述第二主级的所述第一挺杆部件或所述第二挺杆部件的第二挺杆部件构造成带有处于内部的流体通道，所述处于内部的流体通道通入面向所述第一挺杆部件的第一开口中，其中，当所述第一挺杆部件密封地挺到所述第二挺杆部件处时，所述第一开口由所述第一挺杆部件的面向其的端部封闭。

3.根据权利要求2所述的安全阀，其特征在于，所述流体通道在其与所述第一开口相对而置的端部处通入第二开口中，所述第二开口布置在所述第二挺杆部件的侧面中，并且所述第一开口和所述第二开口通入所述安全阀的流体地通过封闭所述流体通道能够彼此分离的区域中。

4.根据权利要求2所述的安全阀，其特征在于，所述流体通道在其与所述第一开口相对而置的端部处被一个横向孔或多个横向孔相交，所述横向孔分别在所述第二挺杆部件的侧面中形成两个孔开口，其中，所述第一开口和所述孔开口通入所述安全阀的流体地通过封闭所述流体通道能够彼此分离的区域中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的安全阀，其特征在于，在所述流体入口和所述第一主级之间的流动路径中布置有启动阀，所述启动阀可通过存在于所述流体出口处的压力接通，其中，所述启动阀自实现在所述流体出口处的可限定的压力水平起通过其作为接通压力操纵地从较小的流动横截面切换到较大的流动横截面。

6.根据权利要求5所述的安全阀，其特征在于，所述较小的流动横截面由穿过所述启动阀的截断体的流体通道形成。

7.根据权利要求6所述的安全阀，其特征在于，所述启动阀构造成带有用于调节所述较小流动路径的可调节节流阀。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的安全阀，其特征在于，所述第一主级和所述第二主级的加载通道或所述第一主级和所述第二主级的加载通道与所述启动阀的较大的流动横截面相对彼此如此布置，使得在所述加载通道之间或在所述加载通道与较大的流动横截面之间的阀的接通位置中形成线性流动路径。

9.根据权利要求8所述的安全阀，其特征在于，同样所述流体入口和所述流体出口如此布置，使得与所述加载通道或所述加载通道和所述较大的流动横截面一起在所述流体入口和所述流体出口之间形成线性流动路径。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的安全阀，其特征在于，所述第一主级和第二主级被设计成流体地可操纵，其方式为，所述第一挺杆部件分别在其背向所述第二挺杆部件的端部处构造成带有活塞，所述活塞能够在其背向所述第一挺杆部件的侧面上以流体压力加载。

11.根据权利要求10所述的安全阀，其特征在于，所述活塞的加载分别经由可接通的先导阀控制，其中所述活塞的加载分别经由内部控制流体供应部以在所述流体入口处存在的压力进行。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的安全阀，其特征在于，所有部件被实施为在共同的壳体中的结构单元。