DE102015016357A1 - Control valve of a process plant, method for operating the control valve - Google Patents
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Abstract
Bei einem Stellventil, insbesondere Hubventil, zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere petrochemische Anlage, wie einer Brauerei, eines Kernkraftwerks oder dergleichen, umfassend ein Stellventilgehäuse, das die Position eines ortsfesten Ventilsitzes definiert, ein Ventilglied, das mit dem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen des Stellventils zusammenwirkt, und eine Lagerung zum insbesondere translatorischen Führen des Ventilglieds relativ zu dem Ventilsitz in Stellrichtung, ist vorgesehen, dass diese Lagerung zusätzlich eine Rotationsbewegung des Ventilglieds relativ zu dem Ventilsitz zulässt.In a control valve, in particular lifting valve, for adjusting a process fluid flow of a process plant, in particular petrochemical plant, such as a brewery, a nuclear power plant or the like, comprising a control valve housing which defines the position of a stationary valve seat, a valve member with the valve seat for opening and Closing of the control valve cooperates, and a bearing for particular translational guiding of the valve member relative to the valve seat in the direction of adjustment, it is provided that this storage additionally allows a rotational movement of the valve member relative to the valve seat.
Description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von prozesstechnischen Anlagen, mit denen thermisch und/oder chemisch aggressive Fluide verarbeitet werden. In Kühlprozessen werden Fluide mit Temperaturen von deutlich unter 100°C bearbeitet, wobei in der chemischen oder petrochemischen Prozesstechnik für Umwelt und Gesundheit gefährliche Substanzen zu behandeln sind. Es bestehen im Umgang mit derartigen Fluiden spezielle einzuhaltende Produktionsbestimmungen, wie beispielsweise die genormte Zündsicherheit. Bei prozesstechnischen Anlagen zur Verarbeitung von Lebensmittelfluiden, wie bei Brauereien, Molkereien oder dergleichen, gibt es bestimmte Produktionsanforderungen für das Stellventil, insbesondere bezüglich dessen Dichtungsfunktion, Notschließfunktion und Einhaltung von Hygienevorschriften, etc.The invention is in the field of process engineering plants, with which thermally and / or chemically aggressive fluids are processed. In cooling processes, fluids are processed at temperatures well below 100 ° C, where in the chemical or petrochemical process technology for the environment and health hazardous substances are to be treated. There are in the handling of such fluids specific to be observed production regulations, such as the standardized ignition safety. In process engineering plants for processing food fluids, such as in breweries, dairies or the like, there are certain production requirements for the control valve, in particular with respect to its sealing function, Notschließfunktion and compliance with hygiene regulations, etc.
Die Erfindung betrifft ein Stellventil, wie ein Hubventil, zum Einstellen einer Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage. Das Stellventil hat einen gehäusefesten Ventilsitz und ein üblicherweise als Ventilkegel ausgebildetes Ventilglied. Das Ventilglied ist zum Verstellen in einer translatorischen Stellventilbewegungsrichtung an einer Ventilstange oder Ventilschaft befestigt, der von einem pneumatischen, elektrischen oder hydraulischen Antrieb betrieben sein kann. In der prozesstechnischen Anlage sind insofern hydraulische und pneumatische Antriebe bevorzugt, als diese ein geringeres Zündrisiko als elektrische Antriebe aufweisen. Des Weiteren ist es notwendig, dass die Antriebsseite, beispielsweise die Pneumatik oder Hydraulik, gegenüber der Prozessfluidseite hermetisch in jeder Stellposition des Stellventils abgedichtet ist und bleibt, selbst wenn eine Vielzahl von Stellbewegungen im Laufe der Betriebszeit der prozesstechnischen Anlage eingenommen werden sollen.The invention relates to a control valve, such as a lifting valve, for adjusting a process fluid flow of the process plant. The control valve has a housing-fixed valve seat and a valve member usually designed as a valve cone. The valve member is mounted for adjustment in a translatory actuator valve travel direction on a valve stem or valve stem which may be operated by a pneumatic, electric or hydraulic drive. In the process engineering plant, hydraulic and pneumatic drives are preferred insofar as they have a lower risk of ignition than electric drives. Furthermore, it is necessary that the drive side, for example, the pneumatic or hydraulic, is sealed hermetically against the process fluid side in each adjustment position of the control valve, even if a large number of actuating movements are to be taken during the operating time of the process plant.
Moderne Stellventile können einem Regelungskreislauf unterworfen sein, der elektrisch betrieben ist. Hierzu kann auch das erfindungsgemäße Stellventil mit einem in der Nähe angeordneten, insbesondere direkt angeflanschten, insbesondere elektropneumatischen Stellungsregler betriebsgemäß gekoppelt sein, welcher beispielsweise über Hilfsenergie, wie Pneumatik oder Hydraulik, ein entsprechendes, hilfsenergetisches Stellsignal an einem mit dem Stellventil gekoppelten Stellantrieb abgeben kann. Es ist wünschenswert, dass die elektrischen Komponenten der Hubventilanordnung, insbesondere des Stellungsreglungssystems, nicht nur von einer zentralen Energieversorgung gespeist werden, sondern lediglich betriebspunktuell eine Energieversorgung erhalten. Eine dezentrale Energieversorgung hat den Nachteil, dass es aufgrund Zündschutz-Voraussetzungen nicht einfach ist, eine autarke Energieversorgung an den Ventilbereichen vorrätig zu halten.Modern control valves may be subjected to a control circuit which is electrically operated. For this purpose, the control valve according to the invention with a nearby arranged, in particular directly flanged, in particular electropneumatic positioner be operatively coupled, which can deliver, for example via auxiliary energy, such as pneumatics or hydraulics, a corresponding, auxiliary energy control signal to an actuator coupled to the control valve. It is desirable that the electrical components of the lift valve assembly, in particular the position control system, are not only fed by a central power supply, but merely receive a power supply operationally. A decentralized energy supply has the disadvantage that it is not easy due to ignition protection requirements to keep a self-sufficient power supply to the valve areas in stock.
Es ist bekannt, in der Prozesstechnik für eine energieautarke Energieerzeugung lokale Energieerzeugungszellen bereitzustellen, und dabei kann beispielsweise als Energiequelle eine Pneumatik- oder Hydraulikquelle herangezogen werden. Es ist auch bekannt, aus der Prozessfluidströmung als solche elektrische Energie zu erzeugen.It is known to provide local power generation cells in the process technology for energy self-sufficient energy generation, and it can be used, for example, as a source of energy, a pneumatic or hydraulic source. It is also known to generate electrical energy from the process fluid flow as such.
Aus
Des Weiteren offenbart
Derartige dezentrale Energieerzeugungseinrichtungen benötigen eine präzise Montage und eine größere Bauteilanzahl. Des Weiteren ist einer translatorischen Hin- und Herbewegung beispielsweise eine nicht vernachlässigbare Funktionsanfälligkeit zugeordnet, insbesondere dann, wenn unterschiedliche pneumatische Strömungen unterschiedlich stark auf den Kolben einwirken.Such decentralized power generation devices require a precise assembly and a larger number of components. Furthermore, a translational reciprocation, for example, is associated with a non-negligible susceptibility to function, in particular when different pneumatic flows act differently on the piston.
Ein Stellventil mit einer Energiegewinnungseinrichtung ist aus
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine dezentrale Energieversorgung für elektrische Geräte in der Nähe eines Stellventils bereitzustellen, wobei die Durchflusscharakteristik des Stellventils möglichst unbeeinflusst bleiben kann, insbesondere der Strömungsfluss unabhängig von der geregelten Stellung des Stellventils einstellbar ist, ohne den Wartungsaufwand für das Stellventil und/oder die Ausfallwahrscheinlichkeit zu erhöhen.It is an object of the invention to provide a decentralized power supply for electrical devices in the vicinity of a control valve, wherein the flow characteristics of the control valve can remain as uninfluenced, especially the flow is independent of the regulated position of the control valve is adjustable, without the maintenance of the control valve and / or to increase the probability of default.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 und/oder Anspruch 2 gelöst. Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is solved by the features of
Danach ist ein Stellventil, insbesondere ein Hubventil, vorzugsweise zum linearen Stellen, insbesondere Anheben und Absenken, eines Ventilglieds vorgesehen, um eine Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage, wie sie oben definiert ist, einzustellen. Die prozesstechnische Anlage umfasst eine chemische oder petrochemische Anlage, eine Anlage zum Verarbeiten von Lebensmittelfluiden, wie eine Brauerei, oder ein Kraftwerk, wie ein Kernkraftwerk. Das erfindungsgemäße Stellventil umfasst ein Ventilgehäuse, das die Position eines ortsfesten Ventilsitzes definiert. Insbesondere kann zum Festlegen des Ventilsitzes im Inneren des Kanaldurchgangs des Stellventils eine Innenrippe vorgesehen sein, die eine insbesondere kreisrunde Durchlassöffnung begrenzen, welche die Basis des Ventilsitzes darstellen können. Es ist bekannt, den Ventilsitz durch einen eingesetzten, separaten Dichtungssitz insbesondere aus einem zu dem Ventilgehäuse unterschiedlichen Material zu bilden. Des Weiteren hat das erfindungsgemäße Stellventil ein Ventilglied, das mit dem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen des Stellventils zusammenwirkt, wobei insbesondere das Ventilglied auf den Ventilsitz zu- und wegbewegt werden kann, insbesondere in Vertikalrichtung an- oder abgehoben werden kann. Das Ventilglied kann eine rotationssymmetrische Form, wie eine Kegelform oder eine Kegelstumpfform, aufweisen, wobei insbesondere eine Rotationssymmetrieachse des Ventilglieds mit einer linearen Stellbewegungsachse des Ventilglieds zusammenfallen kann. Das insbesondere rotationssymmetrische Ventilglied wirkt mit dem ebenfalls rotationssymmetrisch geformten Ventilsitz zusammen, um im geschlossenen Zustannd einen geschlossenen, umlaufenden, insbesondere kreis- oder zylinderförmigen Dichtflächeneingriff zu bilden. Das Ventilglied bildet den stellbaren Ventilkörper des Stellventils, welcher für das Öffnen und Schließen des Stellventils mit dem ortsfesten Ventilsitz zusammenwirkt. Des Weiteren ist eine Lagerung, insbesondere ein axiales Gleitlager, zum insbesondere translatorischen, linearen Führen des Ventilglieds relativ zu dem Ventilsitz vorgesehen. Diese Lagerung für das Ventilglied bezüglich des Ventilsitzes und folglich gegenüber dem Ventilgehäuse kann zudem dazu ausgelegt sein, einen Prozessfluidaustritt aus dem Ventilgehäuse oder den Eintritt eines prozessfluidfremden Mediums in das Ventilgehäuse zu vermeiden. Erfindungsgemäß hat diese insbesondere lineare Lagerung zusätzlich die Fähigkeit, das Ventilglied relativ zu dem Ventilsitz rotieren zu lassen, insbesondere um die Stellbewegungsachse des Stellventils herum, so dass neben der Führung des Ventilglieds in einer axialen Stellrichtung auch eine Drehbewegung des Ventilglieds um die Stellrichtungsachse zugelassen wird.Thereafter, a control valve, in particular a lifting valve, preferably for linear locations, in particular raising and lowering, a valve member is provided to adjust a process fluid flow of the process plant, as defined above. The process plant comprises a chemical or petrochemical plant, a plant for processing food fluids, such as a brewery, or a power plant, such as a nuclear power plant. The control valve according to the invention comprises a valve housing which defines the position of a stationary valve seat. In particular, can be provided for fixing the valve seat in the interior of the channel passage of the control valve, an inner fin, which define a particular circular passage opening, which may constitute the base of the valve seat. It is known to form the valve seat by an inserted, separate seal seat in particular from a different material to the valve housing. Furthermore, the control valve according to the invention has a valve member which cooperates with the valve seat for opening and closing the control valve, wherein in particular the valve member on the valve seat and can be moved away, in particular in the vertical direction on or can be lifted. The valve member may have a rotationally symmetrical shape, such as a conical shape or a truncated cone shape, wherein in particular a rotational symmetry axis of the valve member may coincide with a linear actuating movement axis of the valve member. The particular rotationally symmetrical valve member cooperates with the likewise rotationally symmetrical shaped valve seat to form a closed, circumferential, in particular circular or cylindrical sealing surface engagement in the closed state. The valve member forms the adjustable valve body of the control valve, which cooperates for the opening and closing of the control valve with the stationary valve seat. Furthermore, a bearing, in particular an axial sliding bearing, for the particular translational, linear guiding of the valve member relative to the valve seat is provided. This bearing for the valve member with respect to the valve seat and consequently with respect to the valve housing can also be designed to prevent a process fluid from escaping from the valve housing or the entry of a medium foreign from the process fluid into the valve housing. According to the invention, this particular linear bearing additionally has the ability to rotate the valve member relative to the valve seat, in particular around the Stellbewegungsachse of the control valve, so that in addition to the leadership of the valve member in an axial direction of adjustment, a rotational movement of the valve member is allowed to the Stellrichtungsachse.
Alternativ oder zusätzlich betrifft die Erfindung ein Stellventil, insbesondere ein Hubstellventil, das ein Stellventilgehäuse umfasst, das einen von dem Prozessfluid zu durchströmenden, ortsfesten Ventilsitz definiert, insbesondere wie er oben bereits angegeben ist. Des Weiteren hat das erfindungsgemäße Stellventil ein Ventilglied, das relativ zu dem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen des Stellventils insbesondere translatorisch bewegbar, insbesondere regelungsgemäß stellbar, ist. Zudem hat das Ventilglied eine zumindest im geöffneten Zustand des Stellventils von dem Prozessfluid außenseitig umströmte, mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Dichtfläche, um den Ventildurchlass im geschlossenen Zustand des Ventilglieds im Wesentlichen hermetisch abzuschließen. Erfindungsgemäß hat das Ventilglied an dessen von dem Prozessfluid umströmten, insbesondere kegelförmigen Außenseite, insbesondere in Strömungsrichtung versetzt zur Dichtfläche ein Turbinenschaufelprofil. Zudem ist das Ventilglied derartig gegenüber dem Ventilgehäuse beweglich gelagert, dass das an der Wirkfläche vorbeiströmende Prozessfluid das insbesondere frei drehbare Ventilglied mitnimmt und in eine Rotationsbewegung versetzt. Das „offene oder ungeschlossene” Ventilglied kann innerhalb des Stellventilgehäuses rotieren und ist dabei der Fluidströmung ausgesetzt, die das drehbar gelagerte Ventilglied in eine Drehbewegung versetzt. Das von außen (unabhängig von der Fluidströmung) drehantreibbare Ventilglied kann zudem die Fluidströmung – unabhängig von der jeweiligen Stellung des Ventilglieds längs der Stellrichtungsachse – beeinflussen. Mit der freien Verdrehbarkeit des Ventilglieds bezüglich des Stellventilgehäuses kann das Strömungsverhalten insbesondere stromabwärts des Ventilsitzes beeinflusst werden. Beispielsweise kann durch Einbringung von externen Drehkräften in das Ventilglied, welche von der Außenseite dem Ventilglied mitgeteilt werden, ein Pumpeffekt am Stellventildurchgang erzielt werden, welcher eine zusätzliche stellventilindividuelle Beeinflussung, insbesondere Stärkung oder Schwächung, der Prozessfluidströmung bewirken kann.Alternatively or additionally, the invention relates to a control valve, in particular a stroke valve, which comprises a control valve housing which defines a stationary valve seat to be flowed through by the process fluid, in particular as already indicated above. Furthermore, the control valve according to the invention has a valve member, which is in particular translationally movable relative to the valve seat for opening and closing of the control valve, in particular adjustable according to regulations, is. In addition, the valve member has a sealing surface which flows around the outside of the process fluid at least in the open state of the control valve and cooperates with the valve seat in order to substantially hermetically close off the valve passage in the closed state of the valve member. According to the invention, the valve member has a turbine blade profile at its outside, in particular in the flow direction, which is flowed around by the process fluid, in particular in the direction of flow, in relation to the sealing surface. In addition, the valve member is movably mounted relative to the valve housing such that the process fluid flowing past the active surface entrains the particular freely rotatable valve member and causes it to rotate. The "open or unclosed" valve member can rotate within the control valve housing and is exposed to the fluid flow which causes the rotatably mounted valve member in a rotational movement. That from outside (independently of the Fluid flow) rotatably driven valve member can also influence the fluid flow - regardless of the respective position of the valve member along the direction of the actuator axis. With the free rotatability of the valve member with respect to the control valve housing, the flow behavior can be influenced in particular downstream of the valve seat. For example, by introducing external rotational forces in the valve member, which are communicated from the outside of the valve member, a pumping effect on the control valve passage can be achieved, which can cause additional control valve individual influencing, in particular strengthening or weakening, the process fluid flow.
Das Ventilglied kann insbesondere mittelbar über eine Abtriebswelle mit einer Bremseinrichtung beispielsweise eines Elektrogenerators, gekoppelt sein, um beispielsweise das Ventilglied kurz vor dem Schließen des Stellventils, also dem Ineingriffkommen des Ventilglieds mit dem Ventilsitz, bezüglich der Drehbewegung um die Stellrichtungsachse anzuhalten, so dass eine Gleitreibung zwischen dem Ventilglied und dem Ventilsitz und damit erhöhten Verschleiß zwischen beiden Bauteilen vermieden ist. Insbesondere das Turbinenschaufelprofil kann eine Drosselung der Fluidströmung insbesondere unabhängig von der jeweiligen Ventilstellung hin bis zum Abdichten des Verschlusses erreichen. Die durch die Prozessfluidströmung veranlasste Rotationsbewegung des Ventilglieds und insbesondere eine an dem Ventilglied anschließende Abtriebswelle kann dazu benutzt werden, Strömungsenergie der Prozessfluidströmung in eine andere, wie elektrische, Energie, selbst pneumatische Energie abtriebswellenseitig insbesondere außerhalb des Stellventilgehäuses, umzuwandeln. Entsprechende Energiewandler, welche kinematische Rotationsenergie des Ventilglieds in elektrische Energie oder pneumatische Energie umwandelt, sind an sich bekannt. Dem jeweiligen Energiewandler kann ein Energiespeicher, wie ein Akkumulator, zugeordnet sein, der die umgewandelte Energie speichert und betriebssituationsabhängig wieder abgeben kann.The valve member may in particular indirectly via an output shaft with a braking device such as an electric generator, be coupled to stop, for example, the valve member shortly before the closing of the control valve, so the Ineingriffkommen the valve member with the valve seat, with respect to the rotational movement about the Stellrichtungsachse, so that a sliding friction between the valve member and the valve seat and thus increased wear between the two components is avoided. In particular, the turbine blade profile can achieve throttling of the fluid flow, in particular independently of the respective valve position, until the closure is sealed off. The rotational movement of the valve member caused by the process fluid flow, and in particular an output shaft adjacent to the valve member, can be used to convert flow energy of the process fluid flow into another such as electrical, power, even pneumatic power output shaft side, particularly outside the control valve housing. Corresponding energy converters, which convert kinematic rotational energy of the valve member into electrical energy or pneumatic energy, are known per se. The respective energy converter can be assigned an energy store, such as an accumulator, which stores the converted energy and can deliver it again depending on the operating situation.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst das Stellventil eine Stellstange, die insbesondere mit einem Stellantrieb, wie einem pneumatischen Stellantrieb, gekoppelt ist, um eine Stellkraft zum Ausführen der translatorischen oder linearen Stellbewegung auf das Ventilglied zu übertragen. Die Stellkraft wird insbesondere außerhalb des Ventilgehäuses in dem oben erwähnten Stellantrieb erzeugt und der Stellstange mitgeteilt. Die Stellstange ragt in das Ventilgehäuse und ist derart starr mit dem Ventilglied gekoppelt, dass das an dem Ventilglied, insbesondere an dem Turbinenschaufelprofil wirkende Prozessfluid-Strömungskräfte in die Stellstange zum Übertragen weiter an die Außenseite des Ventilgehäuses eingeleitet werden oder umgekehrt, dass außerhalb des Ventilgehäuses erzeugte Stellkräfte und Rotationsantriebskräfte zum Betreiben des Ventilglieds in die Stellstange übertragen werden können. Alternativ kann das Ventilglied in der für die Bewegung längs der Stellrichtung verantwortliche Stellstange drehbar gelagert sein, so dass eine Drehbewegung des Ventilglieds gegenüber einer in Drehrichtung um die Stellrichtungsachse starr gelagerten Stellstange realisierbar ist. In diesem Fall einer drehbaren Lagerung des Ventilglieds gegenüber einer in Drehrichtung ortsfesten Stellstange ist eine zusätzliche Abtriebswelle vorgesehen, an der das Ventilglied befestigt ist und die drehbar insbesondere an oder in der Stellstange gelagert ist. Hierzu kann die Stellstange als ein Hohlrohr ausgebildet sein, in dem die Abtriebswelle drehbar gelagert ist. Es sei klar, dass die Abtriebswelle als Hohlwelle ausgeführt sein kann, in der die Stellstange in axialer Stellrichtung gefürhrt sein kann.In a preferred embodiment of the invention, the control valve comprises an actuating rod, which is in particular coupled to an actuator, such as a pneumatic actuator, to transmit a force for performing the translational or linear actuating movement on the valve member. The actuating force is generated in particular outside the valve housing in the above-mentioned actuator and communicated to the control rod. The actuating rod protrudes into the valve housing and is rigidly coupled to the valve member in such a way that the process fluid flow forces acting on the valve member, in particular on the turbine blade profile, are introduced into the control rod for transmission to the outside of the valve housing or vice versa, that generated outside the valve housing Actuating forces and rotational drive forces can be transmitted to operate the valve member in the control rod. Alternatively, the valve member may be rotatably supported in the actuating rod responsible for the movement along the direction of adjustment, so that a rotational movement of the valve member relative to a control rod rigidly mounted in the direction of rotation about the actuating direction axis can be realized. In this case, a rotatable mounting of the valve member relative to a stationary in the direction of rotation control rod an additional output shaft is provided, on which the valve member is fixed and which is rotatably mounted in particular on or in the control rod. For this purpose, the control rod may be formed as a hollow tube in which the output shaft is rotatably mounted. It is clear that the output shaft can be designed as a hollow shaft, in which the adjusting rod can be performed in the axial direction of adjustment.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ventilglied des Stellventils an einer Ventilstange drehbar gelagert, die die Stellbewegung in Stellrichtung überträgt. Die Drehlagerung des Ventilglieds bezüglich der in Drehrichtung ortsfesten Stellstange ist dazu ausgelegt, das Ventilglied in beide translatorischen Stellrichtungen mitzunehmen. Alternativ kann das Ventilglied starr an einer Ventilstange befestigt sein, wobei eine Ventilstangenverlagerung sowohl eine translatorische Ventilstellbewegung als auch eine Rotationsbewegung zulässt, um einerseits jede Position relativ zum Ventilsitz in Stellrichtung einnehemen zu können und andererseits die Rotationsbewegung um die Stellrichtungsachse zu erlauben.In a further development of the invention, the valve member of the control valve is rotatably mounted on a valve rod which transmits the actuating movement in the direction of adjustment. The rotary bearing of the valve member with respect to the stationary in the direction of rotation control rod is designed to take the valve member in both translational adjustment directions. Alternatively, the valve member may be rigidly fastened to a valve rod, wherein a valve rod displacement allows both a translational Ventilstellbewegung and a rotational movement, on the one hand to be able to occupy each position relative to the valve seat in the direction of adjustment and on the other hand to allow the rotational movement about the Stellrichtungsachse.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst das Ventilglied eine Kegelform, insbesondere eine Kegelstumpfform. Dabei kann das Ventilglied mit einer kegelförmigen, insbesondere kegelstumpfförmigen, zumindest im geöffneten Zustand des Stellventils an der prozessfluidumströmten Außenwirkfläche aufweisen, an der abschnittsweise ein Turbinenschaufelprofil und ein turbinenschaufelprofilfreier umlaufender Dichtungsbereich ausgebildet ist. Das Turbinenschaufelprofil dient dazu, entweder als Pumpenteil die Prozessfluidströmung mittels von außen aufgezwungener Drehbewegung zu beeinflussen oder passiv durch die Prozessfluidströmung angetrieben zu werden, wobei die dadurch entstehende kinetische Drehenergie über die Abtriebswelle nach außen übertragen werden kann. Der Stellventil-Dichtungsbereich ist vorzugsweise kegelabschnittsförmig oder zylindrisch geformt. Der Dichtungsbereich ist dazu ausgelegt, mit dem Ventilsitz des Stellventils einen vollumlaufenden Dichtungseingriff insbesondere im geschlossenen Zustand des Ventilglieds zu bilden, wobei insbesondere der Turbinenschaufelprofilabschnitt der Außenwirkfläche in Prozessfluidströmungsrichtung prozessfluidstromaufwärts dem turbinenschaufelprofilfreien Dichtungsbereich des Ventilglieds angeordnet ist.In a preferred embodiment of the invention, the valve member comprises a conical shape, in particular a truncated cone shape. In this case, the valve member having a conical, in particular frusto-conical, at least in the open state of the control valve on the process fluid flow around the outer effective surface, on the sections, a turbine blade profile and a turbine blade profile free circumferential sealing region is formed. The turbine blade profile serves to either influence the process fluid flow as a pump part by means of externally imposed rotary motion or to be passively driven by the process fluid flow, whereby the resulting kinetic rotational energy can be transmitted to the outside via the output shaft. The control valve sealing area is preferably cone-shaped or cylindrically shaped. The sealing region is designed to form a fully circumferential sealing engagement with the valve seat of the control valve, in particular in the closed state of the valve member, wherein in particular the turbine blade profile section of the outer effective surface in process fluid flow direction upstream of the process fluid Turbine blade profile-free sealing region of the valve member is arranged.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine insbesondere hohl ausgeführte Stellstange, insbesondere ein Hohlrohr als Stellstange vorgesehen, die an das Ventilglied in axialer, translatorischer Stellrichtung mitnehmend gekoppelt ist, so dass eine lineare Bewegung der Stellstange zu einer linearen Bewegung des Ventilglieds führt. Vorzugsweise ist eine insbesondere konzentrisch zur Stellstange zugeordnete Abtriebswelle vorgesehen, die mit dem Ventilglied drehfest verbunden ist, so dass die Abtriebswelle eine Rotationsbewegung des Ventilglieds übertragen kann und umgekehrt. Zur Realisierung der Drehbewegung der Abtriebswelle gegenüber der Stellstange ist eine Drehlagerung zwischen der Stellstange und der Abtriebswelle beispielsweise mittels einer oder mehrerer Wälzlager vorgesehen.In a further development of the invention, a particularly hollow executed control rod, in particular a hollow tube is provided as an actuating rod, which is coupled mitnehmend to the valve member in the axial, translational actuating direction, so that a linear movement of the control rod leads to a linear movement of the valve member. Preferably, an output shaft, in particular concentrically associated with the control rod, is provided which is non-rotatably connected to the valve member so that the output shaft can transmit a rotational movement of the valve member and vice versa. To realize the rotational movement of the output shaft relative to the control rod, a rotary bearing between the control rod and the output shaft is provided for example by means of one or more rolling bearings.
Vorzugsweise ist die Stellstange an einem Kammerteiler eines pneumatischen Stellantriebs mit wenigstens einer pneumatischen Arbeitskammer und einer Rückstellkammer befestigt. Ein Kammerteiler kann eine Membran-Teller-Anordnung sein, welche beweglich in dem Stellantriebsgehäuse angeordnet ist. Das Stellantriebsgehäuse und das Ventilgehäuse sind vorzugsweise aneinander geflanscht, um ein geringes Bauvolumen zu fordern. Zudem weisen das Stellantriebsgehäuse und das Stellventilgehäuse zur Durchführung der Stellstange und gegebenenfalls der Abtriebswelle im Wesentlichen miteinander fluchtende Gehäusedurchgänge auf.Preferably, the control rod is attached to a chamber divider of a pneumatic actuator with at least one pneumatic working chamber and a return chamber. A chamber divider may be a diaphragm-plate assembly movably disposed in the actuator housing. The actuator housing and the valve housing are preferably flanged together to require a small volume of construction. In addition, the actuator housing and the control valve housing for carrying out the control rod and possibly the output shaft substantially aligned housing passages.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung hat das Ventilgehäuse einen insbesondere mit dem Ventilsitz koaxialen und/oder dem Ventilsitz diametral gegenüberliegenden Ventilgehäusedurchgang zum Durchführen der Ventilstange und gegebenenfalls der Abtriebswelle an die Außenseite des Ventilgehäuses. Vorzugsweise ist die Stellstange in dem Ventilgehäusedurchgang und/oder dem Stellantriebsgehäusedurchgang als Lagerhülse ausgeführt, die zum Bilden eines axialen Gleitlagers in dem Ventilgehäusedurchgang und/oder dem Antriebsgehäusedurchgang angeordnet. Vorzugsweise nimmt die Lagerhülse an deren Innenseite wenigstens ein Drehlager, wie ein Wälzlager, für eine Drehbewegungsführung der Abtriebswelle gegen die Lagerhülse auf.In a further development of the invention, the valve housing has a valve housing, in particular coaxial with the valve seat and / or the valve seat diametrically opposite valve housing passage for passing the valve rod and optionally the output shaft to the outside of the valve housing. Preferably, the control rod in the valve housing passage and / or the actuator housing passage is designed as a bearing sleeve, which arranged for forming an axial sliding bearing in the valve housing passage and / or the drive housing passage. Preferably, the bearing sleeve takes on the inside at least one pivot bearing, such as a rolling bearing, for a rotational movement guidance of the output shaft against the bearing sleeve.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Ventilglied an einer gegenüber dem Ventilgehäuse translatorisch gelagerten Abtriebswelle befestigt, die sich insbesondere an einer hohl ausgeführten Stellstange abstützt. Vorzugsweise ist die Abtriebswelle zweigeteilt, wobei ein ventilgliedseitiges Abtriebswellenteil insbesondere endseitig das Ventilglied trägt und das weitere, außenseitige Abtriebswellenteil eine Dauermagnetanordnung trägt. Beide Abtriebsteile sind derart rotationsgelagert, dass sie unabhängig voneinander drehen können. Beide Abtriebswellenteile stützen sich an der Innenseite der hohl ausgebildeten Stellstange ab. Dabei kann eine Abtriebswellenteilkupplung zur gegenseitigen Rotationsmitnahme der Abtriebswellenteile vorgesehen sein. Vorzugsweise soll die Kupplung kontaktlos ausgeführt sein, insbesondere durch eine Magnetkupplung realisiert sein, wobei insbesondere die die Abtriebswellenteile rotatorisch lagernd aufnehmende Stellstange zwei durch eine Innenwand getrennte Sacklochabteile umfasst, in denen das jeweilige Abtriebswellenteil drehbar gelagert angeordnet ist, aber in Stellrichtung gegenüber der Sacklochabteilung nicht verschieblich ist.In a preferred embodiment of the invention, the valve member is fixed to a relative to the valve housing translationally mounted output shaft, which is supported in particular on a hollow running control rod. Preferably, the output shaft is divided into two parts, wherein a valve member-side output shaft part in particular carries the valve member on the end side and the further, outer output shaft part carries a permanent magnet arrangement. Both output parts are rotationally mounted so that they can rotate independently. Both output shaft parts are supported on the inside of the hollow control rod. In this case, a drive shaft part coupling can be provided for mutual rotational driving of the output shaft parts. Preferably, the coupling should be designed to be contactless, in particular realized by a magnetic coupling, wherein in particular the output shaft parts rotary bearing receiving control rod comprises two separated by an inner wall Sacklochabteile in which the respective output shaft part is rotatably mounted, but not displaceable in the direction of adjustment relative to the blind hole department is.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Elektromotor vorgesehen, der derart mit dem Ventilglied gekoppelt ist, dass das Ventilglied zum Realisieren einer Pumpenfunktion angetrieben werden kann. Alternativ kann das Ventilglied derart mit einem Elektrogenerator verbunden sein, dass eine von der Fluidströmung induzierte Drehbewegung des Ventilglieds in dem Elektrogenerator in elektrische Energie umgewandelt werden kann.In a further development of the invention, an electric motor is provided, which is coupled to the valve member such that the valve member can be driven to realize a pump function. Alternatively, the valve member may be connected to an electric generator such that rotational movement of the valve member induced in the fluid flow by the fluid flow may be converted into electrical energy in the electric generator.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine Spulenanordnung des Elektromotors oder Elektrogenerators an einer drehfest und axial verschieblich gelagerten Stellstange insbesondere außerhalb des Stellventilgehäuses und bevorzugt innerhalb einer Rückstellkammer eines pneumatischen Stellantriebs befestigt. Die Spulenanordnung wird entsprechend der Stellbewegung mit hin und her bewegt. Vorzugsweise ist an einer mit dem Ventilglied fest verbundenen Abtriebswelle eine Dauermagnetanordnung gegenüber den Spulen drehbar befestigt, was eine gemeinsame translatorische Stellbewegung der Spule des Elektromotors oder des Elektrogenerators und der Dauermagnetanordnung sowie eine relative Rotationsbewegung zwischen der Spule und der Magnetanordnung zugelassen wird. Auf diese Weise wird unabhängig von der Stellposition stets eine Pumpenfunktion oder eine Generatorfunktion bereitgestellt.In a preferred embodiment of the invention, a coil arrangement of the electric motor or electric generator is attached to a rotatably and axially displaceably mounted control rod, in particular outside of the control valve housing and preferably within a return chamber of a pneumatic actuator. The coil arrangement is moved back and forth in accordance with the adjusting movement. Preferably, a permanent magnet arrangement is rotatably attached to the output shaft fixed to the valve member relative to the coils, which is a common translational adjusting movement of the coil of the electric motor or the electric generator and the permanent magnet assembly and a relative rotational movement between the coil and the magnet assembly is allowed. In this way, regardless of the setting position, a pump function or a generator function is always provided.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Elektromotor oder ein Elektrogenerator, der mit einer an dem Ventilglied drehfest gekoppelten Magnetanordnung zusammenwirkt außerhalb des Ventilgehäuses, insbesondere in einem Stellantriebsgehäuse, wie einem pneumatischen Stellantriebsgehäuse insbesondere in dessen pneumatischer Arbeitskammer oder Rückstellkammer, angeordnet. Vorzugsweise ist der Elektromotor oder Elektrogenerator gegenüber einer mit dem Ventilglied drehfest gekoppelten Abtriebswelle und insbesondere gegenüber einer translatorisch, axial gelagerten Stellstange gehäusefest angeordnet. Die Magnetanordnung kann insbesondere an einer Abtriebswelle eine derartige axiale Längsausdehnung in Stellrichtung aufweisen, dass über den gesamten Stellweg des Stellventils eine Spule des Elektromotors oder Elektrogenerators in elektromagnetischem Eingriff mit der Magnetanordnung steht, so dass eine Pumpenfunktion oder eine Generatorfunktion unabhängig von der Stellventilposition zugelassen und gewährleistet ist. Vorzugsweise ist die Längsausdehnung der Magnetanordnung wenigstens gleich der maximalen Stellamplitude des Stellventils.In a further development of the invention, an electric motor or an electric generator which cooperates with a non-rotatably coupled to the valve member magnet assembly outside of the valve housing, in particular in an actuator housing, such as a pneumatic actuator housing in particular in the pneumatic working chamber or return chamber arranged. Preferably, the electric motor or electric generator with respect to a valve member rotatably coupled to the output shaft and in particular with respect to a translational, axially mounted control rod fixed to the housing. The magnet arrangement may have such an axial longitudinal extent in the direction of adjustment, in particular on an output shaft, that over the entire travel of the control valve, a coil of the electric motor or electric generator is in electromagnetic engagement with the magnet assembly, so that a pump function or a generator function is allowed and guaranteed independent of the control valve position. Preferably, the longitudinal extent of the magnet arrangement is at least equal to the maximum control amplitude of the control valve.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Energie und/oder zum stellventilindividuellen Beeinflussen der Prozessfluidströmung im Bereich eines Stellventildurchgangs eines Stellventils, insbesondere zum Erzielen eines gegenüber der Prozessfluidströmung zusätzlichen Pumpeffekts im Bereich des Stellventildurchgangs, wie dem Ventilsitz. Das Verfahren ist derart ausgelegt, dass es gemäß der oben genannten Funktionsweise des Stellventils verfahren kann. Das drehbar gelagerte Ventilglied des Stellventils wird insbesondere um dessen Stellbewegungsachse durch die Prozessfluidströmung und/oder durch von außen eingeleitete Drehkräfte in eine Rotationsbewegung versetzt, welche von der Außenseite zum Ventilglied und/oder von dem Ventilglied zur Außenseite des Ventilgehäuses übertragen wird. An der Außenseite des Stellventils kann die Rotationsbewegung mittels eines Elektromotors in elektrische Energie umgewandelt werden und gegebenenfalls einem elektrischen Energiespeicher zugeführt werden. bei Beaufschlagung einer Drehbewegung von außen, wird die Drehbewegung an das drehbar gelagerte Ventilglied übertragen, um im Bereich des Ventilsitzes die Beeinflussung der Prozessfluidströmung zu erreichen. Hierzu kann das Ventilglied an dessen umströmter Außenseite mit einer Turbinenstruktur versehen sein.Furthermore, the invention relates to a method for generating electrical energy and / or the control valve individually influencing the process fluid flow in the region of a control valve passage of a control valve, in particular for achieving a relation to the process fluid flow additional pumping in the range of the control valve passage, such as the valve seat. The method is designed so that it can proceed according to the above-mentioned operation of the control valve. The rotatably mounted valve member of the control valve is in particular set around its Stellbewegungsachse by the process fluid flow and / or by externally introduced rotational forces in a rotational movement, which is transmitted from the outside to the valve member and / or from the valve member to the outside of the valve housing. On the outside of the control valve, the rotational movement can be converted by means of an electric motor into electrical energy and optionally supplied to an electrical energy store. upon application of a rotational movement from the outside, the rotational movement is transmitted to the rotatably mounted valve member in order to achieve in the region of the valve seat influencing the process fluid flow. For this purpose, the valve member may be provided with a turbine structure on the outside around which it flows.
Es sei klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren gemäß der oben und/oder später genannten Funktions- und Verfahrensschritte konkretisiert sein kann.It is clear that the method according to the invention can be concretized according to the functional and method steps mentioned above and / or later.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:Further characteristics, advantages and features of the invention are explained by the following description of preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:
In
Das Stellventil
Zwischen dem Strömungseinlass
Das Ventilglied
Das Ventilglied
Damit die Abtriebswelle
Die Stellstange
Wird die pneumatische Arbeitskammer
Damit die Stellstange
Wie in
Beim Durchströmen des Stellventils
Nun unter spezifischer Bezugnahme auf die Ausführung gemäß
Die Stellstange
Wie in
Bei der Ausführung nach
Damit die Antriebsbewegungen des Ventilglieds
Bei der in
Wie oben bereits erläutert, ist für diese Ausgestaltung eines ortsfesten Elektromotors/Elektrogenerators eine Magnetanordnung
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features disclosed in the foregoing description, the figures and the claims may be of importance both individually and in any combination for the realization of the invention in the various embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- StellventilControl valve
- 33
- Stellantriebactuator
- 55
- Elektromotor/ElektrogeneratorElectric motor / electric generator
- 77
- StellventilgehäuseControl valve housing
- 1111
- Strömungseinlassflow inlet
- 1313
- Strömungsauslassflow outlet
- 1515
- Befestigungsflanschmounting flange
- 1717
- StrömungsdurchgangFlow passage
- 2121
- Innenrippeinternal rib
- 2323
- Dichtungssitz, DichtungshülseSeal seat, sealing sleeve
- 2525
- Ventilsitzvalve seat
- 2727
- Dichtflächesealing surface
- 3131
- Ventilgliedvalve member
- 3333
- Turbinenabschnittturbine section
- 3535
- Turbinenschaufelturbine blade
- 4141
- Abtriebswelleoutput shaft
- 4343
- Spulenanordnungcoil assembly
- 45, 45'45, 45 '
- Magnetanordnungmagnet assembly
- 5151
- Stellstangecontrol rod
- 5353
- Kugellager/WälzlagerBearings / Bearing
- 5555
- GehäusedurchgangHousing passage
- 5757
- Antriebsgehäusedrive housing
- 6161
- pneumatische Arbeitskammerpneumatic working chamber
- 6363
- Anschluss, RollenmembranConnection, roller diaphragm
- 6565
- RückstellkammerReturn chamber
- 6767
- DruckfederanordnungCompression spring arrangement
- 7171
- Membran-Teller-AnordnungMembrane-plate assembly
- 7575
- Membrantellerdiaphragm plate
- 7777
- Gleitlagerbearings
- 81 81
- elektrische Leitung, Montageabschnittelectric cable, mounting section
- 87, 8987, 89
- Wellenabschnittshaft section
- 9191
- Innenwandinner wall
- 9393
- Magnetkupplungmagnetic coupling
- 9595
- Dichtungpoetry
- SS
- Stellrichtungsetting direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 102012002316 A1 [0007] DE 102012002316 A1 [0007]
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