DE102015016357B4 - Control valve of a process plant - Google Patents
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Abstract
Stellventil (1) zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer chemischen oder petrochemischen Anlage, einer Anlage zum Verarbeiten von Lebensmittelfluiden, wie eine Brauerei, oder einem Kraftwerk, wie einem Kernkraftwerk , umfassend ein Stellventilgehäuse (7), das die Position eines ortsfesten Ventilsitzes (25) definiert, ein Ventilglied (31), das mit dem Ventilsitz (25) zum Öffnen und Schließen des Stellventils (1) zusammenwirkt, und eine Lagerung zum translatorischen Führen des Ventilglieds (31) relativ zu dem Ventilsitz (25) in Stellrichtung (S), wobei diese Lagerung zusätzlich eine Rotationsbewegung des Ventilglieds (31) relativ zu dem Ventilsitz (25) zulässt, wobei ein Elektromotor (5) oder ein Elektrogenerator (5) derart mit dem Ventilglied (31) gekoppelt ist, dass eine Drehantriebskraft zwischen dem Ventilglied (31) und dem Elektrogenerator oder Elektromotor (5) übertragen werden kann, wobei der Elektromotor (5) mit dem Ventilglied (31) gekoppelt ist, um das Ventilglied (31) zum Realisieren einer Pumpenfunktion anzutreiben oder wobei das Ventilglied (31) mit dem Elektrogenerator (5) verbunden ist, um eine von der Fluidströmung induzierte Drehbewegung des Ventilglieds (31) in dem Elektrogenerator (5) in elektrische Energie umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass eine hohl ausgeführte Stellstange (51) vorgesehen ist, die an das Ventilglied (31) in axialer, translatorischer Stellrichtung (S) mitnehmend gekoppelt ist, sodass eine lineare Bewegung der Stellstange (51) zu einer linearen Bewegung des Ventilglieds (31) führt, wobei zudem eine in der Stellstange (51) angeordnete Abtriebswelle (41) vorgesehen ist, die mit dem Ventilglied (31) drehfest verbunden ist, wobei eine Drehlagerung zwischen der Stellstange (51) und der Abtriebswelle (41) vorgesehen ist, und dass eine Spulenanordnung (43) des Elektromotors (5) oder Elektrogenerators (5) an der drehfest und axial verschieblich gelagerten Stellstange (51) außerhalb des Stellventilgehäuses (7) befestigt ist, wobei die Spulenanordnung (43) entsprechend der Stellbewegung mit hin und her bewegt wird, und dass das Ventilglied (31) an einer gegenüber dem Ventilgehäuse (7) rotatorisch gelagerten Abtriebswelle (41) befestigt ist, die zweigeteilt ist, wobei ein ventilgliedseitiger Abtriebswellenteil das Ventilglied (31) trägt und das weitere, außenseitige Abtriebswellenteil eine Dauermagnetanordnung (45) trägt.Control valve (1) for adjusting a process fluid flow of 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, comprising a control valve housing (7) which defines the position of a stationary valve seat (25). , a valve member (31) which cooperates with the valve seat (25) to open and close the control valve (1), and a bearing for translationally guiding the valve member (31) relative to the valve seat (25) in the control direction (S), wherein this bearing additionally permits a rotational movement of the valve member (31) relative to the valve seat (25), an electric motor (5) or an electric generator (5) being coupled to the valve member (31) in such a way that a rotational drive force between the valve member (31) and the electric generator or electric motor (5), the electric motor (5) being coupled to the valve member (31) in order to drive the valve member (31) to implement a pump function, or the valve member (31) being connected to the electric generator (5 ) is connected in order to convert a rotational movement of the valve member (31) induced by the fluid flow into electrical energy in the electric generator (5), characterized in that a hollow actuating rod (51) is provided which is attached to the valve member (31) in an axial , translational adjusting direction (S) is coupled to drive, so that a linear movement of the adjusting rod (51) leads to a linear movement of the valve member (31), wherein an output shaft (41) arranged in the adjusting rod (51) is also provided, which is connected to the valve member (31) is connected in a rotationally fixed manner, with a rotary bearing being provided between the actuating rod (51) and the output shaft (41), and that a coil arrangement (43) of the electric motor (5) or electric generator (5) is mounted in a rotationally fixed and axially displaceable manner The control rod (51) is attached outside the control valve housing (7), the coil arrangement (43) being moved back and forth with it in accordance with the control movement, and that the valve member (31) is mounted on an output shaft (41) which is rotatably mounted relative to the valve housing (7). is attached, which is divided into two parts, with a valve member-side output shaft part carrying the valve member (31) and the further, outside output shaft part carrying a permanent magnet arrangement (45).
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 systems with which thermally and/or chemically aggressive fluids are processed. Fluids with temperatures well below 100°C are processed in cooling processes, whereby substances that are hazardous to the environment and health have to be treated in chemical or petrochemical process technology. When handling such fluids, there are special production regulations to be observed, such as standardized ignition safety. In process engineering systems for processing food fluids, such as in breweries, dairies or the like, there are certain production requirements for the control valve, in particular with regard to its sealing function, emergency closing function 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 in the process plant. The control valve has a valve seat fixed to the housing and a valve member usually designed as a valve cone. The valve member is attached to a valve rod or valve stem, which may be operated by a pneumatic, electric or hydraulic drive, for adjustment in a translational direction of movement of the control valve. In the process engineering system, 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 pneumatics or hydraulics, is and remains hermetically sealed from the process fluid side in every setting position of the control valve, even if a large number of setting movements are to be undertaken during the operating time of the process engineering system.
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 can be subject to a control circuit that is electrically operated. For this purpose, the control valve according to the invention can also be operationally coupled to a nearby, in particular directly flanged, in particular electropneumatic positioner, which can emit a corresponding, auxiliary-powered control signal to an actuator coupled to the control valve, for example via auxiliary energy, such as pneumatics or hydraulics. It is desirable that the electrical components of the lifting valve arrangement, in particular of the position control system, are not only powered by a central energy supply, but only receive an energy supply at specific operating points. A decentralized energy supply has the disadvantage that, due to ignition protection requirements, it is not easy to keep a self-sufficient energy supply in stock for the valve areas.
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 energy generation cells in process technology for energy self-sufficient energy generation, and a pneumatic or hydraulic source can be used as the energy source, for example. 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 energy generation devices require precise assembly and a larger number of components. Furthermore, a translational reciprocating movement is associated, for example, with a non-negligible functional susceptibility, in particular when different pneumatic flows act on the piston to different extents.
Ein Stellventil mit einer Energiegewinnungseinrichtung ist aus WO 2014/ 132 187 A2 bekannt. Dabei ist einem Verschlusselement in Form eines radialen Verschlussschiebers die Energiewandlungseinrichtung in Strömungsrichtung nachgeordnet. Diese Anordnung einer Energieumwandlungseinrichtung im Bereich des Stellventils bedarf aufgrund der hohen Teilezahl eines hohen Montageaufwands und beeinflusst zudem stark die Prozessfluidströmung, so dass ein Einsatz der bekannten Anordnung nicht für eine Vielzahl von prozesstechnischen Situationen geeignet ist.A control valve with an energy generation device is known from WO 2014/132 187 A2. In this case, the energy conversion device is arranged downstream of a closure element in the form of a radial closure slide in the direction of flow. This arrangement of an energy conversion device in the area of the control valve requires a great deal of assembly effort due to the large number of parts and also has a strong influence on the flow of process fluid, so that use of the known arrangement is not suitable for a large number of process engineering situations.
US 2009 / 0 165 866 A1 offenbart ein Kugelventil, in dem innerhalb des Kugelventilglieds eine Turbine angeordnet ist, welche gegenüber dem Kugelventilglied drehbar gelagert ist. Auch diese Anordnung ist schadensanfällig und trägt zu einer deutlichen Beeinflussung der Prozessströmung durch die Turbine innerhalb des Durchgangskanals des Stellventils bei, so dass ein umfangreicher Einsatz auf dem Gebiet der Prozesstechnik nicht möglich ist.US 2009/0 165 866 A1 discloses a ball valve in which a turbine is arranged inside the ball valve member and is rotatably mounted relative to the ball valve member. This arrangement is also susceptible to damage and contributes to a significant influencing of the process flow through the turbine within the through-channel of the control valve, so that extensive use in the field of process technology is not possible.
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.The object of the invention is to provide a decentralized energy supply for electrical devices in the vicinity of a control valve, in which case the flow characteristics of the control valve can remain unaffected as far as possible, in particular the flow flow can be adjusted independently of the controlled position of the control valve, without the maintenance effort for the control valve and/or or increase the probability of failure.
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.According to this, a control valve, in particular a lift valve, is provided, preferably for the linear setting, in particular raising and lowering, of a valve member in order to adjust a process fluid flow of the process plant, as defined above. The process plant includes 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, to fix the valve seat in the interior of the channel passage of the control valve, an inner rib can be provided, which delimits an in particular circular passage opening, which can represent the base of the valve seat. It is known to form the valve seat by inserting a separate sealing seat, in particular from a material that is different from the valve housing. Furthermore, the control valve according to the invention has a valve member that interacts with the valve seat to open and close the control valve, wherein in particular the valve member can be moved towards and away from the valve seat, in particular can be raised or lifted in the vertical direction. The valve member can have a rotationally symmetrical shape, such as a cone shape or a truncated cone shape, in which case, in particular, an axis of rotational symmetry of the valve member can coincide with a linear actuating movement axis of the valve member. The particularly rotationally symmetrical valve member interacts with the likewise rotationally symmetrical valve seat in order to form a closed, circumferential, particularly circular or cylindrical sealing surface engagement in the closed state. The valve member forms the adjustable valve body of the control valve, which cooperates with the stationary valve seat to open and close the control valve. Furthermore, a bearing, in particular an axial plain bearing, is provided for guiding the valve member in particular in a translatory, linear manner relative to the valve seat. 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 process fluid from escaping from the valve housing or the entry of a medium foreign to the process fluid into the valve housing. According to the invention, this particular linear bearing also has the ability to allow the valve member to rotate relative to the valve seat, particularly about the actuating movement axis of the control valve, so that, in addition to guiding the valve member in an axial control direction, a rotary movement of the valve member about the control direction axis is also permitted.
Bevorzugt 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.The invention preferably relates to a control valve, in particular a lift control valve, which comprises a control valve housing which defines a stationary valve seat through which the process fluid can flow, in particular as already specified above. Furthermore, the control valve according to the invention has a valve member which can be moved, in particular in a translatory manner, in particular in accordance with the regulation, relative to the valve seat for opening and closing the control valve. In addition, the valve member has a sealing surface around which the process fluid flows on the outside, at least when the control valve is open, and which cooperates with the valve seat in order to essentially hermetically seal the valve passage when the valve member is closed. According to the invention, the valve member has a turbine blade profile on its, in particular conical, outside around which the process fluid flows, in particular offset in the direction of flow with respect to the sealing surface. In addition, the valve member is movably mounted relative to the valve housing in such a way that the process fluid flowing past the active surface entrains the valve member, which is in particular freely rotatable, and causes it to rotate. The "open or unclosed" valve member is free to rotate within the control valve body and is exposed to the flow of fluid that causes the pivoted valve member to rotate. The valve member that can be driven in rotation from the outside (independently of the fluid flow) can also influence the fluid flow--independently of the respective position of the valve member along the axis of the actuating direction. With the valve member being able to rotate freely 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 rotary forces into the valve member, which are communicated to the valve member from the outside, a pumping effect can be achieved at the control valve passage, which can cause an additional control valve-specific influencing, in particular strengthening or weakening, of 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.In particular, the valve member can be coupled indirectly via an output shaft to a braking device, for example an electric generator, in order, for example, to stop the valve member from rotating about the adjustment direction axis shortly before the control valve closes, i.e. the valve member engages with the valve seat, so that 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 a throttling of the fluid flow, in particular independently of the respective valve position, up to the sealing of the closure. The rotational movement of the valve member caused by the process fluid flow and in particular an output shaft connected to the valve member can be used to convert flow energy of the process fluid flow into another energy, such as electrical energy, even pneumatic energy on the output shaft side, in particular outside the control valve housing. Appropriate energy converters, which convert the kinematic rotational energy of the valve member into electrical energy or pneumatic energy, are known per se. An energy store, such as an accumulator, can be assigned to the respective energy converter, which stores the converted energy and can release 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 geführt sein kann.In a preferred embodiment of the invention, the control valve comprises a control rod, which is in particular coupled to a control drive, such as a pneumatic control drive, in order to transmit a control force for executing the translational or linear control movement to the valve member. In particular, the actuating force is generated outside the valve housing in the above-mentioned actuating drive and communicated to the actuating 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 actuating rod for transmission further to the outside of the valve housing or vice versa, that are generated outside of the valve housing Actuating forces and rotational driving forces for operating the valve member can be transmitted into the actuator rod. Alternatively, the valve member can be rotatably mounted in the actuating rod responsible for the movement along the actuating direction, so that a rotational movement of the valve member can be implemented relative to an actuating rod that is rigidly mounted in the direction of rotation about the actuating direction axis. In this case of a rotatable mounting of the valve member relative to an actuating rod that is stationary in the direction of rotation, an additional output shaft is provided, to which the valve member is attached and which is rotatably mounted, in particular, on or in the actuating rod. For this purpose, the actuating rod can be designed 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 actuating rod can be guided in the axial actuating direction.
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 control movement in the control direction. The rotary bearing of the valve member with respect to the actuator rod, which is stationary in the direction of rotation, is designed to translate the valve member into both to take along the right directions. Alternatively, the valve member can be rigidly attached to a valve rod, with a valve rod displacement allowing both a translational valve adjustment movement and a rotational movement, in order to be able to assume any position relative to the valve seat in the adjustment direction on the one hand and to allow the rotational movement around the axis of the adjustment direction on the other.
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 cone shape, in particular a truncated cone shape. The valve member can have a conical, in particular truncated cone shape, at least in the open state of the control valve on the outer active surface around which process fluid flows, on which a turbine blade profile and a circumferential sealing area without turbine blade profile are formed in sections. The turbine blade profile is used either as a pump part to influence the process fluid flow by means of a rotational movement imposed from outside or to be driven passively by the process fluid flow, with the resulting kinetic rotational energy being able to be transmitted to the outside via the output shaft. The control valve sealing area is preferably shaped like a segment of a cone or cylindrical. The sealing area is designed to form a full-circumferential sealing engagement with the valve seat of the control valve, in particular when the valve member is closed, with the turbine blade profile section of the outer effective surface in the process fluid flow direction being arranged upstream of the sealing area of the valve member without a turbine blade profile.
Bei der Erfindung ist eine 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. Erfindungsgemäß 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 the invention, a hollow control rod, in particular a hollow tube, is provided as the control rod, which is coupled to the valve member in an axial, translational control direction so that a linear movement of the control rod leads to a linear movement of the valve member. According to the invention, an output shaft is provided, which is assigned in particular concentrically to the actuating rod and 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 actuating rod, a rotary bearing is provided between the actuating rod and the output shaft, for example by means of one or more roller 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 actuator rod is attached to a chamber divider of a pneumatic actuator having at least one pneumatic working chamber and one return chamber. A chamber divider may be a diaphragm and plate assembly movably mounted in the actuator housing. The actuator housing and the valve housing are preferably flanged together in order to require a small construction volume. In addition, the actuator housing and the control valve housing have housing passages that are essentially aligned with one another for the passage of the control rod and, if applicable, the output shaft.
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 passage, which is in particular coaxial with the valve seat and/or diametrically opposite the valve seat, for leading through the valve rod and, if necessary, the output shaft to the outside of the valve housing. The actuating rod is preferably designed as a bearing sleeve in the valve housing passage and/or the actuator housing passage, which is arranged in the valve housing passage and/or the drive housing passage to form an axial plain bearing. The bearing sleeve preferably accommodates at least one rotary bearing, such as a roller bearing, on its inside for guiding the rotational movement of the output shaft against the bearing sleeve.
Bei einer 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 one embodiment of the invention, the valve member is fastened to an output shaft which is mounted in a translatory manner relative to the valve housing and is supported in particular on a hollow actuating rod. The output shaft is preferably divided in two, with an output shaft part on the valve member side carrying the valve member, in particular at the end, and the other output shaft part on the outside carrying a permanent magnet arrangement. Both driven parts are rotationally mounted in such a way that they can rotate independently of one another. Both output shaft parts are supported on the inside of the hollow actuating rod. In this case, an output shaft part coupling can be provided for the mutual rotary entrainment of the output shaft parts. Preferably, the coupling should be contactless, in particular realized by a magnetic coupling, with the actuating rod receiving the output shaft parts in a rotatory manner, in particular, comprising two blind hole compartments separated by an inner wall, in which the respective output shaft part is rotatably mounted, but not displaceable in the setting direction relative to the blind hole compartment is.
Bei 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 the case of the invention, an electric motor is provided which is coupled to the valve member in such a way that the valve member can be driven to implement a pump function. Alternatively, the valve member can be connected to an electric generator in such a way that a rotational movement of the valve member induced by the fluid flow in the Electric generator can be converted into electrical energy.
Bei 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 the invention, a coil arrangement of the electric motor or electric generator is attached to a non-rotatable and axially displaceable actuator rod, in particular outside the control valve housing and preferably inside a return chamber of a pneumatic actuator. The coil arrangement is moved back and forth in accordance with the adjustment movement. A permanent magnet arrangement is preferably rotatably attached to an output shaft firmly connected to the valve member in relation to the coils, which allows a common translational adjustment movement of the coil of the electric motor or the electric generator and the permanent magnet arrangement as well as a relative rotational movement between the coil and the magnet arrangement. In this way, a pump function or a generator function is always provided, regardless of the setting position.
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 interacts with a magnet arrangement non-rotatably coupled to the valve member, is arranged outside the valve housing, in particular in an actuator housing, such as a pneumatic actuator housing, in particular in its pneumatic working chamber or reset chamber. The electric motor or electric generator is preferably arranged fixed to the housing in relation to an output shaft which is coupled in a torque-proof manner to the valve member and in particular in relation to a translatory, axially supported actuating rod. The magnet arrangement can, in particular on an output shaft, have such an axial longitudinal extent in the actuating direction that a coil of the electric motor or electric generator is in electromagnetic engagement with the magnet arrangement over the entire actuating path of the control valve, so that a pump function or a generator function is permitted and guaranteed independently of the control valve position is. The longitudinal extent of the magnet arrangement is preferably 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 for influencing the process fluid flow individually for a control valve in the area of a control valve passage of a control valve, in particular for achieving an additional pumping effect compared to the process fluid flow in the area of the control valve passage, such as the valve seat. The method is designed in such a way that it can proceed in accordance with the above-mentioned mode of operation of the control valve. The rotatably mounted valve member of the control valve is set into a rotational movement, in particular about its axis of control movement, by the flow of process fluid and/or by rotational forces introduced from the outside, 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 rotary movement can be converted into electrical energy by means of an electric motor and, if necessary, fed to an electrical energy store. When a rotary movement is applied from the outside, the rotary movement is transmitted to the rotatably mounted valve member in order to influence the process fluid flow in the area of the valve seat to reach. For this purpose, the valve member can be provided with a turbine structure on the outside around which the flow occurs.
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 specified 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:
-
1 eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Stellventils in einer Hubventilausgestaltung in einer offenen Ventilstellung; -
2 eine Querschnittsansicht gemäß1 , wobei das Stellventil in einer geschlossenen Ventilstellung ist; -
3 eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung des Stellventils; und -
4 eine Querschnittsansicht einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung des Stellventils.
-
1 a cross-sectional view of the control valve according to the invention in a lifting valve configuration in an open valve position; -
2 a cross-sectional view according to FIG1 wherein the control valve is in a closed valve position; -
3 a cross-sectional view of a further embodiment of the control valve according to the invention; and -
4 a cross-sectional view of yet another embodiment of the control valve according to the invention.
In
Das Stellventil 1 umfasst ein Stellventilgehäuse 7, das jeweils an einem Strömungseinlass 11 und Strömungsauslass 13 festlegt, und einen Befestigungsflansch 15 zum Montieren von Anlagenleitungen, die in den Figuren nicht näher dargestellt sind.The
Zwischen dem Strömungseinlass 11 und dem Strömungsauslass 13 ist ein Strömungsdurchgang 17 definiert, der in Vertikalrichtung ausgerichtet ist, die mit einer vertikalen Stellrichtung S zusammenfällt. Der Strömungsdurchgang 17 ist in einer Innenrippe 21 des Ventilgehäuses 7 ausgebildet und nimmt einen eingesetzten hülsenförmigen Dichtungssitz 23 auf, der aus einem unterschiedlichen Material, insbesondere Edelstahl oder Kunststoff, wie das Ventilgehäuse 7 ausgebildet ist, das vorzugsweise aus Metallguss realisiert ist. Die Dichtungshülse 23 bildet den gehäusefesten Ventilsitz 25 des Stellventils 1, der wiederum eine kreisrunde Dichtfläche 27 festlegt. Der Ventilsitz 23 kooperiert zum Öffnen und Schließen des Strömungsdurchgangs 17 der Prozessfluidströmung mit einem Ventilglied 31, das eine Kegelstumpfform aufweist.Between the
Das Ventilglied 31 hat einen stromaufwärts liegenden kegelstumpfförmigen Turbinenabschnitt 33, der mit mehreren einstückigen Turbinenschaufeln 35 ausgebildet ist, damit die Prozessfluidströmung (nicht näher dargestellt) Drehkräfte dem Ventilglied 31 mitteilt und das Ventilglied 31 in eine Drehbewegung versetzt, sobald das Prozessfluid von dem Strömungseinlass 11 hin zum Strömungsauslass 13 den Strömungsdurchgang 17 passiert. Stromabwärtig dem Turbinenabschnitt 35 umfasst das Ventilglied 31 eine umlaufende Dichtfläche 37, die dichtend mit der umlaufenden Sitzdichtfläche 27 des Ventilsitzes 25 prozessfluidabdichtend zusammenwirkt, wenn das Ventilglied 31 formschlüssig in dem gegebenenfalls elastisch verformbaren Dichtungssitz 23 aufgenommen ist (
Das Ventilglied 31 ist an einer Abtriebswelle 41 befestigt, welche die durch die Prozessfluidströmung durch den Turbinenabschnitt 33 induzierten Drehantriebskräfte hin zu dem Elektrogenerator 5 überträgt. Der Elektrogenerator 5 umfasst hierzu eine Spulenanordnung 43, die als Magnetspule mit einer Magnetanordnung 45 elektromagnetisch zusammenwirkt, um bei einer Drehbewegung der Magnetanordnung 45 gegenüber der drehfesten Spulenanordnung 43 Strom zu induzieren. Die Magnetanordnung 45 ist drehfest an der Abtriebswelle 41 befestigt.The
Damit die Abtriebswelle 41 eine freie Drehbewegung durchführen kann, ist diese gegenüber einer Stellstange 51 drehbar gelagert. Die Stellstange 51 ist als Hohlkörper oder Hohlrohr ausgebildet und nimmt die Abtriebswelle 41 in ihrem Hohlraum, der sich längs der Stellrichtung S erstreckt, auf. Für die Drehlagerung der Abtriebswelle 41 gegenüber der Stellstange 51 können Wälzlager vorgesehen sein, welche als Kugellager oder andere Wälzlager ausgebildet sein können, welche in den Zeichnungen im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 53 versehen sind. Im Bereich der Wälzlager können dynamische Prozessfluiddichtungen vorgesehen sein, damit ein Eintritt des Prozessfluids in den Innenbereich des Stellstangenhohlraums vermieden ist. Eine Vermeidung einer Dichtung innerhalb der Stellhohlstange 51 kann realisiert werden, indem eine Sackgassenhohlraumausbildung für die Stellstange 51 vorgesehen ist, wie sie in der Ausführung nach
Die Stellstange 51 führt durch einen Gehäusedurchgang 55 des Ventilgehäuses 7 in ein Antriebsgehäuse 57 des Stellantriebs 3. Der Stellantrieb 3 hat eine pneumatische Arbeitskammer 61, welche über einen Anschluss 63 mit einem insbesondere geregelten pneumatischen Stelldruck beaufschlagt werden kann, um die Stellstange 51 in Stellrichtung S insbesondere zwischen der geschlossenen Position (
Wird die pneumatische Arbeitskammer 61 mit einem pneumatischen Druck beaufschlagt, wirkt der pneumatische Druck entgegen der Federkraft der Federanordnung 67 und verlagert die Stellstange 51 sowie mitnehmend das Ventilglied 31 von der Schließstellung in eine Öffnungsstellung nach oben.If the pneumatic working
Damit die Stellstange 51 in Stellrichtung S verlagert werden kann, ist ein axiales Gleitlager 77 in dem Gehäusedurchgang 55 vorgesehen, welche eine prozessfluiddichte dynamische Dichtung für eine axiale Stellbewegung aufnimmt.So that the actuating
Wie in
Beim Durchströmen des Stellventils 1 und beim geöffneten Zustand des Stellventils 1 wirken aufgrund der Turbinenschaufel 35 Drehkräfte an dem Ventilglied 31, welche eine Rotation des Ventilglieds 31 samt der Abtriebswelle 41 bewirkt, welche Drehabtriebsbewegung auf die Magnetanordnung 45 übertragen wird. Innerhalb der Spulen 43 des Elektrogenerators 5 werden Ströme induziert, welche über eine elektrische Leitung 81 einem elektrischen Verbraucher oder einem elektrischen Speicher (nicht näher dargestellt) zugeführt werden kann. Die elektrische Leitung 81 kann durch den pneumatischen Anschluss 63 der pneumatischen Arbeitskammer 61 durchgeführt sein, wie in
Nun unter spezifischer Bezugnahme auf die Ausführung gemäß
Die Stellstange 51 umfasst einen ventilseitigen, im Wesentlichen rohrförmigen Abschnitt mit einer konstant zylindrischen Außen- und Innenseite längs der Stellrichtung. Die zylindrische Außenseite dient dazu, ein Gleitlager in Bezug auf den Ventilgehäusedurchgang 55 unter Verwendung von mehreren Dichtungselementen 75 zu realisieren. Dabei ist die zylindrische Außenseite soweit in Axialrichtung (S) ausgedehnt, dass längs des kompletten Stellwegs des Stellventils 1 ein Dicht-/Führungskontakt zwischen dem Ventilgehäusedurchgang 55 und der Stellstange 51 bereitgestellt ist. Im Mittelbereich der Stellstange 51 ist eine Querschnittsverdickung 85 vorgesehen, welche dazu dient, den Membranteller 75 daran zu befestigen, um eine druckdichte Kopplung zwischen der Membran-Teller-Anordnung 71 und der Stellstange 51 sicherzustellen.The actuating
Wie in
Bei der Ausführung nach
Damit die Antriebsbewegungen des Ventilglieds 31 im geöffneten Zustand von einem Abtriebswellenabschnitt 87 in den getrennten, gegenüberliegenden Abtriebswellenabschnitt 89 übertragen wird, umfassen beide sich gegenüberliegende, durch die Innenwand 91 getrennten Abtriebswellenenden der Abtriebswellenabschnitte 87, 89 Dauermagneten, durch welche eine Magnetkopplung 93 zwischen den Abtriebswellenabschnitten 87 realisiert ist. Sollten sehr starke abrupte Antriebsbewegungen auf das Ventilglied 31 wirken, erreicht die Magnetkopplung 93 ein nicht abruptes Antreiben der Wellenabschnitte 87, 89, sondern ein allmähliches Antreiben, wodurch elektrische Spannungsspitzen innerhalb des Elektrogenerators 5 vermieden werden. Zudem benötigt es durch die Hinzufügung der Innentrennwand 91 keiner Abdichtung im Hinblick auf die Drehbewegung zwischen der Abtriebswelle 41 und der Stellstange 51.So that the drive movements of the
Bei der in
Wie oben bereits erläutert, ist für diese Ausgestaltung eines ortsfesten Elektromotors/Elektrogenerators eine Magnetanordnung 45' vorgesehen, welche eine derart axiale Ausdehnung aufweist, dass bei der Verlagerung der Stellstange 51 stets gewährleistet ist, dass die Magnetanordnung 45' im elektromagnetischen Einfluss mit den Spulen 43 des Elektromotors oder Elektrogenerators 5 steht.As already explained above, a magnet arrangement 45' is provided for this embodiment of a stationary electric motor/electric generator, which has such an axial extent that that when the actuating
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 above description, the figures and the claims can be important both individually and in any combination for the implementation of the invention in the various configurations.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Stellventilcontrol valve
- 33
- Stellantriebactuator
- 55
- Elektromotor/Elektrogeneratorelectric motor/electric generator
- 77
- Stellventilgehäusecontrol valve body
- 1111
- Strömungseinlassflow inlet
- 1313
- Strömungsauslassflow outlet
- 1515
- Befestigungsflanschmounting flange
- 1717
- Strömungsdurchgangflow passage
- 2121
- Innenrippeinner 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 arrangement
- 45, 45'45, 45'
- Magnetanordnungmagnet assembly
- 5151
- Stellstangeadjusting rod
- 5353
- Kugellager/Wälzlagerball bearings/roller bearings
- 5555
- Gehäusedurchganghousing passage
- 5757
- Antriebsgehäusedrive housing
- 6161
- pneumatische Arbeitskammerpneumatic working chamber
- 6363
- Anschluss, RollenmembranConnection, roller membrane
- 6565
- Rückstellkammerreset chamber
- 6767
- Druckfederanordnungcompression spring arrangement
- 7171
- Membran-Teller-AnordnungDiaphragm-disk assembly
- 7575
- Membrantellerdiaphragm plate
- 7777
- Gleitlagerbearings
- 8181
- elektrische Leitung, Montageabschnittelectric line, assembly section
- 87,8987.89
- Wellenabschnittwave section
- 9191
- Innenwandinner wall
- 9393
- Magnetkupplungmagnetic clutch
- 9595
- Dichtungpoetry
- SS
- Stellrichtungsetting direction
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R020 | Patent grant now final |