DE202019103289U1 - Gas safety valve - Google Patents
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Abstract
Sicherheitsventil (1) zur modulierten Steuerung eines Gasstroms, ausgebildet als Doppelsicherheitsventil, mit einem Schrittmotor (15), einem Anker (3), einem ersten Ventil mit einem ersten Ventilkörper (4), einer ersten Ventilfeder (5) sowie einem ersten Ventilsitz (6), und einem zweiten Ventil mit einem zweiten Ventilkörper (7), einer zweiten Ventilfeder (8) sowie einem zweiten Ventilsitz (9), wobei eine Bewegung des Ankers (3) aus einer Schließstellung des Sicherheitsventils (1) gegen eine Federkraft der ersten Ventilfeder (5) wirkt und den ersten Ventilkörper (4) von dem ersten Ventilsitz (6) löst und die Bewegung des Ankers (3) gegen eine Federkraft der zweiten Ventilfeder (8) wirkt und den zweiten Ventilkörper (7) von dem zweiten Ventilsitz (9) löst und damit eine Ventilöffnung für einen Durchfluss des Gasstroms freigibt, wobei eine Durchflussmenge des Gasstroms durch die Ventilöffnung über den Schrittmotor (15) zwischen einer Schließstellung und einer vollständigen Öffnungsstellung auch in Teilöffnungsstellungen kontinuierlich regelbar ist. Safety valve (1) for the modulated control of a gas flow, designed as a double safety valve, with a stepping motor (15), an armature (3), a first valve with a first valve body (4), a first valve spring (5) and a first valve seat (6 ), and a second valve having a second valve body (7), a second valve spring (8) and a second valve seat (9), wherein a movement of the armature (3) from a closed position of the safety valve (1) against a spring force of the first valve spring (5) acts and releases the first valve body (4) from the first valve seat (6) and the movement of the armature (3) against a spring force of the second valve spring (8) acts and the second valve body (7) from the second valve seat (9 ) and thus releases a valve opening for a flow of the gas flow, wherein a flow rate of the gas flow through the valve opening via the stepping motor (15) between a closed position and a complete opening position is continuously adjustable in partial opening positions.
Description
Die Erfindung betrifft ein Gas-Sicherheitsventil zur modulierten Steuerung eines Gasstroms, insbesondere zur Verwendung in einem Gas-Luft-Verbundsystem von Verbrennungsanlagen.The invention relates to a gas safety valve for the modulated control of a gas flow, in particular for use in a gas-air composite system of incinerators.
Sicherheitsventile werden im Stand der Technik zusätzlich zu Gasregelventilen eingesetzt und sind in einer Weise konstruiert, dass sie im Störfall, z.B. im Fall eines Stromausfalls automatisch schließen und die Gaszuführung sicher abriegeln. Meist wird zur Steuerung des Sicherheitsventils an einer Spule eine Spannung angelegt, die ab einem gewissen Spannungswert einen Anker bewegt und dabei den Ventilkörper von dem Ventilsitz löst und schlagartig in die vollständig offene Stellung verfährt. Sobald der Strom bzw. die Spannung wegfällt, wird der Ventilkörper über eine Ventilfeder zurück auf den Ventilsitz gedrückt. Bekannt sind dabei auch Doppelsicherheitsventile mit zwei integrierten, redundant vorgesehenen Ventilen, die unabhängig voneinander jeweils einen Ventilkörper aufweisen, die im Störfall jeweils auf eigene Ventilsitze treffen, so dass beide Ventile unabhängig voneinander schließen.Safety valves are used in the prior art in addition to gas control valves and are designed in such a way that in the event of an accident, e.g. in the event of a power failure, close automatically and safely shut off the gas supply. Usually, a voltage is applied to the control of the safety valve to a coil, which moves an anchor from a certain voltage and thereby releases the valve body from the valve seat and abruptly moves into the fully open position. As soon as the current or voltage is removed, the valve body is pushed back onto the valve seat via a valve spring. Also known are double safety valves with two integrated, redundantly provided valves which each independently have a valve body which meet in case of failure each on their own valve seats, so that both valves close independently.
Die bekannten Sicherheitsventile dienen ausschließlich zur Gewährleistung der Sicherheit und sind als AUF-ZU-Ventile ausgebildet, d.h. ihre Ventilöffnung ist entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen. Gleiches gilt entsprechend für die Doppelsicherheitsventile, bei denen ebenfalls beide redundant vorgesehenen Ventile vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen sind. Die Realisierung von Teilöffnungsstellungen ist nicht vorgesehen, da dies über gesonderte, in Reihe geschaltete Gasregelventile erfolgt.The known safety valves are solely for the purpose of safety and are designed as open-close valves, i. its valve opening is either fully open or fully closed. The same applies mutatis mutandis to the double safety valves, in which both redundantly provided valves are also fully open or fully closed. The realization of partial open positions is not provided because this is done via separate, series-connected gas control valves.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein über seine Lebensdauer möglichst exakt modulierbares Sicherheitsventil bereit zu stellen.The invention is therefore based on the object to provide over its life as accurately as possible modulated safety valve.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the feature combination according to claim 1.
Erfindungsgemäß wird ein Sicherheitsventil zur modulierten Steuerung eines Gasstroms vorgeschlagen, das als Doppelsicherheitsventil ausgebildet ist. Das Sicherheitsventil ist ausgestattet mit einem Schrittmotor, einem Anker, einem ersten Ventil mit einem ersten Ventilkörper, einer ersten Ventilfeder sowie einem ersten Ventilsitz, und einem zweiten Ventil mit einem zweiten Ventilkörper, einer zweiten Ventilfeder sowie einem zweiten Ventilsitz. Die Bewegung des Ankers wirkt aus einer Schließstellung des Sicherheitsventils gegen eine Federkraft der ersten Ventilfeder und löst den ersten Ventilkörper von dem ersten Ventilsitz. Die Bewegung des Ankers wirkt zudem gegen eine Federkraft der zweiten Ventilfeder und löst auch den zweiten Ventilkörper von dem zweiten Ventilsitz, sodass damit eine Ventilöffnung für einen Durchfluss des Gasstroms freigegeben wird. Die Durchflussmenge des Gasstroms durch die Ventilöffnung ist hierbei über den Schrittmotor zwischen einer Schließstellung und einer vollständigen Öffnungsstellung auch in Teilöffnungsstellungen kontinuierlich regelbar.According to the invention, a safety valve for the modulated control of a gas flow is proposed, which is designed as a double safety valve. The safety valve is equipped with a stepping motor, an armature, a first valve with a first valve body, a first valve spring and a first valve seat, and a second valve with a second valve body, a second valve spring and a second valve seat. The movement of the armature acts from a closed position of the safety valve against a spring force of the first valve spring and releases the first valve body from the first valve seat. The movement of the armature also acts against a spring force of the second valve spring and also dissolves the second valve body of the second valve seat, so that thus a valve opening for a flow of gas flow is released. The flow rate of the gas flow through the valve opening is continuously controlled via the stepping motor between a closed position and a full open position in Teilöffnungsstellungen.
Die Nutzung des Schrittmotors ist besonders vorteilhaft, da in exakten Schritten reproduzierbar eine identische Gasmenge eingesteuert werden kann. Das erfindungsgemäße Sicherheitsventil übernimmt somit neben der doppelten Absicherung auch Aufgaben klassischer Regelventile. Das reduziert den benötigten Bauraum und die Kosten.The use of the stepper motor is particularly advantageous because in exact steps reproducibly an identical amount of gas can be controlled. The safety valve according to the invention thus assumes not only the double protection but also the tasks of classical control valves. This reduces the required installation space and costs.
Dabei ist besonders eine Ausführung günstig, bei der die Regelung des Durchflusses des Gasstroms durch die Ventilöffnung des Sicherheitsventils ausschließlich über einen durch den Schrittmotor gesteuerten Hub des zweiten Ventilkörpers erfolgt.In this case, a particularly advantageous embodiment is that in which the regulation of the flow of the gas flow through the valve opening of the safety valve takes place exclusively via a stroke of the second valve body controlled by the stepper motor.
Der Schrittmotor ist vorzugsweise als linearer mehrpoliger, spulenbetriebener Schrittmotor ohne Rastkraft bzw. Rastmoment ausgebildet. Die Rastkraft ist in jedem Fall geringer als die Federrückstellkraft. Der Aufbau des Schrittmotors ist sowohl mit als auch ohne Permanentmagnet möglich.The stepper motor is preferably designed as a linear multi-pole, coil-operated stepping motor without latching force or latching torque. The latching force is lower than the spring restoring force in any case. The construction of the stepper motor is possible both with and without a permanent magnet.
Die Federrate (auch als „Federsteifigkeit“ bezeichnet) der zweiten Ventilfeder wird in einem Ausführungsbeispiel gegenüber der Federrate der ersten Ventilfeder höher festgelegt, dass unterstützend zu der Regelung über den Schrittmotor kontinuierlich veränderliche Öffnungsstellungen des zweiten Ventils und mithin des Sicherheitsventils regelbar sind.The spring rate (also referred to as "spring stiffness") of the second valve spring is set higher in one embodiment compared to the spring rate of the first valve spring that supportive to the control via the stepper motor continuously variable opening positions of the second valve and thus the safety valve can be controlled.
Bei einer über den Schrittmotor erzeugten linearen Krafteinwirkung auf den Anker in Richtung der Öffnungsstellung erhöht sich die Vorspannkraft auf die erste Ventilfeder des ersten Ventils. Sobald die von dem Schrittmotor erzeugte Kraft die Federkraft übersteigt, löst sich der erste Ventilkörper von dem ersten Ventilsitz und versetzt das erste Ventil in eine offene Öffnungsstellung. When a linear force is generated on the armature in the direction of the open position via the stepper motor, the preload force on the first valve spring of the first valve increases. As soon as the force generated by the stepping motor exceeds the spring force, the first valve body releases from the first valve seat and moves the first valve to an open position.
Das zweite Ventil bleibt aufgrund der höheren Federrate der zweiten Ventilfeder zunächst noch geschlossen und öffnet bei einer weiteren Erhöhung der Krafteinwirkung durch den Schrittmotor auf den Anker in Öffnungsstellungsrichtung.The second valve remains initially closed due to the higher spring rate of the second valve spring and opens at a further increase in the force by the stepper motor on the armature in the opening position direction.
Die Regelung des Durchflusses des Gasstroms durch die Ventilöffnung des Sicherheitsventils erfolgt ausschließlich über einen Hub des zweiten Ventilkörpers und in Abhängigkeit der durch den Schrittmotor erzeugten Ankerposition.The regulation of the flow of the gas flow through the valve opening of the safety valve takes place exclusively via a stroke of the second valve body and in dependence on the armature position generated by the stepper motor.
In einer Ausgestaltung des Sicherheitsventils ist der erste Ventilkörper unmittelbar an dem Anker angeordnet. In one embodiment of the safety valve, the first valve body is arranged directly on the armature.
Eine weitere Ausführung des Sicherheitsventils sieht vor, dass der Anker zumindest abschnittsweise von einer magnetischen oder nichtmagnetischen Hülse umgeben ist, an welcher der zweite Ventilkörper angeordnet ist. Der Anker ist innerhalb der Hülse beweglich angeordnet. Der Anker bewegt sich angetrieben über den Schrittmotor innerhalb der Hülse in axialer Richtung und wirkt gegen die ebenfalls innerhalb der Hülse angeordnete erste Ventilfeder.A further embodiment of the safety valve provides that the armature is at least partially surrounded by a magnetic or non-magnetic sleeve, on which the second valve body is arranged. The armature is movably disposed within the sleeve. The armature moves in a driven manner via the stepping motor within the sleeve in the axial direction and acts against the first valve spring which is likewise arranged inside the sleeve.
In einer vorteilhaften Ausführung stehen die erste Ventilfeder und die zweite Ventilfeder mit der Hülse in Eingriff. Die zweite Ventilfeder wird getrennt von der ersten Ventilfeder vorzugsweise die Hülse umschließend angeordnet, wobei eine Bewegung des Ankers auf die Hülse übertragbar ist, und mithin über die Hülse mittelbar auf die zweite Ventilfeder einwirkt. Der zweite Ventilkörper ist vorteilhafterweise ebenfalls an der Hülse angeordnet oder ausgebildet.In an advantageous embodiment, the first valve spring and the second valve spring are engaged with the sleeve. The second valve spring is arranged separated from the first valve spring, preferably surrounding the sleeve, wherein a movement of the armature is transferable to the sleeve, and thus acts indirectly on the sleeve via the second valve spring. The second valve body is advantageously also arranged or formed on the sleeve.
Ferner sieht eine günstige Ausgestaltung vor, dass der erste Ventilkörper unmittelbar an dem Anker angeordnet und als Ventilkegel ausgebildet ist, welcher den ersten Ventilsitz in der Schließstellung durchdringt. Zudem ist vorteilhaft, wenn der erste Ventilsitz einen kegelförmigen Querschnitt aufweist. Die Abdichtung erfolgt mithin über die Außenmantelfläche des kegelförmigen Ventilkörpers und den komplementär kegelförmig geformten Ventilsitzes. Der als Ventilkegel ausgebildete erste Ventilkörper ist dabei gegenüber dem kegelförmigen Ventilsitz zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung verlagerbar und die Ventilöffnung wird in der Öffnungsstellung und der Teilöffnungsstellung durch einen umlaufenden Spalt zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz bestimmt.Furthermore, a favorable embodiment provides that the first valve body is arranged directly on the armature and designed as a valve cone, which penetrates the first valve seat in the closed position. In addition, it is advantageous if the first valve seat has a conical cross section. The seal thus takes place via the outer circumferential surface of the conical valve body and the complementary conically shaped valve seat. The valve body designed as a first valve body is displaceable relative to the conical valve seat between the closed position and the open position and the valve opening is determined in the open position and the partial open position by a circumferential gap between the valve body and the valve seat.
Als bauraumoptimierte Lösung ist bei dem Sicherheitsventil vorgesehen, dass das erste Ventil und das zweite Ventil koaxial angeordnet sind. Zudem ist eine Ausführung des Sicherheitsventils als auswechselbare Moduleinheit vorteilhaft. Eine derartige Moduleinheit zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise als singuläre Einheit aus, die unabhängig von anderen Komponenten einsetzbar ist. Beispielsweise kann eine derartige Moduleinheit in einen Gasweg eingesetzt werden, in dem auch zusätzliche Regelventile verbaut werden.As a space-optimized solution is provided in the safety valve, that the first valve and the second valve are arranged coaxially. In addition, an embodiment of the safety valve as an exchangeable module unit is advantageous. Such a module unit is characterized by a compact design as a singular unit that can be used independently of other components. For example, such a module unit can be used in a gas path in which additional control valves are installed.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
-
1 eine seitliche Schnittansicht eines Sicherheitsventils in der geschlossenen Position; -
2 eine seitliche Schnittansicht des Sicherheitsventils aus1 in der Öffnungsstellung;
-
1 a side sectional view of a safety valve in the closed position; -
2 a side sectional view of the safety valve1 in the open position;
In den
Innerhalb eines Ventilgehäuses
Der Anker
Das zweite Ventil und mithin das Sicherheitsventil
Da die Öffnung des zweiten Ventils, d.h. der Hub des zweiten Ventilkörpers
Claims (11)
Priority Applications (1)
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DE202019103289.8U DE202019103289U1 (en) | 2019-06-12 | 2019-06-12 | Gas safety valve |
Applications Claiming Priority (1)
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DE202019103289.8U DE202019103289U1 (en) | 2019-06-12 | 2019-06-12 | Gas safety valve |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE202019103289U1 true DE202019103289U1 (en) | 2019-07-03 |
Family
ID=67308492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE202019103289.8U Active DE202019103289U1 (en) | 2019-06-12 | 2019-06-12 | Gas safety valve |
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2019
- 2019-06-12 DE DE202019103289.8U patent/DE202019103289U1/en active Active
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---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |