阀驱动装置、用于运行阀驱动装置的方法和过程装置与流程

1.本发明涉及一种阀驱动装置，带有流体操纵的阀驱动器，其具有驱动单元，其具有限定壳体内部空间的驱动壳体，在其中可运动地容纳有驱动环节的驱动活塞，且壳体内部空间划分成两个工作腔，由其中至少一个可流体加载。本发明此外涉及一种用于运行阀驱动装置的方法和一种过程装置。


背景技术：

2.这样的阀驱动装置已经自长久以来已知，例如作为过程阀的组成部分，在其中其负责阀环节的运动，以便因此控制过程介质的穿流。
3.同样，已知过程装置，其具有一个或多个反应容器，在其中存在过程介质，其被净化、处理或可再加工。这样的过程装置的示例是用于从液体分离固体的固液分离装置。
4.在阀驱动装置和过程装置的运行中存在如下需要，识别在运行过程中的故障且以合适的应对措施做出反应。


技术实现要素：

5.本发明的任务因此是，创造开头提及的类型的阀驱动装置和过程装置，其具有较高的运行安全性且提供用于运行阀驱动装置的方法，利用其确保较高的运行安全性，由此最小化失效概率。
6.该任务通过带有独立权利要求1的特征的阀驱动装置、带有独立权利要求16的特征的用于运行阀驱动装置的方法、和带有独立权利要求22的特征的过程装置解决。本发明的改进方案在从属权利要求中呈现。
7.根据本发明的阀驱动装置具有流体操纵的阀驱动器，其具有驱动单元，其具有限定壳体内部空间的驱动壳体，在其中可运动地容纳有驱动环节的驱动活塞且壳体内部空间划分成两个工作腔，由其中至少一个可流体压力加载，带有用于监控作用于驱动活塞的借助于流体压力生成的操纵力的力监控设备、带有用于监控驱动活塞的位置的位置监控设备且带有用于基于通过力监控设备和位置监控设备提供的力和位置数据操控阀驱动器的电子控制设备。
8.因此，不仅作用于驱动活塞的操纵力而且驱动活塞的位置被监控，以便若有可能确定故障，其既不是仅仅通过力监控可探测到又不是仅仅通过位置监控可探测到。由此提高阀驱动装置的运行安全性。
9.在本发明的改进方案中，电子控制设备具有带有电子存储器的比较设备，在其中可存储或存储有驱动活塞的最终位置和最大操纵力，且其中通过比较设备可将借助于力监控设备确定的实际操纵力与最大操作力比较且可将驱动活塞的借助于位置监控设备确定的实际位置与最终位置比较。
10.在阀驱动装置的调节运行内可能的是，在由客户设定的区域中确定意外的力提升或期待的力提升的停止。
11.以特别有利的方式，电子控制设备如此设定，使得在超过最大操纵力和实际位置不等于最终位置的情形中可输出针对阀驱动器的切换信号。由此可能的是，借助于阀驱动器生成的驱动运动在处于极限值之上的过高的操纵力的情况中停止，从而避免在阀驱动器处或联结到阀驱动器处的阀组件的阀环节处的损坏。尤其可能的是，检测到是否在阀环节的行进路径中存在阻碍，其阻碍或甚至阻止阀环节到期望的阀环节最终位置中的运动。
12.同样从待期待的力提升的停止、尤其在驶入到最终位置中的情形中可得到结论。这同样可指出如下故障，例如，关联于阀环节的密封件失灵或损坏。
13.在本发明的改进方案中，力监控设备具有用于获取在相关联的工作腔中存在的工作压力的压力获取器件。
14.以特别优选的方式，压力获取器件具有至少一个压力传感器，利用其可获取在相关联的工作腔中的实际压力且根据关联于获取的实际压力的压力传感器传感器信号可传递到比较设备处。流体操纵的阀驱动器可为双重作用的阀驱动器，在其中不仅活塞杆远处的工作腔而且借助于活塞杆穿过的工作腔能够以压缩空气加载。可能的是，压力传感器分别布置在相关联的工作腔的端侧的端部处。借助于压力传感器可能的是，获取在工作腔中的实际压力且尤其借助于无线的电子压力传感器传感器信号传输到比较设备处。备选于双重作用的阀驱动器也可使用带有弹簧复位的单一作用的阀驱动器。
15.阀驱动器可构造为线性驱动器或转动驱动器。
16.以特别优选的方式，在比较设备的电子存储器中可存储或存储有不同类型的阀驱动器的参数，其中参数包括驱动活塞的关联于第一工作腔的活塞面积且若有可能在双重作用的阀驱动器的情形中附加地包括关联于第二工作腔的活塞面积，以便由此借助于获取的实际压力确定实际操纵力。
17.在本发明的改进方案中，设置用于生成驱动活塞的驱动运动的控制阀设备。
18.在本发明的改进方案中设置有用于监控供应给控制阀设备的运行压力的运行压力监控设备。因此可确定，是否存在对于活塞的驱动所需的最小运行压力。此外可确定，是否运行压力超过允许的最大运行压力，由此通过提高的运行压力引起的磨损或由于提高的运行压力产生的提高的操纵力可避免在阀驱动器处的损坏。
19.在本发明的改进方案中，运行压力监控设备尤其具有用于获取实际运行压力的具有至少一个传感器的压力获取器件，其中获取的实际运行压力可传递到比较设备处，以便执行与允许的最小运行压力和允许的最大运行压力的比较且在低于最小运行压力或超过最大运行压力的情形中输出诊断信号。
20.在本发明的改进方案中设置有用于监控过程装置的电子部件的电压供给、尤其控制阀设备的输入电压的电压供给监控设备。适宜地，控制阀设备包括多个控制阀，其分别经由预控制阀操控。预控制阀优选地是电磁阀。利用电压供给监控设备因此例如可监控，是否控制阀设备的预控制阀运行准备好。
21.在本发明的改进方案中，电子控制设备具有用于输出诊断信号的输出设备。
22.电子控制设备的各个部件可集中地尤其联合成组合件。备选地然而也可能的是，电子控制设备的部件非集中地布置。
23.在本发明的改进方案中，位置监控设备具有用于确定驱动活塞沿着其行进路径的实际位置的路径测量单元。
24.适宜地，路径测量单元是无触碰测量的路径测量系统。可能的是，路径测量系统集成到驱动单元的驱动壳体中。适宜地，路径测量单元或路径测量系统包括至少一个尤其条式路径测量传感器。
25.在本发明的改进方案中，位置监控设备具有时间测量设备，经由其能够获取驱动活塞所需要以便在实际位置之间行进到新的理论位置中的行进时间，其中行进时间可传递到比较设备中，以便执行与预设的最大行进时间的比较，在其超过的情形中可输出诊断信号。
26.在本发明的改进方案中，设置有前置于控制阀设备的维护单元，其具有压力调节器，用于将来源于压力源的供给压力调节到运行压力上。维护单元除了压力调节器以外还可具有过滤器和/或加油器。
27.在本发明的改进方案中，电子控制设备和控制阀设备联合成控制组合件。该控制组合件可例如集中地安装在开关柜中。
28.本发明此外涉及一种带有可由过程介质穿流的阀配件的阀组件，在该阀配件中布置有包围穿流开口的阀座，其如此关联有布置在操纵杆处的阀环节，使得阀环节借助于操纵杆的调节行程可在其中阀环节密封过程介质地密封地贴靠在阀座处的锁止位置和在其中阀环节从阀座升起的打开位置之间运动，且带有用于生成操纵杆的调节行程的阀驱动装置，其中阀驱动装置根据权利要求1至14中任一项地构造。
29.此外，本发明涉及一种用于运行阀驱动装置的方法，阀驱动装置具有流体操纵的阀驱动器，该阀驱动器具有驱动单元，该驱动单元具有限定壳体内部空间的驱动壳体，在其中可运动地容纳有驱动环节的驱动活塞，且壳体内部空间划分成两个工作腔，由其中至少一个可流体加载，其中利用属于阀驱动器装置的力监控设备监控作用于驱动活塞的借助于流体压力生成的操纵力，利用属于阀驱动装置的位置监控设备监控驱动活塞的位置且利用属于阀驱动装置的电子控制设备操控阀驱动器。
30.在根据本发明的方法的改进方案中，电子控制设备具有比较设备，其具有电子存储器，在其中存储有或存储了驱动活塞的最终位置和最大操纵力，且其中通过比较设备借助于力监控设备确定的实际操纵力与最大操纵力比较且驱动活塞的借助于位置监控设备确定的实际位置与最终位置比较。
31.在根据本发明的方法的改进方案中，电子控制设备在超过最大操纵力且实际位置不等于最终位置的情形中输出针对阀驱动器的切换信号。
32.以特别优选的方式，为了确定驱动活塞的最终位置执行初始化行驶，在其中位于开始位置中的驱动活塞以通过流体压力生成的操纵力加载，从而其沿第一方向运动，其中，在其中作用于驱动活塞的操纵力超过最大操纵力的位置(这以力监控设备探测到)限定为第一最终位置。
33.在本发明的改进方案中，在构造阀驱动器作为单一作用的阀驱动器的情况中驱动活塞的开始位置限定第二最终位置。
34.在构造阀驱动器作为双重作用的阀驱动器的情况中，初始化行驶可沿彼此相反的方向执行。驱动活塞因此可以以通过流体压力生成的操纵力加载，从而其沿相对于第一方向相反的第二方向运动，其中，在其中作用于驱动活塞的操纵力超过最大操纵力的位置(这以力监控设备探测到)限定为第二最终位置。
35.最终，本发明包括带有至少一个具有容器壳体的反应容器的过程装置，其具有以过程介质可填充或填充的反应空间，其中容器壳体具有用于过程介质的至少一个离开开口且离开开口关联有用于控制离开开口的开口横截面的机械操纵的排出阀，其中排出阀具有阀环节，其与操纵杆连接，该操纵杆是装备有驱动环节的流体操纵的阀驱动器的驱动单元的组成部分，其中驱动单元具有限定壳体内部空间的驱动壳体，在其中可运动地容纳有驱动环节的驱动活塞且壳体内部空间划分成两个工作腔，由其中至少一个可流体加载，其中驱动活塞经由联结器件与操纵杆联结，且带有用于生成驱动活塞的驱动运动的控制阀设备，且带有用于监控施加到阀环节上的操纵力的力监控设备和/或用于监控操纵杆的在运行中出现的振动的振动监控设备。
36.驱动活塞在壳体内部空间中的运动促使活塞杆且由此操纵杆的移位。由此产生施加到阀环节上的操纵力。适宜地，至少活塞杆远端的工作腔以压力流体加载，由此驱动活塞的运动促使活塞杆的移出。通常，通过工作腔的这样的加载，联结的操纵杆如此运动，使得阀环节沿闭合方向运动，由此离开开口的开口横截面缩小。尤其地，该施加到阀环节上的闭合力但是还有相反作用的打开力是重要的参数，其监控提高排出阀的运行安全性，因为由此同时可识别出功能失灵。通过力监控设备因此可能的是，监控该施加到阀环节上的操纵力且在处于界限值之上过高的操纵力的情况中停止借助于线性驱动器生成的驱动运动，从而避免尤其在操纵杆处或阀环节处的损坏。
37.备选地或附加地可能的是，借助于振动监控设备探测到操纵杆的在运行中出现的振动。可能的是，检测操纵杆的轴向的振动，其例如当阀环节位于其闭合位置附近时才出现且然后穿流的过程介质的抽吸作用促使操纵杆沿闭合位置的方向的运动，且然后例如经由控制设备和位置识别促使操纵杆的复位，且该过程然后多次依次重复。
38.总体上，通过力监控设备和/或振动监控设备，过程装置的线性驱动器和因此过程装置的运行安全性总体上明显提高。
附图说明
39.本发明的优选的实施例在附图中呈现且在下面更详细地阐释。在附图中：图1示出了根据本发明的过程装置的优选的实施例的示意图，在其中根据本发明的阀驱动装置得到使用，图2示出了根据本发明的阀驱动装置的示意性图解。
具体实施方式
40.图1和2示出了作为根据本发明的过程装置11的组成部分的根据本发明的阀驱动装置70的优选的实施例。过程装置11在下面纯粹示例性地借助于用于固液分离的装置来描述。显然，本发明也可传递到其它类型的过程装置11上。固液分离仪器的描述如提及的那样是纯粹示例性的。
41.过程装置11具有至少一个具有容器壳体12的反应容器13，其具有以过程介质14可填充或填充的反应空间15。
42.如尤其在图1和2中示出的，过程容器的容器壳体12具有用于过程介质14的至少一个离开开口16。过程介质14在固液分离装置的情况中作为尤其含水悬浮液存在。
43.过程介质14经由进入开口17流入到反应容器13中，在其中执行固液分离过程。
44.离开开口16通常位于容器壁18处或如在示出的示例情况中位于容器壳体12的容器底部19处。
45.过程装置11的重要的元件是机械操纵的排出阀20，该排出阀关联于涉及的反应容器13的离开开口16且经由该排出阀可控制离开开口16的开口横截面。开口横截面因此可经由排出阀20可选地缩小或增大。
46.如尤其在图1和2中示出的，排出阀20具有阀环节21，其与操纵杆22连接。阀环节21在示出的示例情况中锥形地构造。
47.操纵杆22是装备有驱动环节24的流体操纵的阀驱动器25的驱动单元23，其示例性地以线性驱动器的形式呈现且在下面更详细地描述。
48.如示例性地在图2中示出的，驱动单元23具有限定壳体内部空间26的驱动壳体27，在其中可线性运动地容纳有驱动环节24的驱动活塞28且壳体内部空间26划分成两个工作腔29a,29b。工作腔29a,29b中的至少一个借助于工作流体、尤其压缩空气可流体压力加载。
49.在示出的示例情况中，设置有双重作用的线性驱动器，在其中两个工作腔29a,29b借助于工作流体可流体压力加载。
50.驱动活塞28与从驱动壳体28引导出来的活塞杆30连接，其本身与操纵杆22联结。
51.驱动单元23关联有控制阀设备31，经由其可选地可生成驱动活塞28的驶入的或驶出的线性的驱动运动。
52.如尤其在图1和2中示出的，阀驱动器25的驱动单元23位于反应空间15外部、例如在反应容器13的容器盖32上部。驱动单元23适宜地固定在容器盖32处，其中操纵杆22穿过容器盖32和反应空间15且离开开口16利用联结到操纵杆22的自由端部处的阀环节21通过驱动运动来操控。
53.如尤其在图1和2中示出的，过程装置11在示例情况中具有搅拌装置33，其具有搅拌元件34，其经由驱动轴34旋转地被驱动。如示例性地在图1和2中示出的，搅拌驱动器35位于反应容器13外部，其中搅拌驱动器35将驱动轴34置于旋转运动中。驱动轴34穿过容器盖32和反应空间15且延伸直至容器底部19附近，在其处驱动轴34然后与搅拌元件34连接。
54.在固液分离的情况中，悬浮液经由进入开口17到达到反应空间15中。通过搅拌装置和/或长矛件(lanzen)(未呈现)，空气可输入且精细地分配。吹入到悬浮液中的空气仅附着到疏水颗粒处且承载其至水表面，而亲水颗粒保留在混浊物(tr
ü
be)中。
55.由此浸软的固体颗粒然后经由清除设备移除，例如其经由堰闸(wehr,有时也称为溢流堰)流走。
56.剩余的混浊物然后经由离开开口16得到从反应容器13中出去。
57.如已经提及的，离开开口16的操控经由相关联的排出阀20实现。排出阀20经由阀驱动装置70操控，该阀驱动装置70又是阀组件80的一部分，除了阀驱动装置以外阀组件80还包括阀配件，在其中布置有包围穿流开口的阀座。在描述的示例情况中阀配件由容器壳体12、尤其由容器底部19形成。穿流开口是离开开口16。
58.存在如下需要，即阀驱动装置70运行可靠地工作且失效概率非常低。
59.阀驱动装置70对此具有用于监控作用于驱动活塞28的借助于流体压力生成的操纵力的力监控设备37和用于监控驱动活塞28的位置的位置监控设备60。阀驱动装置70此外
包括用于基于通过力监控设备27和位置监控设备60提供的力和位置数据操控阀驱动器25的电子控制设备。
60.如尤其在图2中示出的，力监控设备37包括用于获取在相关联的工作腔29a,29b中存在的工作压力的压力获取器件38。
61.如尤其在图2中示出的，压力获取器件38具有压力传感器39，利用其可获取在相关联的工作腔29a,29b中的实际压力。
62.阀驱动装置70此外包括比较设备40，其如在图2中示出的那样是电子控制设备41的组成部分。
63.电子控制设备可经由通讯接口与上级的控制器连接。连结到数据云处是可行的。
64.比较设备40具有电子存储器，在其中驱动活塞28的最终位置和最大操纵力可存储或被存储。此外，在电子存储器中可存储或存储有不同类型的阀驱动器25、在示例情况中双重作用的线性驱动器的参数。在双重作用的线性驱动器的情况中，参数包括驱动活塞28的关联于第一工作腔29a的活塞面积且附加地关联于第二工作腔29b的活塞面积，以便由此借助于获取的实际压力确定实际操纵力。
65.如尤其在图2中示出的，压力传感器39a,39b能够获取在相关联的工作腔29a,29b中的实际压力且根据关联于获取的实际压力的压力传感器传感器信号42,46传递到比较设备40处。通常，压力传感器39a,39b包括各一个p/u转换器，其将获取的实际压力转换成电子传感器信号，其尤其无线地传递到比较设备40处。
66.阀驱动器25、在示例情况中双重作用的线性驱动器的力监控如下进行：取决于所使用的线性驱动器，对于驱动活塞28允许的最大操纵力被确定且储存在电子存储器中。
67.接着，必须确定驱动活塞28的最终位置，其然后在电子存储器中用作在通常运行中用于力监控的基础。
68.对此，执行初始化行驶。在初始化行驶中，首先两个工作腔中的一个以流体压力加载。在流体压力加载的工作腔29a中的实际压力通过相关联的压力传感器39a监控且实际压力的值经由第一压力传感器传感器信号42传输到比较设备40处。在那里，经由存储的活塞面积进行换算成实际操纵力。实际操纵力与存储的允许的最大操纵力比较。如果实际操纵力处于存储的最大操纵力之上，在其中已发生超过最大操纵力的驱动活塞的位置作为第一最终位置储存在电子存储器中。
69.紧接着，事先流体压力加载的工作腔29a被通风且另一工作腔29b以压缩流体加载。驱动活塞28此时沿相反的方向运动。在另一工作腔29b中的实际压力通过相关联的压力传感器39b监控，且实际压力的值经由第二压力传感器传感器信号46传输到比较设备40处。在那里，经由存储的活塞面积进行换算成实际操纵力。实际操纵力与存储的允许的最大操纵力比较。如果实际操纵力处于存储的最大操纵力之上，在其中已发生超过最大操纵力的驱动活塞的位置作为第二最终位置储存在电子存储器中。
70.在通常运行中，分别以压缩流体加载的工作腔29a,29b的实际压力利用分别相关联的压力传感器39a,39b被监控且实际压力的值经由第一或第二压力传感器传感器信号42,46传输到比较设备40处。在那里，经由存储的活塞面积进行换算成实际操纵力。实际操纵力与存储的允许的最大操纵力比较。如果实际操纵力处于存储的最大操纵力之下，不存
在错误且不存在干预的需要。
71.在以压缩空气加载工作腔29a,29b的情形中，产生实际压力经由行进路径直至期望的最终地点或最终位置的特征性的走向。首先，实际运行压力提升，因为驱动活塞28首先必须置于运动中且若有可能应克服驱动活塞28的粘滑效应。但是同样实际压力的该开始的压力峰值和操纵力的由此产生的峰值处于存储的最大操纵力之下，从而继续压力构建。之后，实际压力又下降，因为例如驱动活塞28向右运动且由此第一工作腔29a的体积增大。
72.如果此时在通常运行中检测到最大操纵力的超过且驱动活塞28没有位于两个最终位置中的一个中，则这作为故障归入。在带有阀环节的过程装置的情况中，这例如可指出在阀环节的行进路径中的阻碍。如果该情况出现，则电子控制设备输出切换信号。
73.如果与之相反在最终位置中的一个中待期待的力提升不出现，则这同样指出故障，例如在阀环节的阀座处的阀密封件可损坏或完全失灵。在最后提到的情况中，驱动活塞28驶过确定的最终位置，因为由于密封件的失灵阀环节的直至止挡件的行进路径更长。
74.在初始化行驶期间同样可能的是，确定作用于驱动活塞的操纵力的从一个至另一个最终位置的力走向。如果在通常运行中实际操纵力不同于弯曲走向，则这同样可指出故障，例如在实际操纵力的弯曲的情形中，其处于在初始化中确定的理论弯曲之上，这可允许推断出提高的摩擦。
75.位置监控设备60包括路径测量单元43，其具有至少一个永磁体49，其布置在驱动活塞28处。路径测量单元43尤其设立用于无触碰的路径测量、例如电感或电容路径测量。
76.此外，路径测量单元43包括条式路径测量传感器50，其延伸经过驱动活塞28的行进路径。条式路径测量传感器50可例如集成到驱动单元23的驱动壳体27中。
77.通过永磁体49关于条式路径测量传感器50的位置，可获取驱动活塞28的实际位置。路径测量传感器50能够将路径测量传感器传感器信号70输出到比较设备40处。
78.阀驱动装置70此外具有振动监控设备48，利用其可监控操纵杆22的轴向振动。
79.在操纵杆22的轴向振动的情形中产生大量驱动活塞28的位置改变，其可经由比较设备40检测到。操纵杆22的这样的轴向振动可首先在阀环节位于其闭合位置附近时才出现，且流走的过程介质例如通过位于容器底部19处的离开开口16负责阀环节沿闭合位置的方向运动。因为这然而是功能失灵，这通过电子控制或调节补偿，这导致阀环节复位到其初始位置中。然而抽吸作用然后直接又出现且使阀环节重新沿闭合位置的方向移位。由此出现轴向振动，其可损坏操纵杆22。通过带有路径测量单元43的振动监控设备存在阻止这的可能性。作为应对措施，例如可提高在两个工作腔29a,29b中的压力，以便提高空气弹簧的刚性。
80.阀驱动装置70此外具有用于监控供应给控制阀设备31的运行压力的运行压力监控设备75。如在图2中示意性地示出的，运行压力监控设备75具有压力获取器件，其包括用于获取实际运行压力的至少一个压力传感器54。
81.此外可能的是，阀驱动器25关联有维护单元55，其具有压力调节器，经由其可将来源于压力源的供给压力减少到通常处于6巴和8巴之间的运行压力上。用于监控实际运行压力的压力传感器适宜地位于运行压力供应部56中且将压力传感器传感器信号57输出到比较设备40处。在那里，进行与允许的最小运行压力和允许的最大运行压力的比较，其中在低于最小运行压力或超过最大运行压力的情形中输出诊断信号44。在低于最小运行压力的情
形中，例如可如此操控维护单元55的压力调节器，使得运行压力提高到允许的值上。
82.过程装置11此外包括用于监控过程装置的电子部件的电压供给、尤其控制阀设备31的输入电压的电压供给监控设备58。电压供给监控设备58能够将传感器信号59输出到比较设备处，在其中存储有最小电压。当确定的实际供给电压低于最小供给电压时，可导入相应的应对措施。由此也可可靠地检测到停电。
83.此外，时间测量设备61属于位置监控设备60，经由该时间测量设备61能够获取驱动活塞28所需要以便在实际位置之间行进到新的理论位置中的行进时间，其中借助于相应的传感器信号62可将行进时间传递到比较设备处，以便执行与预设的最大行进时间的比较，在其超过的情形中可输出诊断信号44。超过最小行进时间可例如通过以下引起，即，在阀环节21的行进路径中存在使阀环节的运动变慢的阻碍。此外，处于最小的行进时间之下的较慢的行进时间同样可指出在驱动活塞处的磨损。
84.如尤其在图1和2中示出的，控制阀设备31和电子控制设备41联合成控制组合件。控制组合件可例如集中地安装在开关柜62中。