调节生产工艺设备的工作流体流动的现场装置的制作方法

本实用新型涉及用于调节生产工艺设备如精炼厂、食品厂如酿酒厂或石化设备等的尤其是大体积的工作流体流动的现场装置。

背景技术：

为了引导和调节尤其是在工艺生产设备中的大体积工作流体流动，采用了具有大的通流横截面的、尤其具有至少DN100、最好至少DN200的接口名义宽度的阀。该数量级的阀要求大的调节力和高驱动功率,以占据或保持调节位置或者移入安全位置。为了提供大的调节力而已知的是，采用以下的气压驱动装置，即，其被气压位置调节器控制。气压驱动装置连接至一个尤其恒定的空气压力源，其可以通过气压位置调节器结合理论位置调节接受气压调节信号以便能使得用于调节工作流体流动的调节阀移动。气压驱动装置的优点是没有电能需求或电能需求低，因此在位置调节器环境中的爆炸危险被显著降低，但气压方面的布线造成相对高的安装成本和运行成本。

为了降低用于调节大型阀的驱动能量需求，可以分支出一部分的工作流体流动并作为驱动流体用于调节大型阀。主阀驱动装置被馈给工作流体的上述类型装置由DE102010037898A1公开了。在这种已知装置中设有主阀，主阀具有进口、出口和设于进口和出口之间的阀通路，阀通路可通过主阀的活动阀芯被关闭。阀芯还具有通入平衡腔或工作腔的通口，其允许在进口和工作腔之间的流体连通。工作腔通过管路与主阀出口相连。在工作腔内还设有弹簧，弹簧将阀芯向阀通路偏置。在工作腔和出口之间设有具有副阀和用于调节副阀的电动驱动装置的副调节装置。通过关闭该副阀，可以在工作腔内建立压力，从而使得流体力和弹簧偏置力将主阀芯保持在关闭位置。如果要打开副阀，则工作流体可以从工作腔向出口逸出并且工作腔压力降低。一旦弹簧力通过在进口中的作用于阀芯的工作流体压力被克服，则主阀芯离开阀通路且主阀打开。

但已知的现场装置有以下缺点，在副调节装置中工作流体必须相对于副伺服驱动 装置的驱动电能紧邻输送。因为某些工作流体的易点燃性，故需要相对于高的结构成本来在这样的调节装置内遵守防爆标准。另外，该已知装造成该现场装置安装的高昂成本，因为在工艺生产设备中的驱动电能有可能必须通过数百米长的管路行程被防爆引导至现场装置应用地点。

技术实现要素：

本实用新型的任务是克服现有技术的缺点，尤其提供一种结构简单的现场装置，其在遵守所有防爆规范的情况下高能效地工作并造成低安装成本。

据此，一种用于调节工艺生产设备的工作流体流动的现场装置包括：用于调节工作流体流动的主阀，它具有在阀通路上游的进口和在阀通路下游的出口，阀通路能够被阀芯关闭；被馈给工作流体的用于调整主阀的主驱动装置，它具有至少一个待接收工作流体的工作腔和尤其用于偏置该阀芯的回复机构，如尤其要接受工作流体或其它流体的回复腔和/或弹簧蓄压器。还包括将所述进口和所述出口流体连通的旁通管，经由该旁通管能给所述工作腔供应工作流体，以及副阀，该副阀用于改变所述工作腔内的工作流体压力，其中设有气压驱动装置和位置调节器，该气压驱动装置用于调节所述副阀，该位置调节器根据所述主阀的位置向所述气压驱动装置提供气压控制信号。工作腔最好至少部分由活动的驱动装置作用面，如膜或活塞面界定，工作流体作用于所述膜或活塞面以产生主驱动装置的主驱动力或者至少例如克服偏置压簧的弹簧力来直接影响主驱动力。尤其是，弹簧蓄能器作用于活动的驱动作用面。该主阀最好具有阀壳体，阀壳体在内部固定有阀通路和/或阀座，其中在界定所述进口或出口的壳体部中开设有开口，所述旁通管可被接入或被接入该开口中以形成在进口和出口之间的流体压力。另外，现场装置具有设于旁通管内的用于改变工作腔中的工作流体压力的副阀。对此，副阀可以如此布置在旁通管中，即，在副阀位置处的通流横截面可以被改变，尤其被关闭和/或全开。此时如此构成该副阀，可以在关闭位置和打开位置之间连续地无级调节。根据本实用新型，现场装置设置用于尤其连续调节副阀且最好是通过气压驱动装置或副驱动装置连续调节主驱动装置的工作腔的工作流体压力，气压驱动装置或副驱动装置在结构上被设计用于作动副阀。气压驱动装置具有气压压力源，其给气压驱动装置馈给气压压力能量。本实用新型的现场装置还包括气压位置调节器，其根据主阀位置产生气压控制信号或调节信号且提供给气压驱动装置。 气压驱动装置或副驱动装置在结构上被对接在副驱动装置壳体上。

利用本实用新型的措施，实现了工作流体流动的调节过程的明显改善，尽管对于在气动副阀上的副阀控制和/或调整考虑了与工作相关的主阀位置作为调节参数。通过了解到主阀位置，尤其根据尤其是工作流体流动的其它工作参数如压力或温度来执行副阀的位置调节。

本实用新型也可以涉及工作流体流动调节方法。据此，规定了一种调节工艺生产设备的工作流体流动的方法，其中，主阀由被馈给工作流体的主驱动装置调节，做法是其工作腔接受工作流体。设有用于调节副阀的附加的气压驱动装置，其调节进入工作腔的工作流体流动。要由气压驱动装置调节的副阀的位置被如此调节，给气压驱动装置供应气压控制信号，该气压控制信号根据主阀位置被调节。显然，本实用新型的现场装置应被设计用来执行本实用新型方法的方法步骤。

显然，本实用新型的调节方法可以根据本实用新型现场装置的功能步骤来行事。

不同于已知的调节装置的电驱动装置，可以利用本实用新型的气压驱动装置或副驱动装置在副调节装置侧提供许多附加调节参数，可以借此来无级精确调节出在主驱动装置的工作腔内的作动压力。在常见的仪器系统中，毕竟只能有限地做到主驱动力的灵活调节。

通过在调节装置中使用气压驱动装置，可以省掉用于调节装置的驱动电能供应。由此可以实现简化的且紧凑的调节装置结构，因为在引导工艺流体的调节装置部分和调节装置的驱动装置之间不需要隔断间隔和隔断用或专门密封用的结构措施。省掉了在安装调节装置时的成本高昂的电线布线。通过给主驱动装置馈送工作流体，即使在大体积工作流体流动时的用于调节主阀的气压需求也很低。因此，在本实用新型的驱动装置中，安装成本和运行成本相比于已知的驱动装置都被明显降低。

本实用新型的现场装置具有两个调节装置，即主调节装置和副调节装置或辅助调节装置。两个调节装置具有相应配属的和/或运行不同的驱动装置，其中，用于主伺服驱动装置的驱动力基于在进口和出口之间的工作流体压差来实现，而副驱动装置或辅助驱动装置根据气压位置调节器的调节常规做法接收一气压驱动信号，辅助阀或副阀应通过该气压驱动信号被移入其理论位置。尤其在其位置调节器中实现的用于副调节装置的调节常规做法利用了完全与工作流体分开的气压驱动周期，其中该位置调节借助主阀位置的测定来实现，位置信号被提供给副调节装置的气压位置调节器。

就此而言，设有两个伺服驱动装置即主驱动装置和副驱动装置，其中，该主驱动装置被填充工作流体，而该副驱动装置或辅助驱动装置接收该副调节装置的位置调节器的气压控制信号。

在优选实施方式中，该旁通管将进口与工作流体沉降如主阀的出口相连并且具有设于进口和工作流体沉降之间的通入工作腔的支路。副阀可以根据主阀设计尤其根据设定的弹簧蓄能器作用与分支点相关地朝向所述进口或朝向所述出口。如果副阀布置在出口侧，则在主阀的工作腔(尤其在副阀关闭时)中在进口处存在流体流动正压。通过打开该副阀，尤其根据副阀位置部分或完全获得压力平衡。通过这种方式，作用于工作腔的弹簧蓄能器能输出其弹簧力，由此，该主阀可以因回复机构的回复力而被置入期望的强制位置。或者，该副阀可以就支路而言设置在朝向进口的旁通管侧。

在副阀布置在进口侧的配置形式中，工作腔总是接受在出口处的压力沉降。当副阀打开且尤其是逐步打开时，工作腔可以连续接受进口的正压，由此，回复机构且尤其弹簧蓄能器的弹簧力被克服，结果，可通过压力生成使主阀的阀芯移动到期望的调节位。

如图所示，在工作流体流动内在主阀处的流动落差被用来产生该主驱动装置的驱动力。

在本实用新型法的一个优选实施方式中，在旁通管内在支路的上游设有节流件，如固定节流件用于限制在旁通管中的工作流体压力和/或在支路的下游设置该调节装置的副阀。

在一个替代实施方式中，该节流件布置在支路的下游，并且副阀相应布置在支路的上游。

显然该节流件也能以可调式节流件、与调节装置的位置调节器相连的调节阀或与包含副阀的调节装置无关地工作的第二调节装置的形式构成。借助节流件，被引导流过旁通管的工作流体流动被限制，从而主驱动装置的工作腔的压力变化只需要小的调节力来影响在旁通管内被节流的工作流体流动。

将副阀布置在支路的上游允许根据需要将最大进口压力交付给主驱动装置的工作腔，以获得动态的调节运动。

在一个优选实施方式中，位置调节器具有用于确定主阀位置的位移测量机构。尤其是，位移测量机构尤其非接触地确定和/或测量在相对于主阀阀通路的位置固定的 第一基准位置和第二基准位置之间的距离。位置固定的第一基准位置可以是位置调节器中的传感器位置，其例如安装在主阀支架或主驱动装置壳体上。在一个替代实施方式中，位移测量机构可以容纳在与位置调节器分开的壳体单元中，其位置固定地安装在主阀的支架、主驱动装置或主阀的阀体上，并且传递信号地与位置调节器相连接。第二基准位置被固定在主阀的或主驱动装置的调节力传递部件阀上，如主驱动装置的驱动杆和/或阀杆、膜盘或活塞上。

为了非接触测量，所述第一或第二基准位置可以具有磁场产生的指示器并且各自两个基准位置具有霍尔传感器件，该霍尔传感器件测量因所记录的磁场变化引起的距指示器的距离变化。作为霍尔传感器的替代或补充，位移测量机构可以包括用于将调节力传递部件的基准位置所走过的位移机械传递给位移传感器的机构。此时可以通过所述机构实现成比例的位移转换。尤其是所述机构将调节力传递部件与尤其设置在位置调节器内的位移传感器如电位计耦联。因为位移测量机构直接量取主阀位置并提供给位置调节器，故位置调节器与在旁通管内的或许变化的工作状况无关地产生气压调节信号，从而获得高的调节质量且关于主阀位置的可靠信息被传送给工作的工艺过程操控台。

在优选实施方式中，该主阀具有尤其流体密封的壳体，该壳体形成进口和出口以及阀通路，并且在该壳体内可调节运动地安装有阀芯。在此实施方式中，该主驱动装置完全容纳在该壳体中。替代地或补充地，该壳体内可以容纳有该位移测量机构。该壳体尤其恰好具有电接口用于传输位移测量数据给位置调节器。通过将主驱动装置和/或位移测量机构集成在主阀壳体中，获得了结构很紧凑的构型。因为集成的主驱动装置不受环境影响，故此实施方式基本上免维护。

在一个优选实施方式中，位置调节器被设计用于使用于主阀位置变化的副阀可选地作为只在全开阀位置和全闭阀位置之间运动的通断阀或作为调节阀被控制，该调节阀处于在全开阀位和全闭阀位之间的任何中间位置。尤其是该副阀如此布置在旁通管中，即，该工作腔可以承受在主阀进口内的最大工作流体压力。通过作为通断阀控制该副阀，可以获得主阀的快速调节反应。借助作为调节阀的控制，可以在主阀上精确调节工作流体流动。尤其是该位置调节器根据主阀位置信号、工艺过程操控台的设定信号、所获得的温度信号或者工作流体压力信号和/或从该位置调节器从一个或多个前述信号算出的故障诊断信息选择控制形式。

在一个优选实施方式中，位置调节器具有电接线端如电流滑动接线端(Stromschleifenanschluss)或现场总线接线端(Feldbusanschluss)，它借此接收用于主阀的电理论调节信号。

在一个优选实施方式中，位置调节器包括无线通讯模块如蓝牙模块，它尤其从工艺过程操控台接收位置理论值、位置信息和/或故障诊断信息和/或向工艺过程操控台发送位置理论值、位置信息和/或故障诊断信息。位置调节器从工艺过程操控台所接收的位置理论值且尤其在考虑从气压驱动装置经主驱动装置至主阀的阀芯的调节路段情况下计算出气压调节信号并通过气压出口交付给该气压驱动装置。

在一个优选实施方式中，该位置调节器与用于测量主阀进口内的工作流体压力的压力传感器和/或用于测量主阀出口内的工作流体压力的压力传感器和/或用于测量工作流体温度的温度传感器传递信号连接。尤其是该位置调节器根据进口内的工作流体压力、出口内的工作流体压力和工作流体温度选项中的至少一项来计算气压调节信号和/或故障诊断信息。

在一个优选实施方式中，现场装置包括发电装置如透平、电磁压缩空气换能器或热偶用于从工作流体流动能量中产生电能。尤其是该发电装置中间接设在该旁通管内。发电装置优选给位置调节器、位移测量机构、压力传感器和/或温度传感器供应电能。

在一个优选实施方式中，所述副阀、旁通管或节流件被集成在同一个壳体内。尤其是副阀的阀体、旁通管和节流件由整块的壳体块构成。在壳体块中还设置有该副阀的活动阀芯和用于传递气压驱动装置的调节力的机构。

尤其是该壳体连同主驱动装置和/或主阀作为固定连接安装单元最好是自由动态密封来构成。显然，该安装单元是可以整体运输的并且在初次安装在使用地点的情况下只需与外界接口，即输入接口、输出接口、副阀的气压驱动装置和位置调节器的位移测量机构相连接。

在一个优选实施方式中，该位置调节器具有调节器壳体，其被设计成形成包括至少该气压驱动装置的安装单元。为此，在调节器壳体的外表面上形成用于位置限定地将位置调节器安装在气压驱动装置上并输出气压调节信号的连接结构。尤其是该气压驱动装置具有完全相同的、尤其相对于调节器壳体的连接结构形状互补地构成的容纳结构。除了连接结构之外，该位置调节器还尤其恰好具有用于与压缩空气源相连的气 压接口并且尤其恰好具有用于与工艺过程操控台相连的电接口。

尤其是该现场装置能以总体安装单元形式构成，其中该主阀、集成有副阀、旁通管和节流件的壳体以及由位置调节器和气压驱动装置构成的安装单元做好安装准备地相互连接，从而使得相应的接口被位置固定地彼此相对确定下来。在一个替代实施方式中，该位置调节器单独设置在例如主阀的支架上。

本实用新型的一个或多个实施方式具有以下优点，可以在结构上很简单地构成在位置调节器和伺服驱动装置之间以及在副阀、旁通管、主驱动装置和主阀之间的连接过渡处的密封，而不必考虑动态负荷。另外，本实用新型的现场装置容许省时省钱的安装，因为只需建立与外界供应接口的连接。大电流或高电压在工作流体附近通过使用气压驱动装置被排除，从而在现场装置上出现泄漏时保证了现场装置具有足够高的防爆安全性。

附图说明

通过以下结合附图对优选实施方式的描述中清楚了解本实用新型的其它性能、优点和特征，其中：

图1是本实用新型的现场装置的第一实施例的示意图，

图2是本实用新型的现场装置的第二实施例的示意图，

图3是本实用新型的现场装置的第三实施例的示意图，

图4是本实用新型的现场装置的第四实施例的示意图，以及

图5是本实用新型的现场装置的第四实施例的示意图。

附图标记列表

1,101,201,301,401 现场装置

3 箭头

5 箭头

20 主阀

22 进口

24 出口

26 驱动杆和/或阀杆

30,130,430 主伺服驱动装置

32,432 补偿腔

34 膜盘

36 回复腔

40 调节装置

42 副阀

44,144 气压驱动装置

46,146 回复弹簧

50,250 位置调节器

52,352,452 位移测量机构

60 旁通管

62 固定节流件

64 支路

354 磁性位置发信器

356 霍尔传感器

423 阀通路

425 阀芯

429 壳体

435 作用面

具体实施方式

在图1中，本实用新型的现场装置具有附图标记1。现场装置1包括主阀20，该主阀被用在未详细示出的生产工艺设备的未详细示出的工作流体管路系统中。主阀20调节由箭头3、5表示的工作流体流动并且具有在主阀20的在图1中未详细示出的阀通路的上游的进口22和在阀通路下游的出口24。图1未详细示出的阀芯可调节移动地安装在主阀20的阀体或阀壳体中，用于通过改变自由的阀通路横截面来影响从进口至出口的工作流体流动。该阀芯通过阀杆和/或驱动杆26传递调节运动地与主驱动装置30相连。主驱动装置30具有通过膜盘34被相互分隔的工作腔32和回复腔36。驱动杆和/或阀杆26传递调节力地与膜盘34相连。

通过分接主阀20的阀通路地将主阀20的进口22与作为工作流体压力沉降的出口24相连的旁通管60，工作流体馈送入主驱动装置30的工作腔32中。至工作腔的 最大进流压力由固定节流件62限定，其在旁通管60内设置在进口22和至工作腔32的支路64之间。固定节流件62与副阀42一起用作分压器，从而在副阀全开情况下该腔32内的压力可以完全消除。

在支路64的下游，在旁通管60内设有调节装置40。副调节装置40包括副阀42，可借此来调节在主伺服驱动装置30的工作腔32内存在的压力。副调节装置40具有单向作用的气压驱动装置44，其根据所送来的气压控制信号来打开或关闭该副阀42。调节装置40能以具有气压隔膜驱动装置的提升阀形式构成。为了提高工作腔32内的压力，副阀42的通流横截面被缩小，从而截蓄的工作流体流入工作腔32。如果副阀42被打开，则主驱装置30内的回复弹簧36的弹簧力造成工作流体从工作腔32流出向出口24。

调节装置40包括位置调节器50，其通过气压管线54与调节装置40的气压驱动装置44相连。根据主阀20位置和位置设定，位置调节器产生用于气压驱动装置4的气压位置信号。

在位置调节器50上设有用于确定阀20的位置的位移测量机构52。位移测量机构52通过测量机构与主阀20的阀杆和/或驱动杆26直接接合，以便直接测量由阀杆和/或驱动杆26所走过的行程。为此，位移测量机构52限定出位置固定的第一基准点，相对于第一基准点，在阀杆和/或驱动杆26上的第二基准点运动。运动长度例如通过电位计或其它合适的传感器装置来量取并且作为位移信号提供给该位置调节器。

位置调节器50从工艺过程操控台接收用于主阀20的电位置理论信号并且连接至未详细示出的气压供应装置。在位置调节器50内实现的调节常规做法根据主阀20的被测位置和被测位置理论信号来计算气压控制信号，该气压控制信号被交付给调节装置40的气压驱动装置44。气压控制信号由位置调节器计算，从而副阀42处于以下位置，该位置如此提升或降低工作腔32内的工作流体压力，从而在主阀20上出现根据调节的调节运动。

调节装置40也能如此设计，气压驱动装置44和副调节阀42以气动通断阀形式实现。通过在位置调节器50内的相应设计的控制常规做法，在这个技术上不太复杂的解决方案中可以获得高的主阀调节动态。

位置调节器50也可如此设计，调节装置40可选择地按照调节阀驱动或通断阀驱动来控制。在调节阀驱动和通断阀驱动之间的切换可取决于主阀位置、工艺过程操控 台设定或位置调节器所测的阀参数、工作流体参数或设备参数。

在一个未详细示出的实施方式中，可以代替固定节流件62地设有电动或气压的调节阀或者通断阀，其尤其通过位置调节器50来控制。在另一个未详细示出的实施方式中，现场装置包括换能器，其从工作流体能量中产生电能。换能器给位置调节器50、位移测量机构52和或许电动调节式节流件供电。

根据图1的现场装置如此设计，在断电时获得打开的安全位置。如果未发生要由位置调节器50产生的用于驱动装置44的气压调节信号，则如此设计弹簧回复作用，即副阀42可借助弹簧被完全打开。如果副阀42被完全打开，则旁通管60在通入工作腔32的支路的下游没有流动阻力，该流动阻力会造成工作腔42内的压力累积。主驱动装置30的回复弹簧36如此设计，它克服由节流件62限定的进入工作腔32的馈送压力并使主阀20进入打开位置。

图2示出本实用新型的现场装置101的第二实施方式，其在许多方面与根据图1的实施例相同，其中，相同的附图标记被用于相同的零部件，并且有变化的零部件带有加100的附图标记。

现场装置101与现场装置1的区别是，调节装置40布置在至工作腔的支路64的上游，且节流件62布置在支路64的下游。另外，气压驱动装置144的回复弹簧146和主驱动装置130的回复弹簧136如此设置在各自驱动装置中，一旦驱动能量失效，副阀42和主阀20就到达关闭的安全位置。如果气压驱动装置144从位置调节器50未获得气压调节信号，回复弹簧146将副阀42压入关闭位置。由此一来，抑制将工作流体馈送给主驱动装置130的工作腔32，并且主驱动装置130的回复弹簧136将余下的工作流体从工作腔32压迫至出口24。通过回复运动，使阀20进入关闭的安全位置。

图3所示的本实用新型现场装置201的实施例在许多方面与根据图1的现场装置1相同。因此，相同的零部件带有相同的附图标记。有变化的零部件具有加200的附图标记。

现场装置201与现场装置1的区别在于，位置调节器250以具有调节装置40的气压驱动装置44的安装单元形式构成。为此，位置调节器250设置在调节器壳体内，调节器壳体与气压驱动装置44壳体紧邻地位置固定安装。驱动装置壳体最好接触位置调节器的壳体。调节器壳体在未详细示出的外表面具有位置固定的气压输出接口， 可以使其与气压驱动装置44的位置固定的气压输入接口密封接合。省掉了在活动的接合件上的动态密封，由此一来，可以实现简单且低成本的结构。该安装单元还可以包括副阀42，副阀例如通过支架被预装在气压驱动装置44上。位置传感器252在现场装置201中作为外部位置传感器来构成，其与位置调节器250传递信号相连。

图4示出本实用新型现场装置301的第四实施方式，它在许多方面与参照图1所述的现场装置1相同。相同的零部件因此带有相同的附图标记，在这里，不同的零部件具有加300的附图标记。

现场装置301与现场装置1的主要不同之处在于，位移测量机构350非接触测量主阀20的阀位置。为此，磁性的位置发信器(Stellungsmelder)253位置固定地设置在驱动杆和/或阀杆26和膜盘34之间点连接点上。磁性位置指示器或发信器354与驱动杆和/或阀杆26同行程移动。在可受到位置发信器354的磁场影响的区域内，与主驱动装置30相邻地设有霍尔传感器356，其测量由位置发信器354产生的磁场因在霍尔传感器356和位置发信器354之间距离变化而引起的改变。霍尔传感器356与位置调节器50信号传递连接。在未示出的实施方式中，位移测量机构352被完全集成在主驱动装置的壳体中且只可以通过电信号接口从外面接近。

在图5中示出现场装置401的第五实施例，该现场装置在许多方面与根据图1的现场装置1相同。相同的零部件具有相同的附图标记，而不同的零部件具有增加400的附图标记。

现场装置401与现场装置1的区别在于主驱动装置430，其工作腔432设置在主阀20的壳体429内。如果辅助调节装置40的气压驱动装置44从位置调节器50获得开启副阀42的气压信号，则在工作腔432内未形成足够高的背压以阻止在阀芯425的进口内的工作流体压力开通露出阀通路423。如果气压驱动装置44获得用于关闭副阀42的气压调节信号，则可以在工作腔内建立用于关闭主阀20的背压。因为节流件62以及主驱动装置430的作用面435关于主阀20的阀通路和阀芯如此设计，即无需回复弹簧实现关闭。位移测量机构452根据图4所示的现场装置301的位移测量机构352来构成。

在前面的说明、附图和权利要求书中公开的特征既能单独地也能以任何组合方式对以各种不同的实施方式实现本实用新型来说是有意义的。