電動氣動的位置調節器的製造方法
2023-06-02 11:22:36 2
電動氣動的位置調節器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種電動氣動位置調節器，其帶有在位置調節器中布置的可控的閥門組（9，10，13），該閥門組具有至少一個閥門（9，10），通過該閥門組在正常運行時依據閥門組的控制情況，要麼通過壓縮空氣供給導管（6）輸送的壓縮空氣能導向排氣接口（8），要麼通過排氣接口（8）輸送的空氣能向外界排出。為了使閥門組即使在其一個組件發生洩漏時也處於安全位置，將閥門組布置在位置調節器內的氣密的殼體（14）內，並且設置元件（15），用於這樣地監控殼體（14）內存在的壓力並且這樣地控制閥門組（9，10，13），即，當殼體（14）中的壓力超過預先確定的閾值時，使閥門組處於預設的安全位置。
【專利說明】電動氣動的位置調節器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電動氣動的位置調節器，其具有:用於連接壓縮空氣供給導管的進氣接口 ；至少一個用於連接調節設備的氣動驅動裝置的排氣接口 ；以及根據權利要求1的前序部分所述的布置在位置調節器內的可控制的閥門組。
【背景技術】
[0002]為了控制流程閥門經常使用氣動的調節驅動裝置作為調節設備，在調節設備中藉助於氣體介質將可變的、用於產生運動的壓力施加給作用於執行機構、例如與閉合體(Schliesskoerper)連接的提升杆(Hubstange)的膜片，該氣體介質在下文中一般應用「空氣」這一術語。壓力施加可以單側地實現，其中，膜片在另一側上加載有彈簧力，或者壓力施加可以雙側地實現，其中，在膜片的兩側上的不同壓力造成偏移。對壓力的調節通過電動氣動的位置調節器實現，在該位置調節器中，至少一個可控制的閥門將處於壓力之下的進氣依據控制情況通過一個或兩個排氣接口分布到調節驅動裝置中的膜的一側或兩側上。
[0003]由DE 10 2004 048 689 B3中公開了一種用於應用在電動氣動的位置調節器中的兩階段(zweistufiges)的預控閥門。在第一階段(Stufe)，四個流阻(Stroemungswiderstand)布置在橋式電路中，其中至少有一個流阻是可變的。橋式電路的兩個相對布置的接線點利用進氣或排氣與外部環境連接。在兩個其它的布線點之間提供有大小和符號可變的壓力差，其作為由此在第一階段實現的電動氣動轉換器的氣動輸出信號用於控制下遊布置的第二階段。在第二階段內設有閥門組，其具有可由壓力差操控的控制活塞。通過該控制活塞操控閥門組中的氣動閥門，該氣動閥門依據控制的情況，要麼將進氣導管輸送的壓縮空氣導向排氣接口用於調節驅動，要麼將通過同一個排氣接口輸送的空氣向外界排出。在排氣接口上例如連接著調節閥門的氣動驅動裝置。在缺少氣動能量(壓縮空氣)時，經常要求由位置調節器控制的驅動裝置將流程閥門自動帶入安全位置，也就是說在相應流程的周圍環境中的更安全的位置上，一般是「打開」或「關閉。
[0004]即使在電動氣動位置調節器中在功能安全性的範疇內出現其它故障時，也越來越多的要求儘量安全地達到預設的安全位置，該功能安全性在安全要求等級或「safetyIntegrity Level」(SIL)中被評級。也就是說在故障評估時可以在危險故障和非危險故障之間加以區別，在危險故障時，因為故障或者應要求不能再次起動安全位置，在非危險故障時，雖然設備不能再運行，但仍然處於預設的安全位置。在閥門組的閥門中，特別是在閥門上經常使用的密封件或膜片中發生的材料磨損迄今經常會導致在電動氣動位置調節器上發生危險故障。
[0005]由DE 42 39 431 Al中公開了一種位置調節器以及一種具有這種位置調節器的執行機構。為了進行監控，只要執行機構具有密封件，特別是滑動密封件時，要在密封件的背離壓力的一側上設置洩漏室，其與壓力開關連接，壓力開關在超過設置的壓力時向位置調節器發出信號。作為密封件特別是可以考慮通常在調節閥門中現存的襯套(Stoffbuchse)。在壓力開關的幫助下可以監控的是，是否在洩漏室內由於洩漏而構成超過可靠壓力的壓力。可以應用信號發出來生成警報或實施安全常規措施。
【發明內容】
[0006]本發明的基本目的在於提供一種電動氣動的位置調節器，其具有功能安全性提升的特點。
[0007]為了實現這一目的，前述類型的新型的電動氣動調節器具有在權利要求1的特徵部分給出的特徵。在從屬權利要求中描述了本發明的有利的改進方案。
[0008]本發明具有以下優點，S卩，基本上的可能出現的大多數故障可以被劃定為非危險故障的等級。因此，危險故障和非危險故障之間的比例關係明顯更有利。
[0009]本發明基於以下認識，S卩，應用在閥門組的閥門中的密封件或膜片中發生的材料磨損在大部分情況下首先表現為閥門上的壓縮空氣洩漏，並且當其進入氣密的殼體內時會導致殼體內部的壓力增長。一旦在殼體內部出現慢性的或突然的洩漏，例如在膜片撕裂時，藉助於壓力監控器來確定此時形成的壓力增長，該壓力監控器與閥門組的閥門共同作用，並且這個閥門組這樣地控制，即，使這個閥門組處於預設的安全位置中。
[0010]因為在電動氣動的位置調節器內的閥門組在大部分情況下反正已經安置在單獨的殼體中，所以本發明只會帶來很少的額外耗費。也就是說現有的殼體只需要增加合適的殼體密封件。
[0011]為了在殼體內壓過高時使閥門組處於安全位置，原則上可以通過電子的或機電的裝置，例如通過帶有下遊連接的電磁鐵的壓力傳感器實現壓力監控器和閥門組的控制。然而，優選地其僅氣動運轉，使得以優選的方式為了其運行不需要輔助電能，輔助電能特別在利用4到20mA埠運行的過程儀表化的現場設備中只能受限地使用。此外，在這樣得以實現時，安全位置完全不取決於電動氣動位置調節器的電子件的運行能力而起動，因此進一步提高了功能安全性。
[0012]因為只允許在一定的界限內在不影響運行的情況下發生略微的洩漏，所以在本發明的一個特別有利的改進方案中設置有以預定的最大空氣流通量為殼體排氣的節流板。殼體內部就通過節流板作為流阻與電動氣動位置調節器的周圍環境連接。在一個實施例中，可以這樣地確定節流板的尺寸，即，使得每分鐘一升的空氣流通量導致殼體內室中0.Sbar的壓力增長，在這種情況下壓力監控器做出響應，並且使閥門組處於安全位置中。
[0013]在電動氣動的位置調節器的一種設計方案中，電動氣動轉換器連接在閥門組的上遊，優選地將節流板的排氣側連接至轉換器的排氣出口上。其所具有的優點在於，除了監控閥門組是否遵守允許的洩漏量之外，還檢測電動氣動轉換器的排氣出口是否能夠自由通過，因為出口的堵塞，例如由於排放開口結冰或受汙染，即使在很少的洩漏下也會導致殼體內壓的上升，因此在這種幹擾情況下也要使閥門組處於安全位置。由此也可以將電動氣動轉換器的出口的關閉劃為非危險故障的級別，這種情況原本可能會導致閥門組控制無效，並且因而可以導致位置調節器的危險故障。
[0014]根據本發明的一種有利的改進方案，可以通過通常存在於電動氣動位置調節器內的調節器電子件檢測閥門組的位置，使得該電子件發出顯示故障狀態的信號，例如當閥門組處於安全位置時，而該狀態卻不符合調節器電子件對閥門組的控制情況和可能連接在調節器電子件下遊的電動氣動轉換器時，故障狀態就以警報信息的形式通過現場總線發出。在自動化設備中或作為警報信息接收者的控制站中，該信號可以被進一步處理並發給操作員，使得可以通過操控工作或者其它合適的行動，對報告的故障狀態進行處理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]根據示出了本發明的一種實施例的附圖，在下文中詳細闡述本發明以及設計方案和優點。
【具體實施方式】
[0016]在圖中僅示出了電動氣動的位置調節器的有利於理解本發明的部分，以及連接於其上的用於調節設備2的氣動驅動裝置I，調節設備在這裡是流程閥門。氣動位置調節器具有預控閥門3以及調節器電子件4。進氣接口 5用於連接壓縮空氣供給導管6，壓縮空氣例如通過壓縮空氣供給導管以6bar的壓力輸送給預控閥門3。驅動裝置I的上部腔室7與預控閥門的排氣接口 8連接。依據控制情況，壓縮空氣要麼藉助進氣閥門9由壓縮空氣供給導管6導至腔室7，要麼從壓力室7藉助排氣閥門10通過閥門出口 11排放到周圍環境中。通過合適的、為了清晰起見在圖中未示出的閉鎖機械裝置確保兩個閥門9和10永不同時打開，因為否則壓縮空氣可能在未使用的情況下就漏到周圍環境中。為了通過在驅動裝置I的壓力室7內設定的壓力來調節調節設備2的位置，調節器電子件4、以已知的方式實現為流阻的橋式電路的電動氣動轉換器12和升壓驅動裝置(Booster-Antrieb) 13相應於藉助電動氣動轉換器12設定的壓力差來操控進氣閥門9和排氣閥門10。
[0017]通過壓力調節器19，供給壓力例如從6bar下降到調節後的例如1.4bar，調節後的壓力施加在電動氣動轉換器12的橋式電路上。
[0018]在所示實施例中，電動氣動位置調節器的閥門組由進氣閥門9、排氣閥門10和升壓驅動裝置13組成，該閥門組布置在位置調節器內部的氣密的殼體14中。通過壓力監控器15監控殼體14內部存在的壓力是否遵守了預設的例如0.8bar的閾值。在氣密的殼體14內部的所有自由內室、與升壓驅動裝置13的壓力室相對置的區域、圍繞著閥門9和10的區域、位於閥門組內的彈簧室和圍繞閥門9和10的閉鎖裝置的區域均氣動地相互連接。一旦在閥門組中出現洩漏，例如在升壓驅動裝置13的膜片中出現撕裂，那麼壓縮空氣通過洩漏位置逸入殼體14的氣密的內室，並且導致壓力升高，壓力的升高由壓力監控器15檢測。只要壓力不超過0.Sbar的閾值，壓力監控器15就不幹涉調節設備2的位置的調節。然而只要壓力升高超過閾值，壓力監控器15就打開排氣閥門10。同時通過在圖中未示出的閉鎖裝置關閉進氣閥門9，使得在驅動裝置I的壓力室7內的壓力迅速下降，並且使調節設備2處於安全位置，該安全位置在所示實施例中相當於流程閥門的「打開」。由此所需的閥門組的開關狀態同樣也被稱為安全位置。
[0019]與所述實施例不同，在一種作為代替的設計方案中，當然可以這樣地布置流程閥門，使得其在腔室7內的壓力下降時「關閉」。在該實施例的另一種轉化的實施例中可以附加地在殼體14中集成附加的組件，例如電動氣動轉換器12、壓力調節器9和/或壓力監控器15。
[0020]殼體14內的閥門組上的微小的洩漏還不一定強制地導致功能上的影響。為了避免在微小洩漏的情況下就佔據調節設備2的安全位置，設置也可以稱為節流閥或流動電阻的節流板16，並且該節流板連接在殼體14的內室和電動氣動轉換器12的排氣口 17之間。例如這樣地設定節流板16，即，使每分鐘一升的洩漏導致殼體14內的壓力提升0.Sbar。因此，只有當空氣流通過節流閥16超過每分鐘一升時，或者當轉換器12的排氣口 17例如由於結冰或汙染而堵塞時，壓力監控器15才會做出響應。
[0021]為了進行調節，在調節器電子件4中要考慮到閥門9和10的實時位置。為了通過帶有閥門9和10的閥門組識別安全監控器15的響應和由此引起的安全位置的起動，在調節器電子件4中附加地檢查，進氣閥門9和排氣閥門10的位置是否與通過調節器電子件4由電動氣動轉換器12預設的位置一致。當通過閥門組同時佔據安全位置的情況下不一致時，那麼調節器電子件4將其評為故障狀態，並且產生相應的報警，利用現場總線電動氣動位置調節器接入自動化技術設備的自動化網絡中，該報警例如通過該現場總線18，例如發給上級的控制站，從而能夠對出現的故障做出反應，採取合適的消除錯誤的措施。
【權利要求】
1.一種電動氣動位置調節器，具有: 用於連接壓縮空氣供給導管(6)的進氣接口(5)； 至少一個用於連接調節設備(2)的氣動驅動裝置(I)的排氣接口(8)； 以及布置在所述位置調節器內的可控的、具有至少一個閥門(9，10)的閥門組(9，10，13)，通過所述閥門組在正常運行時依據所述閥門組的控制情況，要麼通過所述壓縮空氣導管輸送的壓縮空氣能導向所述排氣接口(8)，要麼通過所述排氣接口(8)輸送的空氣能向外界排出， 其特徵在於， 可控的所述閥門組(9，10，13)布置在所述位置調節器內部的氣密的殼體(14)中；存在裝置(15)，用於這樣地監控所述殼體內存在的壓力並且用於這樣地控制所述閥門組(9，10，13)，S卩，當所述殼體內的壓力超過預定的閾值時，使所述閥門組(9，10，13)處於預定的安全位置；以及 設置有以預定的最大空氣流通量為所述殼體(14)排氣的節流板(16)。
2.根據權利要求1所述的電動氣動位置調節器，其特徵在於，用於監控和控制的所述裝置(15)氣動地實現，並且設計用於氣動地控制所述閥門組(9，10，13)。
3.根據權利要求2所述的電動氣動位置調節器，其特徵在於，電動氣動轉換器(12)連接在所述閥門組(9，10，13)的上遊，並且所述節流板(16)的排氣側連接至所述轉換器(12)的排氣出口(17)上。
4.根據前述權利要求中任一項所述的電動氣動位置調節器，其特徵在於，通過調節器電子件(4)能檢測所述閥門組(9，10，13)的位置，並且所述調節電子件(4)設計用於，在所述閥門組(9，10，13)處於所述安全位置並且其不符合通過所述調節器電子件(4)對所述閥門組(9，10，13)的控制情況時，發出顯示故障狀態的信號(18)。
【文檔編號】F15B19/00GK103477093SQ201280018977
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年4月11日 優先權日:2011年4月18日
【發明者】安德烈-海因裡希·邁因霍夫 申請人:西門子公司