用于流态化材料的流量控制阀

摘要

一种用于流态化材料的流量控制阀(10)，包括：阀套(12)，具有带有阀座(30)的阀室(18)；以及阀塞(20)，具有流道(22、24)，阀塞(20)被布置在阀室(18)内、且位于阀座(30)前面，从而可绕旋转轴线(A)旋转，以控制通过流量控制阀(10)的流量。本流量控制阀进一步包括弹簧装置，该弹簧装置与旋转轴线(A)垂直地将阀塞(20)偏压于阀座(30)，以实现阀座(30)与阀塞(20)之间的密封接触。根据本发明的一个重要方面，该弹簧装置包括至少一个悬臂弹簧(40)，该悬臂弹簧被布置在与阀座(30)相对的余隙空间(42)中，从而将阀塞(20)偏压于阀座(30)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于流态化材料的流量控制阀，具体地用在流态化材料的气动输送系统中。

背景技术

在流态化材料的输送系统中，流态化材料借助于诸如载气或载液的运载流体通过管道大批量地输送。

使用载气的气动输送系统是用于将细粒大小的煤粉通过鼓风口注入到鼓风炉中的煤粉注入系统。

为了允许对批量材料进行计量，在流态化材料输送领域内众所周知的是，在管道中设置流量控制阀，以控制运载流体的流速且因此也控制通过阀的批量材料的流速。

常见的流量控制阀的实例，例如用在煤粉注入系统中的是塞阀。塞阀通常包括：阀套，具有带有阀座的阀室；以及阀塞，具有流道。该阀塞被布置在阀室内、且位于阀座的前面，并且可绕旋转轴线旋转。旋转使得能够通过设置阀塞的流道相对于阀座的位置来控制通过阀的流量。

显然，阀座与阀塞之间的密封接触对于任何阀来说都是一个重要要求。当流量控制阀被用在其中运载流体的工作温度和/或环境温度以及因此阀自身的温度经受显著变化的系统中时，实现阀塞与阀座之间的密封接触就是成问题的。实际上，温度变化可能引起阀的泄漏，例如阀套、阀塞和/或阀座的不同热膨胀。这个问题例如在煤粉注入时会发生。在这种情况下，对于塞阀来说公知的是，为阀提供弹簧装置，该弹簧装置沿与阀塞的旋转轴线垂直的方向将阀塞和阀座偏压成彼此相顶。在第一种可能设计中，阀座被弹簧偏压而顶着阀塞。在第二种可能设计(该设计对于本发明来说是有意义的)中，阀塞被弹簧偏压于阀座。

在许多公知的弹簧偏压塞阀中，弹簧装置由被布置在阀套的导向孔中的螺旋弹簧组成，从而将阀塞和阀座偏压到一起。已经发现，此类弹簧偏压塞阀不足以保证在某些特定应用中且特别是在高温及高压下工作的煤粉注入系统中的流体密封性。而且，在流态化批量材料的输送系统中，源自流态化批量材料流的细微颗粒趋向于堆积在阀套内的空腔中，并因此也堆积在螺旋弹簧的导向孔内的空腔中。因此，螺旋弹簧易被阻塞在某一特定位置。一旦弹簧偏压被阻止，则流体密封性明显变得不足，特别是当温度变化时。这在其中气体密封为重要要求的气动输送系统中是尤其成问题的。作为潜在阻塞的再一有害后果，当阀在这种阻塞情况下工作时可能出现损坏阀，或者在电动阀的情况下可能出现损坏电动机单元。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于流态化材料的流量控制阀，本流量控制阀改善了阀塞与阀座之间的流体密封接触，而无需考虑工作环境及细微颗粒的堆积。

为实现此目的，本发明提出了一种用于流态化材料的流量控制阀，它包括：阀套，具有带有阀座的阀室；以及阀塞，具有流道，该阀塞被布置在阀室内、且位于阀座的前面，从而可绕旋转轴线旋转，以控制通过流量控制阀的流量。本流量控制阀进一步包括弹簧装置，该弹簧装置与旋转轴线垂直地将阀塞偏压于阀座，以实现阀座与阀塞之间的密封接触。根据本发明的重要方面，该弹簧装置包括布置在与阀座相对的余隙空间中的至少一个悬臂弹簧，从而将阀塞偏压于阀座。

根据本发明的流量控制阀实现了改进的流体密封性，而无需考虑阀的工作条件。此外，悬臂类挠曲弹簧的使用消除了对带有导向孔的螺旋弹簧的需要，且因此使得阀的弹簧偏压功能不受细微颗粒的阻塞的影响。

在一个优选实施例中，至少一个悬臂弹簧是杆式弹簧。杆式弹簧具有将阀塞弹簧偏压于阀座的第一端部以及固定于阀套的第二端部。尽管可以使用诸如板簧的其他悬臂类挠曲弹簧，但杆式弹簧是优选的。

为了实现弯曲应力在杆式弹簧的长度上的更均一的分布，杆式弹簧优选地朝向其第一端部逐渐变细。

有利地，该悬臂弹簧包括鞍状件，该鞍状件安装在悬臂弹簧的第一端部上并具有与阀塞的外表面相符的接触表面。这种结构使得弹簧与阀塞之间的某一特定区域能具有紧密的表面接触。

作为悬臂弹簧的再一益处，在一个优选实施例中，本流量控制阀包括支撑杆式弹簧的第二端部的调节装置，该调节装置允许杆式弹簧相对于阀塞的轴向位置被设定。由于每个悬臂弹簧的预张力以及因此阀塞与阀座之间的接触压力能被设定，所以调节能力证实有益于保证流体密封性。最初的调节使得本阀能适于某一特定应用(不同的压力、温度、流体类型等)。使用寿命期间的调节例如使得能考虑到过程变化或阀部件的磨损。为了设定杆式弹簧的轴向位置，调节装置优选地包括从阀套伸出的操作部。阀的工作过程中的调节因此成为可能。

为了实现阀塞与阀座之间的均一接触，有利的是提供了两对悬臂弹簧，这两对悬壁弹簧相对于所述阀塞正切地布置在相应的余隙空间中、且位于穿过阀套的流道的相对侧上。在这个结构中，每对悬臂弹簧优选地平行地布置，并且任一对中的两个悬臂弹簧以反向同轴的关系布置。

有利地，本流量控制阀进一步包括可旋转地安装在阀套中的驱动轴以及将阀塞连接至驱动轴的欧式联轴节(Oldham coupling)。这个结构代表了一种将阀塞浮置地安装在阀室内的简单且可靠的方式，以允许阀塞顶着阀座移动。

为了便于接近悬臂弹簧，且特别是它们各自的调节装置，每个悬臂弹簧的余隙空间优选地与阀套中的驱动轴的轴线垂直布置。

尽管带有球塞的塞阀同样能受益于悬臂弹簧的使用，但优选地，尤其是在气动输送系统中，本阀塞包括基本上为圆柱形的中空体，该圆柱形中空体具有与阀座的相应密封面相接触的圆柱形塞密封面以及与悬臂弹簧的第一端部或者如果设置的话，与鞍状件的接触表面相接触的圆柱形塞偏压面。

应该理解的是，根据本发明的流量控制阀尤其适于用在鼓风炉的煤粉注入系统中。

附图说明

现在将参照附图以实例的方式描述本发明的优选实施例，附图中：

图1是根据本发明的流量控制阀的纵向横截面视图。

图2是沿图1中的线II-II的流量控制阀的横截面图。

从随后的详细描述中，本发明的其他细节和优点将是显而易见的。

具体实施方式

图1示出了一种用于流态化材料的、大体上由参考标号10标出的流量控制阀。流量控制阀10被设计成用在流态化批量材料的输送系统的管道中，具体地诸如鼓风炉的煤粉注入系统的气动输送设备。

流量控制阀10包括阀套12，该阀套具有入口14和出口16。阀套12在其中限定了与入口14和出口16相连通的阀室18。阀塞20被布置在阀室18内。阀塞20具有大体上为圆柱形中空结构的本体，该本体具有横向地布置在塞体的圆柱形壳中的第一孔22和第二孔24。孔22、24提供了穿过阀塞20的流道。阀塞20进一步包括连接部26，以用于将阀塞20连接到可旋转地安装在阀套12中的驱动轴28。

流量控制阀10进一步包括阀座30，该阀座被固定在阀套12中、阀室18的外周上。阀座30大体上为管状、圆柱形，并被布置在阀套12中的共轭承座(socket)32中。阀座30设置有另一流道，通过该流道使阀室18与出口16相连通。如图1中所示，阀塞20被布置在阀座30的前面。阀塞20借助于驱动轴28可绕旋转轴线A旋转。对于塞类阀来说，以本身为公知的方式，阀塞20相对于阀座30的旋转位置允许通过设定分别在阀塞20与阀座30中的流道之间的重合度来控制通过阀10的流量。在这方面，可注意到的是，阀塞20的第二孔24具有逐渐变细的大体上为三角形的第一部和大体上为半圆形的第二部的组合形状(在平面投影中所看到)。这种形状允许通过使交叉流道区域成为阀塞20的角坐标的基本上为线性的函数来改进流量控制(当重合受限于孔24的大体上为三角形的第一部时)。如图1中进一步所示，两个安装凸缘34、36安装至阀套12、且分别位于入口14和出口16的延伸部分中。

如图2中最佳所示，阀塞20具有圆柱形的外密封表面部。然而，如果此密封表面部为旋转体的表面部，则阀塞20无需为圆柱形的，其他类型也是可行的，例如球塞。阀座30被设置有与阀塞20的密封表面正好相符的密封表面部，从而使两者间的密封接触成为可能。

如图2中进一步所示，设置了弹簧装置以用于沿与旋转轴线A垂直的方向将阀塞20偏压于阀座30，从而实现阀座30与阀塞20之间的密封接触。根据本发明，这些弹簧装置包括悬臂弹簧40。应该理解的是，悬臂弹簧40是通过挠曲的弹性起作用的挠曲弹簧。尽管能使用诸如板簧的其他类型的弹簧，但优选地，这些悬臂弹簧是具有圆形横截面的杆式弹簧40，原因在下文中将变得显而易见。如从图1到图2中显而易见的，四个杆式弹簧40被布置在邻近阀室18的相应余隙空间42中、并与阀座30相对。每个杆式弹簧40均具有与阀塞20正切、并将阀塞20弹簧偏压于阀室30的第一端部以及固定至阀套12的第二端部。如应该理解的，杆式弹簧40所产生的作为结果的弹簧偏压力F的方向与旋转轴线A垂直并指向阀座30。

如图2中所示，每个杆式弹簧40均被构造成朝向其第一端部逐渐变细的圆锥杆。因此，当与圆柱形杆相比较时，在杆式弹簧40的长度上获得了更均一的弯曲应力分布。为了在每个杆式弹簧40与阀塞20之间提供表面接触，每个杆式弹簧40均具有安装在其第一端部上的鞍状件44。每个鞍状件44均具有与阀塞20的圆柱形外表面相符的接触表面。

如图2中进一步所示，每个杆式弹簧均通过相应的调节装置46安装至阀套12。调节装置46以这样的方式支撑着相关杆式弹簧40的第二端部：该方式允许设定，即，调节此杆式弹簧40相对于阀塞20的轴向位置并因此调节它们之间的正切接触点。如应该理解的，杆式弹簧40的轴向位置允许在保持与阀塞20的正切接触时减小或增大其第一端部与旋转轴线A之间的距离。因此，通过调节设备46能调节杆式弹簧40的挠曲且因此力F的大小，即，弹簧偏压度。为此，每个调节设备46均包括：空心圆柱套管48，该空心圆柱套管固定在相应的余隙空间42的延伸部分中的孔中，从而从阀套12伸出；内螺纹衬套50，固定在套管48内，该内螺纹衬套与杆式弹簧40的第二端部上的相应外螺纹52相配合；以及防松螺母54，该防松螺母旋拧在外螺纹52上、且与套管48紧邻。当防松螺母54变松时，杆式弹簧40的轴向位置可通过例如使用扭矩扳手来转动，即，旋拧杆式弹簧40而准确地调节。为此，杆式弹簧40的本体具有旋转对称的形状，且具有朝向前端逐渐变细的横截面。如应该理解的，调节装置46具有操作部55，它由防松螺母54以及套管48和弹簧杆40的外部组成，该操作部从阀套12伸出。通过这个设计，调节装置46能在无需拆除阀套12情况下(即，在工作过程中)被操作，例如以重新调节密封接触压力或从阻塞状况中恢复。还应该理解的是，除调节之外，调节装置46的结构允许例如为了维护或检查的目的而容易地拆除或去除杆式弹簧40。两个固位销56被设置在阀套12中，以避免在杆式弹簧40被去除时阀塞20的位错。为了维持在任何轴向位置及旋转过程中鞍状件44接合在阀塞20上，每个鞍状件44均安装在其杆式弹簧40上，从而可绕杆式弹簧40的纵向轴线旋转，且优选地，每个鞍状件例如通过球形接头可绕与轴线A平行的轴线略微地枢转。

从图1和图2中应该理解的是，两对杆式弹簧40被布置在穿过阀套12的流道的相对侧上、且位于相对于阀塞20正切的相应余隙空间42中。每对杆式弹簧40均平行地布置(即，具有平行的纵向轴线且假设没有预张力)。任一对中的两个杆式弹簧40以反向共轴的关系布置，如图2中所示。这种四个杆式弹簧40的布置保证了阀座30和阀塞20的密封表面上的均一接触压力。

如图1中所示，阀塞20通过连接件60连接至驱动轴28。连接件60大体上是盘形的并被构造成欧式联轴节。为此，连接件60在第一侧上具有线状凹槽，该线状凹槽与驱动轴28的共轭肋相配合，且在第二侧上具有线状肋，该线状肋与第一侧上的凹槽垂直并与阀塞20的连接部26的共轭凹槽相配合。这种结构使得能将阀塞20浮置地安装在阀室18内，以允许阀塞20的旋转轴线A与驱动轴28的轴线之间的些许位移。两轴线的平行关系通过结合有位于与连接件26相对的一侧上的、用于阀塞20的适当支架的此欧式联轴节结构来维持。

如图1中进一步所示，基本上为圆柱形的余隙空间42与驱动轴28的轴线垂直地布置在阀套12中。通过这种布置有助于人们接近调节设备46。

关于优选的材料，应该理解的是，每个弹簧杆均由弹簧钢制成。阀塞20、阀座30和鞍状件44依次由硬金属和硬质合金制成。阀套自身可由任何适当的材料制成，例如普通的钢。

最后，仍要提及的是通过根据本发明的流量控制阀而获得的一些重要优点：

-采用与适当的余隙空间42相结合的悬臂挠曲弹簧40使得所需的弹簧偏压作用更加可靠，且几乎不受细微颗粒的堆积所引起的堵塞和阻塞的影响。

-因此，本流量控制阀10提供了几乎在任何情况下都更加可靠的流体密封性，且因此能用在安全性尤为重要的应用和/或恶劣环境中，例如，用在鼓风炉上的粉煤注入系统中。

-通过悬臂弹簧40，本流量控制阀10提高了对于阀套12和阀塞20和/或阀座30的组成材料的不同热膨胀的耐受性。

-与调节设备46相结合，本悬臂挠曲弹簧40允许准确且最佳地设定密封接触压力。这样允许阀10适应不同的工作条件并减轻塞20及座30的磨损。而且，当与为了安全的原因而通常过度偏压的常规阀相比较时，所需的驱动扭矩可减小。

-本流量控制阀10的总体结构，且特别是调整装置46，允许在工作时间过程中设定密封接触压力，从而无需停机时间。

-由于阀塞20在特定位置中阻塞的风险显著降低，故由此产生的损坏阀以及如果设置的话，损坏其驱动电机的风险也降低了。

-当与采用螺旋弹簧的传统弹簧偏压阀相比较时，本流量控制阀10的总体结构，且特别是调节装置46，有利于阀10的内部部件的维护。