CN104662344A - 高压阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在高压腔室里的产品进行高压处理的装置的高压阀，其中，由高压介质作用下的所述产品被作用在高达10000巴的压力下，具有入口(2)和出口(3)的阀体(1)，在所述入口(2)和出口(3)之间的阀座(4)，其中所述阀座(4)具有阀座的入口侧(4a)和阀座的出口侧(4b)，以及所述阀座的入口侧(4a)形成该入口(2)，位于所述阀座(4)内的孔(8)，当高压阀处于打开位置时，高压介质通过该孔从所述入口(2)流到所述出口(3)，阀轴(5)，其中，阀轴尖端部(6)形成所述阀轴(5)的一部分，以及其中，当该高压阀处于关闭状态时，所述阀轴尖端部(6)从阀座的入口侧(4a)到阀座的出口侧(4b)封闭该阀座(4)，其中该阀轴尖端部(6)具有锥形端部(11)和柄部(12)，该阀座(4)具有同轴心的沉孔(10)，其中，所述同轴心的沉孔(10)在该阀座的入口侧(4a)方向上具有锥形表面(13)，并且所述同轴心的沉孔(10)在该阀座的出口侧(4b)方向上具有相对于所述阀座(4)的轴线具有高达6度倾斜角的圆柱形形状或锥形形状的柄部对应表面(15)，其中，当该高压阀处于关闭状态时，所述阀轴尖端部(6)的锥形端部(11)封闭所述阀座(4)的沉孔(10)的锥形表面(13)，并且所述阀轴尖端部(6)的柄部(12)形成与该阀座(4)的柄部对应表面(15)之间的间隙。

Description

高压阀
技术领域
本发明涉及一种高压阀，其具有阀轴(6)和与之相关的阀座(4)，该高压阀被用在对产品进行高压处理的装置里。
背景技术
在高压处理过程中，在高压室里并且通过高压介质作用的产品在高达10000巴的压力下被处理。高压介质通常借助于一个或多个高压阀以受控的方式排出该高压室进入高压介质收集罐，当所述高压室内的压力被降低时，该高压介质被收集在该收集罐中。
在某些情况下，压力起初被快速降低至约500巴，随后被缓慢地膨胀到环境压力。这也被称为快速与温柔膨胀。压力的降低借助于位于高压室和收集罐箱之间的各种压力阀而实现的。
在快速与温柔膨胀过程中，对压力阀的要求因不同的压力和膨胀梯度而有所不同。
在快速膨胀期间，非常高的压力差的耗散往往导致非常激烈的流动动力学，与所有可能的流体侵蚀过程例如气穴与壁的摩擦以及湿蒸气的侵蚀相关联，这损坏阀轴(5)和阀座(4)。因此，试图找到解决该问题的方案。
借助于两个阀门降低高压室中的压力在WO2006/129180A1中进行了公开。在此，为了从所述高压室中排放高压力介质，其设置了具有串联连接的两个压力阀的管路。在该两个压力阀之间，存在用于接收该高压介质的中间压力室，以便以阶梯方式从第一压力阀到第二压力阀的压力被降低并且防止对该压力阀的侵蚀。然而，缺点是该方法的周期时间很长。而且，借助于该压力阀实施该方法是复杂的。
文献DE102009042088A1描述了用于高压处理包装食品的装置和方法，其中高压室中的压力消散在三个阶段中实施。设置了不同的压力阀的范围以实施该方法。
文献US3010695公开了一种高压调节阀，其调节特性可以借助于有孔环进行预先定义，流体可通过该有孔环并且其具有可被不同地形成的孔。在操作过程中，该调节是通过不同的阀轴位置实施的，其中，所述阀轴打开孔口区域到更大或更小程度。在有孔环和阀轴之间的环形间隙内的流体(所造成)的低侵蚀调节并未被考虑，并且在所示的几何比例的情况下也不可能被给出建议。
文献DE102009032850A1描述了限压阀，其中由介质所产生的打开力急剧增大；这是除了其它之外的由阀座的密封表面下游的有效通流横截面的突然增加而实现的。由高度动态的流体造成并由此产生的侵蚀问题没有在该专利中进行讨论。
高压阀的单独构造在DE4438462C1中进行了披露，其涉及用于高达大约1400巴的流体***的具有“柔性尖端部”的螺栓针阀。该高压阀具有在其内安置有辅助压力室的填料函，具有入口和出口的主体，以及位于该入口和出口之间的阀座。活塞被布置在该辅助压力室内。所述柄部具有有软柄末端支撑的侧向支撑，并且具有用于从入口至所述活塞的顶侧连接所述流体压力的同轴通孔，从而该活塞在该阀座方向上移动该柄部和软柄末端，并且因此致动力可以被减少和被改变。由于高度动态的流体产生的侵蚀问题在该专利中并未被讨论。
由于高的总压力以及压力差，在此只有由高强度材料构成的阀轴和阀座才可能被用在高达1000巴工作范围内。
为了解决该问题，人们会自动尝试使用用于阀轴和阀座的更加坚固的材料。这由此导致相对于采用相对较软材料制备的阀轴与阀座被改善的结果。然而，由于在每个膨胀周期期间当高压介质流过时而施加在阀轴和阀座上的侵蚀负载，该些组件的频繁交换仍然不可避免。
避免临界高度动态的流动状态可以借助于被定位在上游和/或下游的流体阻力来实现，其中，但是所述膨胀速率被大大地降低了。然而这在时间关键性的应用情况下却是不可取的。
在高压阀的构造里，关于被使用的材料配对以及关于该些组件的设计而言，对于彼此相互协调的阀轴与阀座是特别有必要的。
发明内容
因此，本发明是基于提供结构简单的高压阀的问题，该高压阀用于在高达10000巴压力下的产品的高压处理，采用该种高压阀，更多的磨损周期被实现。
该目标是通过用于高压室的产品的高压处理的装置的高压阀而实现的，其中所述产品，由高压介质作用的所述产品被作用在高达10000巴的压力下，具有
·具有入口(2)和出口(3)的阀体(1)，
·位于所述入口(2)和出口(3)之间的阀座(4)，
·其中，所述阀座(4)具有阀座的入口侧(4a)和阀座的出口侧(4b)，并且所述阀座的入口侧(4a)形成入口(2)，
·位于所述阀座(4)内的孔(8)，当高压阀处于打开位置时，高压介质通过该孔从入口(2)流到所述出口(3)，
·阀轴(5)，其中，所述阀轴尖端部(6)形成所述阀轴(5)的一部分，以及
·其中，当该高压阀处于关闭状态时，所述阀轴尖端部(6)从阀座的入口侧(4a)到阀座的出口侧(4b)封闭所述阀座(4)，
·其中，所述阀轴尖端部(6)具有锥形端部(11)和柄部(12)，
·所述阀座(4)具有同轴心的沉孔(10)，
·其中，所述同轴心的沉孔(10)在所述阀座的入口侧(4a)的方向上具有锥形表面(13)，
·并且所述共轴沉孔(10)在该阀座的出口侧(4b)的方向上具有圆柱形状的或者相对于所述阀座(4)的轴线具有高达6度倾斜角的锥形形状的柄部对应表面(15)，
·其中，当所述高压阀处于关闭状态时，所述阀轴尖端部(6)的锥形端部(11)封闭着所述阀座(4)的沉孔(10)的锥形表面(13)，并且所述阀轴尖端部(6)的柄部(12)形成与所述阀座(4)的柄部对应表面(15)之间的间隙。
为了使高压阀在关闭状态下提供有效的隔板，在所述阀轴尖端部(6)的锥形端部(11)与所述阀座(4)的沉孔(10)的锥形表面(13)之间的接触面必须被优化设置。所述阀轴尖端部(6)的锥形端部(11)的尖端部伸入到所述阀座(4)的孔(8)内。
在高压阀打开的过程中，形成彼此间相互转换的不同膨胀状态之间的差别。该压力消散首先发生在该阀轴尖端部(6)和所述沉孔(10)的锥形表面(13)之间的间隙里，然后通过阀轴尖端部(12)的柄部与所述阀座(4)的沉孔的柄部相对表面(15)之间的间隙。随着逐步推进打开的行程，该压力耗散随后以一定的增加程度仅发生在所述阀轴尖端部(12)的柄部与所述阀座(4)的沉孔的柄部对应表面(15)之间的间隙里。当所述阀轴尖端部(6)已经完全移出了所述阀座(4)的沉孔(10)时，所述阀座(4)和阀轴尖端部(6)不再构成相关的流体阻力。该压力消散在后仅发生在进料和排出管路***里。
所述阀座(4)的盲孔(10)的柄部对应表面(15)可以以圆锥的形式，该圆锥具有相对于所述阀座的轴线(4)具有高达6°倾斜角，以便调整间隙流体符合要求。由于该阀座(4)和阀轴尖端部(6)形成所述高压阀的交互单元，该阀轴尖端部(6)的柄部(12)可以是圆柱形或相对于所述阀轴尖端部(6)的轴线具有高达6度倾斜角的圆锥形。
此外，横向孔(9)可以被形成在阀座(4)里以便优化地适应所述阀座-阀轴组合的流体阻力。
所述阀轴(5)的头部是由阀轴尖端部(6)形成的。由于对所述阀轴(5)的头部特别是所述阀轴尖端部(6)的要求高，并且例如所述阀轴尖端部(6)可以由不同于该阀轴(5)的材料构成，所述阀轴(5)与所述阀轴尖端部(6)未被加工成一体的部件是有益的。这可借助于所述阀轴尖端部(6)被形成为可更换的独立部件来实现，并且所述阀轴(5)具有在内孔，所述阀轴尖端部(6)的柄部(12)被容纳在所述内孔里。
所述锥形表面(13)和锥形端部(11)之间的倾斜角的差异可能至多为4度以便该锥形表面(13)最佳地由阀轴尖端部(6)的锥形端部(11)封闭。
关于该高压阀的高要求，阀座(4)和阀轴尖端部(6)通常由高强度的材料例如金属合金制造。
该阀体(1)和阀座(4)形成了其中设置有阀腔室防护装置(14)的阀腔室。该阀腔室防护装置(14)防止该阀腔室的内表面被侵蚀。在该阀腔室防护装置(14)损坏的情况下，快速且方便地更换该阀腔室防护装置(14)而非整个阀体(1)是可能的。
由阀座(4)和阀轴(5)组成的该高压阀可以具有调节装置，借助于该调节装置，所述阀轴(5)的运动被调节。
不言而喻，该调节装置可以是手动控制与机械控制的。
附图说明
根据本发明的部件被示出在以下的附图中。
图1示出了高压阀。
图2示出了所述阀座(4)的一个实施例。
图3示出了阀轴尖端部(6)的一个实施例。
具体实施方式
图1示出的高压阀具有阀体(1)。该阀体(1)具有设置有阀轴尖端部(6)的阀轴(5)，与其有关的阀座(4)，以及入口(2)和出口(3)。该阀座(4)被设置在所述入口(2)和出口(3)之间。流出高压腔室的高压介质流经所述入口(2)以及流经该阀座(4)的孔(8)。该阀轴尖端部(6)具有锥形端部(11)和柄部(12)，并且所述阀轴(5)具有内孔，该阀轴尖端部(6)的柄部(12)被接收在内孔中。该阀轴(5)的调节是通过适配的阀门驱动装置(7)来实现的。
为了使阀座(4)和阀轴尖端部(6)在高压阀处于关闭状态下提供最佳的密封作用，该阀座(13)的锥形表面具有大约45°的轴向偏离角α，并且该阀轴尖端部(6)的锥形端(11)具有大约43.5°的轴向偏离角度。所述阀轴(5)连同所述阀轴尖端部(6)借助于驱动装置从所述阀座(4)被移出，并且在阀座(4)与阀轴尖端部(6)之间的高压介质流沿所述出口(3)的方向流动。该阀体(1)和阀座(4)形成所谓的阀腔室。该阀腔室的内表面可以额外地由阀腔室防护装置(14)进行保护而免受侵蚀。
试验已经表明采用根据上面所讨论的本发明的高压阀，在高达10000巴下产品进行高压处理的情况下，实现超过5000次循环或磨损循环是可能的。
图2是该阀座(4)的详细视图。出于简洁的原因，该阀座(4)可以由多个部件组成，其该些部件被一个在另一个内部地安装，其中，所述阀座(4)具有阀座的入口侧(4a)和所述阀座的出口侧(4b)，并且所述阀座的入口侧(4a)形成该入口(2)。多个横向孔(9)被形成在沉孔(10)的柄部对应表面(15)。理想的情况是，该些横向孔(9)也被设置在从所述锥形表面(13)到该沉孔(10)的柄部对应表面(15)的过渡区。
图3示出了该阀轴尖端部(6)的可能的优化设计，其中，在此情况下，该阀轴尖端部(6)的锥形端部(11)具有比所述阀座(4)的锥形表面(13)要小的轴向偏差角，该锥形端部是被封闭的，以便该阀轴尖端部(6)的锥形端(11)在高压下最佳地封闭所述阀座(4)的锥形表面(13)。
附图标记列表：
1   阀体
2   入口
3   出口
4   阀座
4a  阀座的入口侧
4b  阀座的出口侧
5   阀轴
6   阀轴尖端部
7   适配的阀门驱动装置
8   孔
9   横向孔
10  阀座的沉孔
11  阀轴尖端部的锥形端部
12  阀轴尖端部的柄部
13  沉孔的锥形表面
14  阀腔室的防护装置
15  沉孔的柄部对应表面

Claims (9)

1.用于在高压腔室里对产品进行高压处理的装置的高压阀，其中，被高压介质作用下的所述产品被作用在高达10000巴的压力下，具有
·具有入口(2)和出口(3)的阀体(1)，
在所述入口(2)和出口(3)之间的阀座(4)，
·其中所述阀座(4)具有阀座的入口侧(4a)和阀座的出口侧(4b)，以及所述阀座的入口侧(4a)形成该入口(2)，
·位于所述阀座(4)内的孔(8)，当高压阀处于打开位置时，高压介质通过该孔从所述入口(2)流到所述出口(3)，
·阀轴(5)，其中，阀轴尖端部(6)形成所述阀轴(5)的一部分，以及
·其中，当该高压阀处于关闭状态时，所述阀轴尖端部(6)从阀座的入口侧(4a)到阀座的出口侧(4b)封闭该阀座(4)，
其特征在于
·该阀轴尖端部(6)具有锥形端部(11)和柄部(12)，
该阀座(4)具有同轴心的沉孔(10)，
·其中，所述同轴心的沉孔(10)在该阀座的入口侧(4a)方向上具有锥形表面(13)，
·并且所述同轴心的沉孔(10)在该阀座的出口侧(4b)方向上具有相对于所述阀座(4)的轴具有高达6度倾斜角的圆柱形形状或锥形形状的柄部对应表面(15)，
·其中，当该高压阀处于关闭状态时，所述阀轴尖端部(6)的锥形端部(11)封闭所述阀座(4)的沉孔(10)的锥形表面(13)，并且所述阀轴尖端部(6)的柄部(12)形成与该阀座(4)的柄部对应表面(15)之间的间隙。
2.根据权利要求1的所述高压阀，其特征在于，所述阀轴尖端部(6)的柄部(12)是相对于该阀轴尖端部(6)的轴具有高达6度倾斜角的圆柱形形状或锥形形状。
3.根据权利要求1或2的所述高压阀，其特征在于，所述阀轴(5)的头部是由该阀轴尖端部(6)形成的。
4.根据权利要求3的所述高压阀，其特征在于，所述阀轴尖端部(6)被形成为可更换的单独组件，其中所述阀轴(5)具有内孔，所述阀轴尖端部(6)的柄部(12)被接收在该内孔中。
5.根据前述权利要求中任意一项的所述高压阀，其特征在于，在沉孔(10)里的所述阀座(4)具有横向孔(9)。
6.根据前述权利要求中任意一项的所述高压阀，其特征在于，所述锥形表面(13)与锥形端部(11)间的倾斜角之差是至多4度。
7.根据前述权利要求中任意一项的所述高压阀，其特征在于，所述阀体(1)和所述阀座(4)形成阀腔室，其中设置有阀腔室防护装置(14)。
8.根据前述权利要求中任意一项的所述高压阀，其特征在于，所述高压阀具有调节装置，所述阀轴(5)的运动是借助于该调节装置进行调节的。
9.根据权利要求8的所述高压阀，其特征在于，所述调节装置是既手动可控的又机械可控的。
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