[发明专利]气动电磁阀、具有电磁阀的现场设备和气动电磁阀的故障诊断方法

说明书

用于过程技术设施如发电厂、化工厂、食品加工厂等的现场设备的气动电磁阀，包括：电磁执行器，其具有可通电的线圈和相对于线圈活动的衔铁；至少一个空气腔，三条空气通道通入空气腔，这三条空气通道包括第一空气通道、第二空气通道和控制空气通道；至少一个阀构件，其在第一关闭位置中关闭第一空气通道而开放第二空气通道，在第二关闭位置中关闭第二空气通道而开放第一空气通道；其中设有至少一个接合杆尤其是调节杆或调节轴，它在第一调节方向和与第一调节方向相反的第二调节方向上可活动并以适于传力方式将阀构件联接至衔铁，其中在接合杆与衔铁之间设有至少一个用于根据第一调节方向或第二方向提供在接合方向上作用于接合杆的预紧力的接合预紧件如弹簧，至少一个复位预紧件如复位弹簧尤其设置在接合杆与电磁执行器、优选是相对于线圈不可移动的芯之间以与接合方向相反地提供作用于接合杆的复位力。

本发明的主题是用于过程技术设施例如发电厂如核电厂、化工厂如石化设备如精炼厂、食品加工厂如啤酒厂或牛奶场等的现场设备的气动电磁阀。本发明也涉及具有包括气动电磁阀的单作用或两作用的气动调节驱动装置的现场设备。本发明还涉及气动电磁阀的故障诊断方法

从现有技术中知道了气动电磁阀，其包括气动电动执行器和借此作动的两位三通阀。这种两位三通阀(501)在图9和图10中被示出。两位三通阀(501)可以在被用在气动电动现场设备中时具有与气压源相连的进空气通道(511)、与压缩空气降区如大气相连的排空气通道(521)以及用于气动执行器的进风和排风的控制空气通道(551)。两位三通阀(501)还包括空气通道(511,521,551)通入其中的空气腔(505)以及可在空气腔(505)内运动的阀构件(553)。阀构件(553)可以或是关闭进空气通道(511)、或是关闭排空气通道(521)。

为了作动该阀构件(553)，即为了使阀构件在排空气通道-关闭位置(图10)和进空气通道-关闭位置(图9)之间运动，该阀构件以调节杆(507)刚性连接至电磁线性驱动装置(503)的衔铁(533)。电磁线性驱动装置配备有在衔铁(533)和驱动装置的铁磁性芯(537)之间的复位弹簧(573)。复位弹簧设置用于在电磁驱动装置因线圈(531)被切换至断电而无效时将衔铁(533)例如置于进空气通道关闭位置(图9)。当电磁执行器被激活时，衔铁克服复位弹簧(573)力地被磁吸合且在电压足够大时如此运动，即，将阀构件置于排空气通道关闭位置(图10)中。

在衔铁与可磁化芯之间设有非磁性间隙空隙(534)以避免衔铁(533)接触到可磁化的芯(537)。在接触时会出现极高的附着力。间隙的尺寸被设定为容忍在阀构件(553)和排空气通道(521)的与之配合的阀座(523)上的一定程度的磨损和/或下陷，而未出现在衔铁与芯之间的接触和进而未出现随之而来的气动电磁阀功能失效。在衔铁与芯之间的磁吸力与在芯与衔铁之间距离的倒数成平方关系地增大。因此，磨损起到自我加强效果。在一开始轻微磨损之后，可能快速且失控地出现气动电磁阀失效。为了避免在设备工作中的功能失效，预防性更换该两位三通阀。因为只在取出拆下的阀上能看到实际磨损状态，故必须容忍不必要的更换成本以利于可靠设备运行。

由DE102016120655A1公开了一种用于电磁阀状态监测的方法，其中，通过顶杆复位在电磁铁内感生的电压在先群电流关断之后作为时间函数被测量单元测知，并且被评估单元与参考函数相比较。从比较结果中应该推断出弹簧状态。但是，如DE102016120655A1所述的方法不允许推断出阀构件上的磨损现象和/或下陷现象。

本发明的任务是克服现有技术的缺点，尤其提供具有更高的故障安全性的电磁阀和用于电磁阀的故障诊断方法。独立权利要求的主题完成了该任务。

因此，规定了一种用于过程技术设施如发电厂如核电厂、化工厂如石化设备、食品加工厂如啤酒厂等的现场设备的气动电磁阀。该气动电磁阀包括电磁执行器，其具有可通电的线圈和可相对于线圈移动的衔铁。电磁执行器还可以包括相对于线圈固定不动的铁芯或磁芯。电磁执行器尤其可以是电磁线性执行器。