ПОТОЧНЫЙ НАСТРАИВАЕМЫЙ РЕГУЛЯТОР Российский патент 2013 года по МПК G05D16/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в общем к регуляторам текучей среды и более конкретно к поточным настраиваемым регуляторам.

Уровень техники

В технологических системах управления при разработке месторождения на месте производства работ используют различные устройства для управления технологическими параметрами. Регуляторы для текучей среды обычно распространены повсюду в технологических системах управления для управления давлениями различных текучих сред (например, жидкостей, газов и т.д.). Регуляторы для текучей среды обычно используются для регулировки ее давления с поддержкой по существу постоянного значения. В частности регулятор для текучей среды имеет входное отверстие, которое обычно принимает текучую среду, поступающую с относительно высоким давлением, которое может меняться или колебаться, и обеспечивает относительно низкое и по существу постоянное давление в выходном отверстии. Например, газовый регулятор, связанный с частью оборудования, может принимать газ, имеющий относительно высокое давление, от газораспределительного источника и может регулировать газ с возможностью обеспечения низкого и по существу постоянного давления, подходящего для безопасного, эффективного использования в оборудовании.

Регуляторы для текучей среды обычно управляют ее потоком и давлением посредством диафрагмы или поршня, к одной из сторон которых через смещающую пружину приложена сила заданного или управляющего давления. Диафрагма также оперативно соединена непосредственно или через тягу с компонентом клапана, который перемещается относительно отверстия седла клапана, которое гидравлически связывает входное отверстие регулятора с его выходным отверстием. Диафрагма или поршень перемещают компонент клапана в ответ на разность между выходным давлением и заданным или управляющим давлением для изменения ограничения потока через регулятор для достижения по существу постоянного выходного давления, которое обеспечивает создание уравновешивающей силы, приложенной к другой стороне диафрагмы или поршня, равной или пропорциональной заданному или управляющему давлению.

Регуляторы для текучей среды могут обеспечивать создание фиксированного (например, без обеспечения возможности настройки на месте производства работ) регулируемого давления на выходе, а другие типы регуляторов для текучей среды могут обеспечивать по меньшей мере одну коррекцию заданного с возможностью регулировки или изменяемого давления на выходе. Как правило, настраиваемый регулятор для текучей среды содержит пружину, которая сжата до предварительно заданной степени для установки регулируемого давления на выходе. В некоторых регуляторах степень сжатия, приложенного к пружине, может быть изменена или настроена для обеспечения настройки регулируемого давления на выходе регулятора на месте производства работ. Как правило, такие настраиваемые на месте производства работ регуляторы для текучей среды имеют маховичок и т.п. средство, поворот которого руками вызывает вращение резьбового стержня, который в свою очередь по меньшей мере через один промежуточный компонент изменяет сжатие пружины и таким образом изменяет регулируемое давление на выходе регулятора. Однако большинство таких настраиваемых регуляторов требуют наличия монтажной площадки и/или занимают относительно большое габаритное пространство, которое может быть ограниченным или недостаточным внутри распределительных шкафов или других таких местах, в которых обычно расположены регуляторы в технологических системах управления.

Раскрытие изобретения

В соответствии с описанным примером, настраиваемый регулятор для текучей среды содержит корпус, имеющий входное отверстие для текучей среды и выходное отверстие для текучей среды, и первый регулятор для текучей среды. Первый регулятор для текучей среды содержит клапан для регулировки расхода текучей среды, протекающей от входного отверстия до выходного отверстия, и поршень, соединенный с клапаном посредством штока, причем поршень принимает давление, связанное с выходным отверстием. Дополнительно первый регулятор для текучей среды содержит пружинную пластину, выполненную с возможностью перемещения вдоль продольной оси штока, пружину, расположенную между поршнем и пластиной пружины, и регулировочный механизм, взаимодействующий с корпусом с возможностью перемещения пружинной пластины для изменения сжатия пружины и регулируемого выходного давления регулятора для текучей среды.

В соответствии с другим описанным примером, узел настраиваемого регулятора для текучей среды содержит первый регулятор для текучей среды и второй регулятор для текучей среды, находящийся в гидравлической связи с первым регулятором для текучей среды. Первый и второй регуляторы для текучей среды формируют поточный двухступенчатый регулятор для текучей среды. Первый регулятор для текучей среды содержит регулировочный механизм, для изменения регулировки давления текучей среды первого регулятора для текучей среды, причем регулировочный механизм выполнен с возможностью настройки на месте производства работ для изменения сжатия пружины первого регулятора для текучей среды.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает сечение известного поточного одноступенчатого регулятора для текучей среды.

Фиг.2 изображает сечение примерного поточного одноступенчатого настраиваемого регулятора для текучей среды.

Фиг.3 изображает сечение примерного поточного двухступенчатого настраиваемого регулятора для текучей среды.

Осуществление изобретения

Примерные регуляторы для текучей среды, описанные здесь, имеют одноступенчатую или двухступенчатую конструкцию и обеспечивают превосходные регулировочные характеристики, минимизирующие влияние изменений входного давления на выходное давление. Кроме того, примерные регуляторы для текучей среды, описанные здесь, имеют компактную конструкцию, обеспечивающую возможность настройки (например, на месте производства работ) выходного давления. Относительно компактные конструкции по сравнению с известными регуляторами для текучей среды обеспечивают возможность использования примерных регуляторов для текучей среды, описанных здесь, в распределительных шкафах, а также в других местах с ограниченным пространством, для управления производственным процессом. Кроме того, примерные регуляторы для текучей среды, описанные здесь, могут быть использованы как элемент связи по давлению между поршнем и клапаном в случаях, в которых такая связь может быть использована для применения постоянного дополнительного усилия для обеспечения герметичного уплотнения при протечке клапана. Дополнительно, примерные регуляторы для текучей среды, описанные здесь, могут быть использованы в относительно тяжелых условиях эксплуатации, таких, например, как связанных с загрязненными текучими средами, при больших перепадах температуры, высоких давлениях на входе (например, 10000 фунт/кв.дюйм манометрический (68,95 МПа)) и т.д.

На фиг.1 изображено сечение известного поточного одноступенчатого регулятора 100 для текучей среды. Известный регулятор 100 имеет по существу цилиндрический корпус, оболочку или кожух 102, имеющий нижнюю или первую часть 104 и верхнюю, закрывающую или вторую часть 106. Первая и вторая части 104, 106 снабжены резьбовым соединением и взаимодействуют друг с другом через соответствующие сопряженные резьбы 108 и 110. Первая часть 104 содержит входное отверстие 112, имеющее внутреннюю резьбу 114 для взаимодействия с трубой или другим каналом, транспортирующим текучую среду. Дополнительно, во входном отверстии 112 размещен фильтр или сито 116 для предотвращения попадания в регулятор грязи и/или другого мусора, ухудшающего работу регулятора. Первая часть 104 также поддерживает или направляет узел 118 клапана. Узел 118 содержит элемент 120, регулирующий расход текучей среды, или затвор 120, который перемещается относительно отверстия 122 канала 124, которое гидравлически соединено с входным отверстием 112 для регулировки расхода текучей среды в регуляторе 100. Элемент 120 прикреплен к штоку 126, выполненному с возможностью скользящего взаимодействия с отверстием 128 в первой части 104. Уплотнительное кольцо 130 формирует круговое уплотнение между стенкой отверстия 128 и штоком 126. Шток 126 выполнен за одно целое с поршнем 132, который выполнен с возможностью скользящего взаимодействия внутри верхней или второй части 106. Уплотнительное кольцо 134 упирается с уплотнением во внутреннюю стенку 136 верхней или второй части 106. Верхняя поверхность 138 поршня 132 находится в гидравлической связи с выходным отверстием 140, которое имеет внутреннюю резьбу 142 для приема трубы или другого канала для текучей среды.

Как может быть видно на фиг.1, отверстие 128 находится в гидравлической связи с выходным отверстием 140 через каналы 144 и 146. Таким образом, если затвор 120 находится на расстоянии от отверстия 122, текучая среда может протекать из входного отверстия 112 к выходному отверстию 140, при этом давление в выходном отверстии 140 увеличивается. Пружина 148, работающая на сжатие, расположена между поршнем 132 и седлом 150 первой или нижней части 104. Камера 152 между поршнем 132 и седлом 150 связана с внешней атмосферой через отверстие 154 и таким образом во время эксплуатации регулятора 100 сохраняет атмосферное давление.

Во время эксплуатации пружина 148 смещает или толкает поршень 132 и таким образом оттягивает затвор 120 от отверстия 122 так, что клапан 118 находится в обычном открытом положении. Таким образом, при отсутствии давления, превышающего атмосферное давление в выходном отверстии 140, клапан 118 находится в полностью открытом состоянии. Затем, когда через входное отверстие 112 текучая среда под давлением проходит к выходному отверстию 140, давление в выходном отверстии 140 увеличивается и давление на поверхность 138 поршня 132 растет и перемещает затвор 120 в сторону отверстия 122, и таким образом ограничивает поток текучей среды из входного отверстия 112 к выходному отверстию 140. Если давление в выходном отверстии 140 достаточно высокое, возникает условие баланса сил (т.е. давление, приложенное пружиной, уравновешено давлением в выходном отверстии 140), и давление в выходном отверстии 140 сохраняет по существу постоянное значение, которое ниже давления во входном отверстии 112. Основанный на балансе сил принцип действия таких регуляторов для текучей среды известен из уровня техники и потому не будет описан здесь более подробно.

На фиг.2 изображено сечение примера предлагаемого одноступенчатого поточного настраиваемого регулятора 200 для текучей среды. Регулятора 200 имеет по существу цилиндрический корпус 202, содержащий нижнюю или первую часть 204 корпуса и верхнюю, покрывающую или вторую часть 206 корпуса. Первая и вторая части 204 и 206 снабжены резьбовым соединением и взаимодействуют друг с другом через соответствующие сопряженные резьбы 208 и 210. Первая часть 204 имеет входное отверстие 212, снабженное внутренней резьбой 214 для взаимодействия с трубой или другим каналом, транспортирующим текучую среду. Дополнительно во входном отверстии 212 установлен фильтр или сито 216 для предотвращения попадания в регулятор грязи и/или другого мусора, ухудшающего работу регулятора. Первая часть 204 также поддерживает или направляет узел 218 клапана. Узел 218 содержит элемент 220, регулирующий расход текучей среды, или затвор 220, который перемещается относительно отверстия 222 канала 224, которое находится в гидравлической связи с входным отверстием 212 для регулировки расхода текучей среды в регуляторе 200. Элемент 220 прикреплен к штоку 226, выполненному с возможностью скользящего взаимодействия с отверстием 228 в первой части 204. Уплотнительное кольцо 230 формирует круговое уплотнение между стенкой отверстия 228 и штоком 226. Шток 226 выполнен за одно целое с поршнем 232, который выполнен с возможностью скользящего взаимодействия внутри верхней или второй части 206. Уплотнительное кольцо 234 упирается с уплотнением во внутреннюю стенку 236 верхней или второй части корпуса 206. Верхняя поверхность 238 поршня 232 находится в гидравлической связи с выходным отверстием 240, которое имеет внутреннюю резьбу 242 для приема трубы или другого канала для текучей среды.

В отличие от известных регуляторов для текучей среды регулятор 200 содержит пружину 248, работающую на сжатие, расположенную между пружинной пластиной 250 и поршнем 232. Пластина 250 выполнена с возможностью скользящего перемещения вдоль продольной оси штока 226. Для направления и облегчения скольжения пластины 250 она может иметь лапки или выступы 252 и 254, которые скользят внутри отверстия или канала 256 корпуса 202. Для обеспечения настройки управляющего давления регулятора 200 предусмотрено регулировочное кольцо 258. Регулировочное кольцо 258 выполнено с возможностью резьбового взаимодействия через резьбы 260 и 262 с нижней или первой частью 204 корпуса 202, так что вращение регулировочного кольца 258 перемещает пластину 250 к поршню 232 для увеличения сжатия пружины 248 и таким образом увеличения регулируемого давления на выходе регулятора 200 или дальше от поршня 232 для уменьшения сжатия (т.е. обеспечения расширения) пружины 248 и таким образом уменьшения регулируемого давления на выходе регулятора 200. Таким образом, как может быть понятно из фиг.2, регулятор 200 представляет собой относительно компактную настраиваемую поточную одноступенчатую конструкцию регулятора для текучей среды, которая содержит регулировочный механизм, обеспечивающий возможность, например, ручной настройки на месте производства работ (например, кольцом 258) регулируемого выходного давления или давления на выходе регулятора 200.

На фиг.3 изображено сечение примера предлагаемого двухступенчатого поточного настраиваемого регулятора 300 для текучей среды. По существу регулятор 300 содержит первый ненастраиваемый регулятор 302, который находится в гидравлической последовательной связи с настраиваемым регулятором 304 второй ступени. Первый и второй регуляторы или ступени 302 и 304 встроены в корпус 306, имеющий входное отверстие 308 и выходные отверстия 310, 312 и 314. По меньшей мере одно выходное отверстие 310, 312 и 314 может быть использовано при необходимости для выполнения различных необходимых задач, а любые неиспользованные выходные отверстия 310, 312 и 314 могут быть заткнуты или закрыты или блокированы иным способом. Как описано в связи с настраиваемым регулятором 200, показанным на фиг.2, вторая ступень 304 обеспечивает настраиваемое выходное регулировочное давление посредством подвижной пластины 316 и регулировочного кольца 318. Таким образом, регулировочное кольцо 318 выполнено с возможностью резьбового взаимодействия с корпусом 306, так что вращение кольца 318 в одном направлении взывает перемещение пластины 316 к выходным отверстиям 310, 312 и 314 для сжатия пружины 320 и увеличения регулируемого выходного давления в выходных отверстиях 310, 312 и 314. Схожим образом вращение кольца 318 в другом направлении вызывает перемещение пластины 316 от выходных отверстий 310, 312 и 314 для уменьшения сжатия пружины 320 и уменьшения регулируемого выходного давления в выходных отверстиях 310, 312 и 314.

Несмотря на то, что настраиваемые поточные регуляторы 200 и 300 текучей среды, описанные и изображенные здесь, по существу имеют цилиндрическую форму, вместо нее может быть использована любая другая форма (формы). Например, корпуса могут иметь многоугольное (например, прямоугольное) поперечное сечение. К тому же, хотя механизмы регулировочного кольца, описанные здесь, предполагают непосредственную ручную настройку, вместо этого или дополнительно могут быть использованы любые различные механические и/или электромеханические настроечные приспособления, осуществляющие перемещение пластин 250 и 316 Например, с регулировочным кольцом может быть соединен (например, через шестерни и т.п.) небольшой электромотор с возможностью вращения кольца и регулировки положения пластин 250 и 316 при работе двигателя. Кроме того, в дополнение к регулировочным кольцам 250 и 316 может быть использовано по меньшей мере одно стопорное кольцо для обеспечения положения (положений) регулировочных колец 250 и 316, механически закрепленного или блокированного в заданном месте (например, противоположным прижатием стопорного кольца (колец) к регулировочному кольцу). Дополнительно, регулировочное и/или стопорные кольца могут содержать грани или другие средства для облегчения использования инструментов (например, ключей, плоскогубцев и т.д.) для поворота или вращения регулировочных колец.

Несмотря на то что здесь были описаны конкретные устройства, они не ограничивают объема защиты этого патента. Наоборот, этот патент охватывает все способы, устройства и продукты изготовления, безусловно попадающие в объем защиты, определенный приложенной формулой буквально или согласно доктрине эквивалентов.

Узел настраиваемого регулятора для текучей среды содержит корпус, имеющий входное отверстие для текучей среды и выходное отверстие для текучей среды. Узел настраиваемого регулятора также содержит первый регулятор для текучей среды, имеющий клапан для регулировки расхода текучей среды, протекающей от входного отверстия до выходного отверстия, поршень, соединенный с клапаном через шток и выполненный с возможностью восприятия давления, относящегося к выходному отверстию. Первый клапан текучей среды также содержит пружинную пластину, выполненную с возможностью перемещения вдоль продольной оси штока, пружину, расположенную между поршнем и пружинной пластиной, и регулировочный механизм, который взаимодействует с корпусом с возможностью перемещения пружинной пластины для изменения сжатия пружины и регулируемого давления на выходе регулятора для текучей среды. Технический результат - повышение контактности устройства. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Узел настраиваемого регулятора для текучей среды, содержащий:
корпус, имеющий входное отверстие для текучей среды и выходное отверстие для текучей среды; и
первый регулятор для текучей среды, содержащий:
клапан для регулировки расхода текучей среды от входного отверстия до выходного отверстия;
находящийся в корпусе поршень, соединенный с клапаном через шток и выполненный с возможностью восприятия давления, относящегося к выходному отверстию;
пружинную пластину, выполненную с возможностью перемещения относительно поршня вдоль продольной оси штока и имеющую выступ, способный скользить внутри отверстия, выполненного в корпусе для направления перемещения пружинной пластины;
пружину, расположенную между поршнем и пружинной пластиной;
регулировочный механизм, взаимодействующий с внешней поверхностью регулятора для текучей среды и выполненный с возможностью перемещения пружинной пластины с изменением сжатия пружины и, таким образом, изменением регулируемого давления на выходе регулятора, и
стопорное кольцо для блокирования регулировочного механизма в заданном месте.

2. Узел по п.1, в котором корпус содержит первую часть, взаимодействующую через резьбу со второй частью, при этом перемещение пружинной пластины к поршню и от поршня обеспечивает увеличение и уменьшение регулируемого давления на выходе регулятора соответственно.

3. Узел по п.1, в котором регулировочный механизм содержит кольцо, которое взаимодействует с корпусом и с указанным выступом, обеспечивая, при своем вращении, перемещение пружинной пластины вдоль продольной оси штока.

4. Узел по п.3, в котором кольцо взаимодействует с корпусом через резьбу.

5. Узел по п.1, дополнительно содержащий второй регулятор для текучей среды, находящийся в последовательной гидравлической связи с первым регулятором для текучей среды.

6. Узел по п.5, в котором первый и второй регуляторы для текучей среды формируют поточный регулятор для текучей среды.

7. Узел по п.5, в котором второй регулятор для текучей среды находится в гидравлической связи с входным отверстием и первым регулятором для текучей среды.

8. Узел по п.5, в котором для второго регулятора для текучей среды предварительно задано ненастраиваемое давление регулирования.

9. Узел по п.5, в котором первый и второй регуляторы для текучей среды встроены в корпус.

10. Узел настраиваемого регулятора для текучей среды, содержащий:
первый регулятор для текучей среды и второй регулятор для текучей среды, находящийся в гидравлической связи с первым регулятором для текучей среды, причем первый и второй регуляторы для текучей среды составляют поточный двухступенчатый регулятор для текучей среды, при этом первый регулятор содержит:
корпус, имеющий входное и выходное отверстия для текучей среды;
клапан для регулировки расхода текучей среды от входного отверстия до выходного отверстия;
находящийся в корпусе поршень, соединенный с клапаном через шток и выполненный с возможностью восприятия давления, относящегося к выходному отверстию;
пружинную пластину, выполненную с возможностью перемещения относительно поршня вдоль продольной оси штока и имеющую выступ, способный скользить внутри отверстия, выполненного в корпусе для направления перемещения пружинной пластины;
пружину, расположенную между поршнем и пружинной пластиной; и
регулировочный механизм для изменения регулируемого давления на выходе первого регулятора, обеспечивающий возможность настройки на месте производства работ для изменения степени сжатия пружины первого регулятора и содержащий кольцо, выполненное с возможностью вращения и резьбового взаимодействия с внешней поверхностью первого регулятора для обеспечения перемещения указанного кольца вдоль продольной оси корпуса, причем вращение кольца вызывает перемещение пружинной пластины для сжатия пружины или ее расширения.

11. Узел по п.10, в котором регулировочный механизм расположен между входным отверстием и выходным отверстием настраиваемого регулятора для текучей среды.

12. Узел по п.10, в котором каждый из первого и второго регуляторов для текучей среды содержит поршень и шток, соединенный с поршнем.

13. Узел по п.10, в котором каждый из первого и второго регуляторов для текучей среды содержит пружину для задания отрегулированного давления на выходе.

14. Узел по п.10, в котором первый и второй регуляторы для текучей среды расположены, по существу, в цилиндрическом корпусе.

15. Узел по п.10, в котором регулировочный механизм выполнен с возможностью ручной настройки.

16. Узел по п.10, в котором настраиваемый регулятор для текучей среды содержит входное отверстие и выходные отверстия.

17. Узел по п.10, в котором сжатие пружины соответствует необходимому отрегулированному давлению на выходе.