УСТРОЙСТВО НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С РЕГУЛЯТОРАМИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2016 года по МПК G01F1/00 

Этот патент претендует на приоритет предварительной патентной заявки США, серийный номер 61/408955, поданной 1 ноября 2010 г. под заголовком УСТРОЙСТВО НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С РЕГУЛЯТОРАМИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, которая включена сюда путем ссылки в полном объеме.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в основном, к регуляторам текучей среды и, более конкретно, к устройству направления потока для использования с регуляторами текучей среды.

Уровень техники

Регуляторы текучей среды обычно используются для снижения давления текучей среды и регулирования давления до практически постоянного значения. Конкретно, регулятор текучей среды имеет впускное отверстие, в которое обычно принимает текучую среду при относительно высоком давлении, и обеспечивает относительно более низкое установочное регулирующее давление на выпускном отверстии. Входное давление снижается до более низкого выходного давления путем ограничения потока через дроссель, чтобы поток практически соответствовал изменению в потреблении ниже по потоку. Например, регулятор газа, связанный с единицей оборудования (например, бойлером), может получать газ, имеющий относительно высокое и отчасти переменное давление от источника распределения газа, и может регулировать поток газа таким образом, чтобы газ имел более низкое, практически постоянное или регулирующее давление, подходящее для безопасного, эффективного использования оборудованием.

Регуляторы текучей среды часто классифицируют, исходя из способности регулятора текучей среды поддерживать выходное давление при установочном регулирующем давлении, когда на регулятор текучей среды действует перепад давления или скорости потока текучей среды в каком-либо диапазоне. Регулятор текучей среды, который отклоняется от установочного регулирующего давления, когда на регулятор текучей среды действует конкретный перепад давления, считается находящимся за пределами классификации или класса точности.

Отклонение от установочного регулирующего давления часто вызывается усилением или ослаблением характеристик потока регулятора текучей среды. Усиление и ослабление может существенно снизить точность и/или классификационную пропускную способность регулятора текучей среды.

Обычно регулятор текучей среды в исполнении с механизмом снижения усиления ограничивается классами точности, которые включают относительно низкие перепады давления, в то время как регулятор текучей среды в исполнении с механизмом снижения ослабления ограничивается классами точности, которые включают относительно высокие перепады давления. Таким образом, без регулирования обеих характеристик потока - усиления и ослабления - общая пропускная способность регулятора текучей среды не может быть максимизирована, поскольку регулятор текучей среды ограничен классом точности, при котором на точность регулятора текучей среды не воздействуют характеристики ни усиления, ни ослабления потока.

Раскрытие изобретения

В одном примере регулятор текучей среды включает корпус, имеющий перепускной канал, ограничивающий дроссель, который посредством текучей среды соединяет впускное отверстие и выпускное отверстие. Плунжер клапана, расположенный в перепускном канале, перемещается относительно седла клапана, смежного дросселю. Исполнительный механизм функционально присоединен к плунжеру клапана, и исполнительный механизм включает измерительную камеру, соединенную посредством текучей среды с выпускным отверстием перепускного канала. Исполнительный механизм перемещает плунжер клапана относительно седла клапана, управляя потоком текучей среды через дроссель между впускным отверстием и выпускным отверстием в ответ на давление рабочей текучей среды на входе. Элемент направления потока имеет узел снижения ослабления, чтобы направлять текучую среду, протекающую через дроссель, к выпускному отверстию перепускного клапана и от измерительной камеры исполнительного механизма при первом перепаде давления через дроссель и узел снижения усиления, чтобы направлять текучую среду, проходящую к измерительной камере исполнительного механизма при втором перепаде давления, где второй перепад давления больше, чем первый перепад давления.

В другом примере устройство направления потока включает корпус, имеющий полость и выступ, расположенный, по меньшей мере, около периферической части корпуса, смежной полости, где выступ предназначен для того, чтобы существенно снижать характеристики ослабления, когда рабочая текучая среда, проходящая через регулятор текучей среды, протекает через корпус при первой скорости. Корпус, имеющий, по меньшей мере, один порт, прилегающий к выступу, где, по меньшей мере, один порт предназначен для существенного снижения характеристик усиления, когда рабочая текучая среда, проходящая через регулятор текучей среды, протекает через корпус при второй скорости, которая больше, чем первая скорость.

Краткое описание чертежей

ФИГ.1 иллюстрирует известный автоматический регулятор текучей среды.

ФИГ.2 иллюстрирует частичный увеличенный поперечный разрез регулятора текучей среды, показанного на ФИГ.1, в исполнении с известным плунжером клапана.

ФИГ.3 иллюстрирует частичный увеличенный поперечный разрез регулятора текучей среды ФИГ.1, в исполнении с другим известным плунжером клапана.

ФИГ.4 иллюстрирует пример регулятора текучей среды с примером устройства направления потока, описанного здесь.

ФИГ.5 иллюстрирует пример устройства направления потока ФИГ.4.

ФИГ.6 иллюстрирует поперечный разрез примера устройства направления потока для ФИГ.4 и 5.

ФИГ.7 иллюстрирует вид снизу примера устройства направления потока ФИГ.4, 5 и 6.

ФИГ.8А иллюстрирует частичный увеличенный поперечный разрез примера регулятора текучей среды ФИГ.4.

ФИГ.8В иллюстрирует увеличенный вид части регулятора текучей среды ФИГ.4 и 8А.

ФИГ.9 и 10 иллюстрирует различные разрезы другого примера устройства направления потока текучей среды, описанного здесь.

ФИГ.11 иллюстрирует частичный, увеличенный разрез регулятора текучей среды, в исполнении с примером устройства направления потока текучей среды ФИГ.9 и 10.

ФИГ.12А-12Е иллюстрируют различные геометрии примера порта, которые можно использовать в исполнении примера устройства направления потока текучей среды из ФИГ.3-7, 8А, 8В, 9, 10 и 11.

Осуществление изобретения

Типовые регуляторы текучей среды, описанные здесь, регулируют поток текучей среды, чтобы поддерживать давление ниже по потоку в пределах допустимого и/или постоянного давления, исходя из установочного регулирующего давления. Кроме того, регуляторы текучей среды включают пример устройства направления потока, что существенно увеличивает пропускную способность и/или класс точности регуляторов текучей среды. В частности, пример устройства направления потока, описанный здесь, использует устройство снижения усиления и устройство снижения ослабления для управления обеими характеристиками усиления и ослабления регулятора текучей среды. Другими словами, устройство направления потока, описанное здесь, обеспечивает двойную функцию устройства направления потока, чтобы регулятор текучей среды мог достигать класса точности в более широком диапазоне перепадов давления чем, например, регулятор текучей среды, в исполнении с обычным устройством направления потока. Пример устройства направления потока, описанный здесь, управляет характеристиками ослабления потока, когда регулятор потока подвергается действию относительно низких входных давлений и также управляет характеристиками усиления потока, когда регулятор потока подвергается действию относительно высоких выходных давлений. Таким образом, пример устройства направления потока, описанный здесь, корректирует обе характеристики - характеристику усиления потока и характеристику ослабления потока и может значительно улучшить пропускную способность или класс точности регулятора текучей среды.

В частности пример устройства направления потока текучей среды, описанный здесь, включает узел снижения ослабления, чтобы отклонить или направить текучую среду, проходящую через дроссель, к выпускному отверстию перепускного канала и в сторону от измерительной камеры исполнительного механизма, когда перепад давления через дроссель является относительно низким и включает узел снижения усиления, чтобы отклонить или направить текучую среду, проходящую через дроссель к измерительной камере исполнительного механизма, когда перепад давления через дроссель является относительно высоким. Благодаря управлению обеими характеристиками усиления и ослабления потока путем направления потока текучей среды, пример регулятора текучей среды, описанный здесь, можно классифицировать для использования в относительно большем диапазоне перепадов давления.

Например, для применений с относительно низкими входными давлениями, пример устройства направления потока снижает ослабление потока (например, создает или увеличивает усиление), таким образом, повышая пропускную способность регулятора текучей среды для использования в применениях с низкими входными давлениями. Кроме того, для применений с относительно высокими входными давлениями устройство направления потока снижает усиление (например, создает или увеличивает ослабление потока), таким образом, увеличивая пропускную способность регулятора текучей среды для использования в применениях с высокими входными давлениями. В результате устройство направления потока обеспечивает двойную функцию устройства направления потока, которая в значительной степени управляет обеими характеристиками потока - усилением и ослаблением, таким образом, обеспечивая более точный регулятор текучей среды и улучшая способность регулятора текучей среды точно соответствовать потреблению ниже по потоку в большем диапазоне рабочих параметров.

Перед обсуждением деталей примера устройства направления потока рассмотрим описание известного автоматического регулятора текучей среды 100, показанного на ФИГ.1. Как показано на ФИГ.1, регулятор 100 включает исполнительный механизм 102, который соединен с регулирующим клапаном 104. Исполнительный механизм 102 включает мембрану 106, которая находится в корпусе исполнительного механизма 108, чтобы отделить камеру нагрузки 110 от измерительной камеры 112. Камера нагрузки 110 включает нагружающее устройство 114, такое как, например, регулирующая пружина 116, которая обеспечивает установочную или регулирующую нагрузку или давление первой стороне 118 мембраны 106. Обычно регулирующая нагрузка или давление, обеспечиваемое нагружающим устройством 114, соответствует желательному выходному давлению, которое должно быть обеспечено регулятором текучей среды 100.

Регулирующий клапан 104 включает корпус клапана 120, ограничивающий перепускной канал текучей среды 122 между впускным отверстием 124 и выпускным отверстием 126. Корпус клапана 120 присоединен к корпусу исполнительного механизма 108, так что горловина 128 корпуса клапана посредством текучей среды связана с измерительной камерой 112, в результате чего измерительная камера 112 может воспринимать давление текучей среды на выпускном отверстии 126 корпуса клапана 120. Плунжер клапана 130 расположен в перепускном канале 122 и перемещается относительно седла клапана 132, чтобы регулировать поток текучей среды через перепускной канал 122. Как показано, плунжер клапана 130 функционально присоединен к мембране 106 посредством рычажного механизма 134.

При работе мембрана 106 перемещает плунжер клапана 130 посредством рычажного механизма 134 в ответ на перепад давления на мембране 108, обеспечиваемый выходным давлением, воспринимаемым измерительной камерой 112 (через горловину 128), и установочным или регулирующим давлением, обеспечиваемым нагружающим устройством 114 (то есть усилие пружины обеспечивается регулирующей пружиной 116). Когда потребление ниже по потоку увеличивается, то потребность в потоке текучей среды ниже по потоку увеличивается и, давление ниже по потоку уменьшается. Измерительная камера 112 воспринимает давление на выпускном отверстии 126 через горловину 128. Давление, воспринимаемое измерительной камерой 112, которое меньше, чем регулирующее давление, обеспечиваемое нагружающим устройством 114 первой стороне 118 мембраны 108, приводит к перепаду давления на мембране 106, что заставляет мембрану 106 перемещаться в направлении измерительной камеры 112. В свою очередь, мембрана 108 вызывает движение плунжера клапана 130 в сторону от седла клапана 132, позволяя потоку текучей среды проходить через перепускной канал 122. Когда потребление ниже по потоку снижается, давление на выпускном отверстии 126 увеличивается и потребление потока текучей среды снижается. Выходное давление, воспринимаемое измерительной камерой 112 (т.е. через горловину 128), которое больше, чем регулирующее давление, обеспечиваемое нагружающим устройством 114, приводит к перепаду давления на мембране 106, что заставляет мембрану 106 перемещаться в направлении камеры нагрузки 110. В свою очередь, мембрана 106 вызывает движение плунжера клапана 130 к седлу клапана 132, чтобы ограничить или предотвратить поток текучей среды через перепускной канал 122.

Регулятор текучей среды 100 можно отнести к определенному классу по конкретной паспортной пропускной способности или по классу точности, основанной на способности регулятора текучей среды 100 поддерживать выходное давление на уровне установочного регулирующего давления, когда регулятор текучей среды 100 подвергается действию перепадов давления в каком-либо диапазоне и, следовательно, действию скоростей потока текучей среды. Когда регулятор текучей среды 100 обеспечивает выходное давление ниже по потоку, которое отклоняется от установочного регулирующего давления, когда регулятор текучей среды подвергается действию конкретного перепада давления, то регулятор текучей среды 100 больше не регулирует в рамках этого конкретного рабочего параметра и класс точности или пропускная способность является существенно нарушенной.

Отклонение от установочного регулирующего давления часто вызывается ослаблением и/или усилением характеристик потока, когда рабочая текучая среда проходит через регулятор текучей среды 100. В результате ослабление и усиление потока существенно воздействуют или нарушают класс точности и/или пропускную способность регулятора текучей среды.

Например, для низких входных давлений или низких перепадов давления регулятор 100 может демонстрировать ослабление, когда давление ниже по потоку падает слишком быстро (то есть, потребление ниже по потоку увеличивается, а давление ниже по потоку уменьшается) и текучая среда проходит перепускной канал 122 с относительно низкой скоростью. Как отмечено выше, регулятор текучей среды 100 перемещает плунжер клапана 130 относительно седла клапана 132, чтобы обеспечить через корпус клапана 120 поток текучей среды, который соответствует потреблению ниже по потоку, исходя из давления ниже по потоку, воспринимаемому измерительной камерой 112 и связанному с установочным давлением, обеспечиваемым регулирующей пружиной 116. Установочное регулирующее давление устанавливают для того, чтобы обеспечить желательное выходное давление (и минимальный расход текучей среды через перепускной канал 122), исходя из перепада давления текучей среды, проходящей через перепускной канал (например, исходя из известного или принятого входного давления).

Однако во время работы давление на впускном отверстии 124 может измениться ниже входного давления, используемого для определения установочного регулирующего давления. Из-за относительно низких входных давлений или относительно низких перепадов давления текучая среда проходит через дроссель 136 с относительно низкой скоростью. Однако, хотя исполнительный механизм 102 вынуждает плунжер клапана 130 перемещаться в сторону от седла клапана 132, когда давление ниже по потоку уменьшается (то есть потребление ниже по потоку увеличивается), исполнительный механизм 102 может не привести в движение плунжер клапана 120, чтобы тот открылся, или не переместить его достаточно далеко от седла клапана 132, чтобы соответствовать требуемому потреблению ниже по потоку, исходя из перепада давления, обеспечиваемого на мембране 106 входным давлением и установочным регулирующим давлением, когда текучая среда проходит через перепускной канал 122 при относительно низкой скорости. Другими словами, входные давления, которые ниже, чем входное давление, используемое для определения установочного регулирующего давления, может вызвать ослабление, поскольку поток текучей среды через перепускной канал 122 может быть недостаточным, чтобы соответствовать потреблению ниже по потоку.

Для высоких входных давлений или высоких перепадов давления регулятор 100 может создать усиление, когда давление ниже по потоку увеличивается (например, неожиданно повышается) и текучая среда проходит через перепускной канал 122 при относительно высокой скорости. Относительно высокая скорость потока текучей среды через перепускной канал 122 может привести к области или зоне низкого давления в горловине 128 по сравнению с давлением ниже по потоку. В результате измерительная камера 122 воспринимает более низкое давление (по сравнению с выходным давлением) и вынуждает регулятор 100 пропустить больше потока текучей среды к выпускному отверстию 126 (в отличие от перемещения плунжера 120 к седлу клапана 132). Другими словами, регулятор текучей среды 100 отклоняется от регулирующего давления.

Ослабление и/или усиление может создаваться или вызываться многими факторами, такими как, например, изменение усилия пружины регулирующей пружины 116, когда мембрана 106 перемещается к измерительной камере 112, колебания в зоне мембраны 106, когда мембрана 106 отклоняется или перемещается благодаря перепаду давления на мембране 106, размер дросселя 136 перепускного канала 122, входное давление рабочей текучей среды, перепад давления на дросселе 136, плунжер клапана 130 и т.д.

ФИГ.2 представляет увеличенный частичный разрез примера регулятора 100 ФИГ. 1, на котором показано прохождение текучей среды через перепускной канал 122, когда давление текучей среды на впускном отверстии 124 является относительно низким. Измерительная камера 112 воспринимает выходное давление посредством перепускного канала 122 (например, через зону горловины 128), когда текучая среда проходит через перепускной канал 122. Перепад давления на мембране 106 приводит к тому, что мембрана 106 вынуждает плунжер клапана 130 отойти от седла клапана 132, в результате чего поток текучей среды через перепускной канал 122 соответствует потреблению ниже по потоку, когда давление в измерительной камере 112 меньше, чем регулирующее давление, обеспечиваемое регулирующей пружиной 116.

Поскольку текучая среда на впускном отверстии 124 имеет относительно низкое давление, рабочая текучая среда проходит через перепускной канал 122 при относительно низкой скорости или с относительно низким импульсом. Как показано, текучая среда проходит вокруг плунжера клапана 130 в направлении 200 к измерительной камере 112, когда текучая среда 200 проходит к выпускному отверстию 126. Измерительная камера 122 воспринимает давление рабочей текучей среды через горловину 128, когда текучая среда движется между впускным отверстием 124 и выпускным отверстием 126. Регулятор текучей среды 100 перемещает плунжер клапана 130 относительно седла клапана 132, исходя из перепада давления на мембране 106 между давлением ниже по потоку и регулирующей пружиной 116. Однако во время работы давление на впускном отверстии 124 может изменяться и быть ниже входного давления, используемого для определения установочного регулирующего давления. При низких перепадах давления текучая среда проходит через перепускной канал 122 при относительно низкой скорости, и она может быть недостаточной, чтобы соответствовать потреблению потока текучей среды ниже по потоку, поскольку установочное регулирующее давление могло быть обеспечено или отрегулировано, исходя из более высокого входного давления.

Другими словами, хотя плунжер клапана 130 отходит от седла клапана 132, чтобы позволить текучей среде проходить через перепускной канал 122, исполнительный механизм 102 может не заставить плунжер клапана 120 открыться или отойти достаточно далеко от седла клапана 132, исходя из перепада давления, передаваемого мембране 106 выходным давлением и установочным регулирующим давлением, и расход текучей среды является недостаточным, чтобы соответствовать потреблению ниже по потоку, что приводит к ослаблению потока. В результате поток текучей среды через перепускной канал 122 является недостаточным, чтобы соответствовать потреблению ниже по потоку, таким образом, уменьшая пропускную способность или класс точности регулятора текучей среды 100 для использования в применениях с относительно низкими входными давлениями.

ФИГ.3 иллюстрирует пример регулятора текучей среды 100 в исполнении с плунжером клапана 300, который создает усиление, чтобы снизить эффекты ослабления (описанные выше в связи с ФИГ.2), когда регулятор текучей среды 100 используется в применениях, имеющих относительно низкие входные давления. Обратимся к ФИГ.3, где показано, что когда рабочая текучая среда проходит между впускным отверстием 124 и выпускным отверстием 126, плунжер клапана 300 направляет или отклоняет текучую среду в направлении 302 в сторону от измерительной камеры 112. В этом случае давление низкоскоростной текучей среды направлено от измерительной камеры 112 (например, от зоны горловины 128) и к выпускному отверстию 126. Таким образом, измерительная камера 112 воспринимает более низкое давление (слегка пониженное давление), чем давление ниже по потоку, и регулятор текучей среды 100 приводит в движение плунжер клапана 130, перемещая его дальше от седла клапана 134, что позволяет потоку текучей среды проходить через перепускной канал 122. Таким образом, плунжер клапана 300 приводит к увеличенному потоку текучей среды (то есть создает усиление) через перепускной канал 122, когда текучая среда, проходящая через дроссель 136, имеет относительно низкий перепад давления, благодаря тому, что позволяет регулятору текучей среды 100 переместиться в открытое положение, чтобы позволить текучей среде проходить через перепускной канал 122.

Однако при высоких перепадах давления или для применений, в которых давление на впускном отверстии 124 является относительно высоким, плунжер клапана 300 обеспечивает избыточное усиление (то есть поток текучей среды, который больше, чем потребление потока источником ниже по потоку), что может привести к тому, что давление на выпускном отверстии 126 отклонится от желательного установочного регулирующего давления, обеспечиваемого регулирующей пружиной 116. Например, для применений с относительно высоким входным давлением рабочая текучая среда проходит через перепускной канал 122 с относительно высокой скоростью или с относительно высоким импульсом. Когда потребление ниже по потоку уменьшается, выходное давление увеличивается, и потребление потока текучей среды уменьшается. Когда текучая среда проходит через дроссель 136 при относительно высоком расходе текучей среды, то плунжер клапана 300 направляет текучую среду в направлении 302 к выпускному отверстию 126 и в сторону от измерительной камеры 112. В свою очередь, измерительная камера 112 может воспринимать более низкое давление в горловине 128 по сравнению с давлением ниже по потоку на выпускном отверстии 126, поскольку текучая среда течет через перепускной канал 122 с относительно высокой скоростью и в сторону от измерительной камеры 112. В результате регулятор текучей среды 100 приводит в движение плунжер клапана 300, перемещая его от седла клапана 132 и позволяя большему количеству текучей среды проходить через перепускной канал 122, тем самым обеспечивая больший поток текучей среды ниже по потоку, чем требуется. В результате давление на выпускном отверстии 126 возрастает выше желательного или установочного регулирующего давления, обеспечиваемого регулирующей пружиной 116, тем самым нарушая точность регулятора текучей среды 100 для применений с относительно высокими входными давлениями.

Таким образом, компенсирующее или управляющее усиление для применений с относительно высокими давлениями часто приводит к избыточному ослаблению, когда регулятор 100 используют для применений с низкими давлениями. И наоборот, компенсирующее или управляющее ослабление для применений с относительно низкими давлениями часто приводит к избыточному усилению, когда регулятор 100 используют для применений с высокими давлениями. Таким образом, без управления обоими характеристиками - усилением и ослаблением -потока регулятором текучей среды 100, общая пропускная способность регулятора текучей среды 100 не может быть максимизирована. В результате регулятор текучей среды 100 обычно будет иметь пониженный класс точности и/или пропускную способность.

ФИГ.4 иллюстрирует пример регулятора текучей среды 400 в исполнении с описанным здесь примером устройства направления потока 402, который обеспечивает двойную функцию, чтобы существенно уменьшить избыточное ослабление, когда регулятор текучей среды 400 используется в применениях с низким входным давлением, и уменьшить избыточное усиление, когда регулятор текучей среды 400 используется в применениях с высоким входным давлением, тем самым существенно увеличивая класс точности и пропускную способность регулятора текучей среды 400.

Обратимся к ФИГ.4, где пример регулятора текучей среды 400 включает исполнительный механизм 404, который функционально присоединен к регулирующему клапану 406. Регулирующий клапан 406 включает корпус клапана 408, который ограничивает перепускной канал для потока текучей среды 410 между впускным отверстием 412 и выпускным отверстием 414. Впускное отверстие 412 может быть посредством текучей среды присоединено к распределительной системе (например, природной газораспределительной системе) выше по потоку от регулятора текучей среды 400, и выпускное отверстие 414 может быть посредством текучей среды присоединено к источнику потребления, такому как, например, бойлер ниже по потоку от регулятора текучей среды 400.

Седло клапана 416 смонтировано в перепускном канале 410 корпуса клапана 408 и ограничивает дроссель 418, через который текучая среда может проходить между впускным отверстием 412 и выпускным отверстием 414. Чтобы управлять потоком текучей среды через перепускной канал 410, клапан включает элемент управления потоком или плунжер клапана 420 (например, уплотнительное кольцо), который перемещается относительно седла клапана 416. Элемент управления потоком или плунжер клапана 420 (например, уплотнительное кольцо) присоединен к концу 422 штока 424 посредством крепежной детали 426 и включает уплотнительное кольцо 428, которое может быть изготовлено из эластомерного материала, которое герметично входит в зацепление с уплотнительной поверхностью седла клапана 416, когда шток 424 и плунжер клапана 420 двигаются к седлу клапана 416, чтобы ограничить или предотвратить поток текучей среды через перепускной канал 410. Как более подробно описано ниже в связи с ФИГ.5, устройство направления потока 402 присоединено к плунжеру клапана 420.

Исполнительный механизм 404 включает верхний кожух 432 и нижний кожух 434, который содержит мембранный узел 436. Мембранный узел 436 включает мембрану 438, зажатую между верхним кожухом 432 исполнительного механизма 404 и нижним кожухом 434 исполнительного механизма 404, так что первая сторона 440 мембраны 438 и верхний кожух 432 ограничивают камеру нагрузки 442 и вторая сторона 444 мембраны 438 и нижний кожух 434 ограничивают измерительную камеру 446. Рычаг 448 функционально присоединен к мембране 438 и плунжеру клапана 420 и присоединен ко второму концу 450 штока клапана 424. Рычаг 448 присоединен к мембране 438 посредством мембранной пластины 452 и узла стойки толкателя 454. Мембрана 438 перемещает плунжер клапана 420 (например, уплотнительное кольцо) относительно седла клапана 416 посредством рычага 448, чтобы управлять потоком текучей среды между впускным отверстием 412 и выпускным отверстием 414.

Нагружающий узел 456 расположен в камере нагрузки 442, которая настраивается, чтобы обеспечить регулирующее давление. В этом примере нагружающий узел 456 включает запорную пружину 458, расположенную между седлом настраиваемой пружины 460 и вторым седлом пружины 462 (например, часть корпуса мембранной пластины 452). Запорная пружина 458 обеспечивает установочную нагрузку или усилие (например, регулирующее давление ниже по потоку), которое смещает первую сторону 440 мембраны 438 к измерительной камере 446, чтобы переместить плунжер клапана 420 от седла клапана 416 (например, в открытое положение). Количество усилия, сообщаемое запорной пружиной 458, может быть отрегулировано (например, увеличено или уменьшено) через настраиваемое седло пружины 460.

Корпус клапана 408 присоединен к нижнему кожуху 434 исполнительного механизма 404, так что измерительная камера 446 связана по текучей среде с выпускным отверстием 414 посредством устья клапана или области горловины 464. А направляющая штока 466 выравнивает по одной оси шток клапана 424 и плунжер клапана 420, по меньшей мере, с чем-то одним из нижнего кожуха исполнительного механизма 434, корпуса клапана 408, или седла клапана 416. Направляющая штока 466 также включает, по меньшей мере, один перепускной канал 468, который по текучей среде соединяется с измерительной камерой 446, с областью горловины 464 и выпускным отверстием 414. Когда усилие, обеспечиваемое давлением текучей среды в измерительной камере 446, превышает усилие, обеспечиваемое регулирующей пружиной 458, то мембрана 438 перемещается к камере нагрузки 442 и заставляет плунжер клапана 420 перемещаться к седлу клапана 416, чтобы ограничить или предотвратить поток текучей среды через перепускной канал 410 (например, в закрытом положении).

При работе регулирование давления текучей среды и потока достигается путем управления потоком текучей среды через перепускной канал 410, чтобы поддерживать требуемое давление ниже по потоку на выпускном отверстии 414 для доставки количества текучей среды, потребляемого нагрузкой ниже по потоку (например, источником потребления). Исполнительный механизм 404 регулирует давление на выпускном отверстии 414 в соответствии с желательным выходным давлением, обеспечиваемым или устанавливаемым регулирующей пружиной 458. В частности, исполнительный механизм 404 перемещает плунжер клапана 420 относительно седла клапана 416, чтобы снизить относительно высокое входное давление до желательного более низкого выходного давления, исходя из установочного регулирующего давления, обеспечиваемого регулирующей пружиной 458. Таким образом, настройка регулирующей пружины 458 изменяет давление, чтобы обеспечить давление, которое должно быть на выпускном отверстии 414.

В частности, измерительная камера 446 воспринимает давление текучей среды в области горловины 464, которое обеспечивает усилие или давление второй стороне 444 мембраны 438, что противодействует усилию или давлению регулирующей пружины 458, передаваемому первой стороне 440 мембраны 438. Перепад давления на мембране 438, который не является в значительной степени равным или сбалансированным, заставляет мембрану 438 перемещать плунжер клапана 420 относительно седла клапана 416, чтобы управлять потоком текучей среды через перепускной канал 410, чтобы добиться в значительной степени постоянного более низкого выходного давления, которое соответствует установочному регулирующему давлению, обеспечиваемому регулирующей пружиной 458.

В частности, давление, передаваемое второй стороне 444 мембраны 438, которое меньше, чем давление, передаваемое первой стороне 440 мембраны 438, перемещает мембрану 438 в направлении измерительной камеры 446 и вынуждает плунжер клапана 420 отходить от седла клапана 416, чтобы позволить или увеличить поток текучей среды через перепускной канал 410. Давление, передаваемое второй стороне 444 мембраны 438, которое больше, чем давление, передаваемое первой стороне 440, вынуждает мембрану 438 перемещаться в направлении камеры нагрузки 442 и вынуждает плунжер клапана 420 перемещаться в направлении седла клапана 416, чтобы ограничить или предотвратить поток текучей среды через перепускной канал 410. Когда давление, воспринимаемое измерительной камерой 446, является практически равным регулирующему давлению, обеспечиваемому регулирующей пружиной 458, регулятор текучей среды 400 находится в сбалансированном состоянии и плунжер клапана 420 перемещается к седлу клапана 416, чтобы ограничить поток и обеспечить устойчивое состояние потока, равного потреблению текучей среды ниже по потоку.

ФИГ.5 иллюстрирует пример устройство направления потока 402, присоединенного к плунжеру клапана 420. Как показано на ФИГ.5, устройство направления потока 402 образует единое целое с плунжером клапана 420, как практически унитарная единица или структура. В частности, устройство направления потока 402 включает узел снижения ослабления 502 и узел снижения усиления 504. В некоторых примерах узел снижения усиления 504 находится между двумя или больше узлами снижения ослабления 502, а в других примерах узел снижения усиления 504 расположен рядом с узлом снижения ослабления 502.

Как показано на иллюстрированном примере ФИГ.5, плунжер клапана 420 включает цилиндрический корпус 506, имеющий полость 508, чтобы принимать уплотнительный элемент 428 (ФИГ.4). Корпус 506 также включает центральное отверстие 507, чтобы принимать шток клапана 424 (ФИГ.4). В этом примере узел снижения ослабления 502 включает выступ или стенку 510, выступающую из поверхности 512 корпуса 506, прилегающего к полости 508, и узел снижения усиления 504 включает, по меньшей мере, одно отверстие или порт 514, прилегающий к выступу 510, так что текучая среда может проходить между первой или внутренней стороной 516, смежной полости 508, и второй или внешней стороной 518 плунжера клапана 420. Как показано, выступ 510 простирается, по меньшей мере, приблизительно на часть периферического или кольцевого края 520 корпуса 506. Выступ 510 включает первую или переднюю поверхность 522, связанную с внутренней стороной 516, и вторую или внешнюю поверхность 524, связанную с внешней стороной 518, которые соединены концами поверхностей 526а и 526b.

Как показано, передняя поверхность 522 имеет вогнутую дугообразную изогнутую форму, и внешняя поверхность 524 имеет относительно выпуклую дугообразную или изогнутую форму. Радиус передней поверхности 522 и/или радиус внешней поверхности 524 может быть практически одинаковым или отличаться от радиуса корпуса 510. Таким образом, если рассматривать относительно плоскости (например, вертикальной плоскости), которая параллельна продольной оси 528 корпуса 506, то выступ 510 имеет треугольную или трапецеидальную форму поперечного сечения или профиль. Если рассматривать относительно плоскости (например, горизонтальной плоскости), которая практически перпендикулярна продольной оси 528, то выступ 510 имеет практически прямоугольную форму поперечного сечения или профиль, имеющую, по меньшей мере, одну изогнутую поверхность.

Кроме того, по меньшей мере, одна поверхность выступа 510 выступает из поверхности 512 корпуса 506 под углом (например, под углом от приблизительно 20 до 80 градусов) относительно продольной оси 528 корпуса 506. В частности, внутренняя поверхность 522 выступа 510 простирается в радиальном направлении наружу от продольной оси 528. Однако в других примерах поверхность 522 может простираться от поверхности 512 под любым желательным углом (например, под углом от 0 до 85 градусов) и/или может быть практически параллельной продольной оси 528. Дополнительно или альтернативно в других примерах выступ 510 может выступать из поверхности 512 между периферическим краем 520 корпуса 506 и полостью 508.

В примере ФИГ.5, узел снижения усиления 504 включает совокупность портов или отверстий 529, расположенных радиально относительно продольной оси 528. В частности, порты 529 расположены равномерно вокруг продольной оси 528 корпуса 506. Таким образом, порты 529 очерчивают совокупность выступающих участков 530, расположенных по всему периферическому краю 520 корпуса 506. Другими словами, как показано, плунжер клапана 420 включает первую поверхность, имеющую корончатый профиль или форму, прилегающую к внутренней стороне 516. В других примерах узел снижения усиления 504 может включать совокупность срезанных на конус или закругленных расширений, выступающих за полость 508 корпуса 506. В других примерах выступающие участки 530 могут быть унитарным элементом с несколькими вершинами, чтобы отклонять поток текучей среды от горловины 464 для применений высокоскоростного потока текучей среды и совокупностью углублений, чтобы направлять поток текучей среды к горловине 464 в применениях с низкоростными потоками текучей среды (например, практически зубчатый или изогнутый пилообразный профиль).

Как показано, порты 529 подают поток через каналы, так что текучая среда, проходящая через плунжер клапана 420, может течь между внутренней поверхностью 516 и внешней поверхностью 518 плунжера клапана 420. Таким образом, каждый порт из совокупности портов 529 находится между выступающими участками 530. Внутренняя поверхность 532 каждого выступающего участка 530 простирается в радиальном направлении наружу от продольной оси 528. В других примерах узел снижения ослабления 502 может быть выступом, который является унитарной единицей или структурой, вытянутой от поверхности 512 между периферическим краем 520 и полостью 508, и унитарный выступ включает, по меньшей мере, одно отверстие или порт, чтобы поток текучей среды мог проходить между первой и второй сторонами 516 и 518.

ФИГ.6 - это поперечный разрез примера плунжера клапана 420 и ФИГ. 7 - вид снизу примера плунжера клапана 420. Обратимся к ФИГ.6 и 7, где длина 602 и/или ширина 702 выступающих участков 530 и/или длина 604, и/или ширина 704 портов 529 может быть любой подходящей длиной или шириной. Размер и/или формы выступающих участков 530 и/или портов 529 могут быть изменены, чтобы регулировать ослабление в применениях для низкого входного давления и усилением в применениях для высокого входного давления. Например, выступающие участки 530, имеющие большие по величине ширины 702 и/или длины 604, направляют больше потока текучей среды к выпускному отверстию 414 (ФИГ.4) корпуса клапана 408 (ФИГ.4), в то время как выступающие участки 530, имеющие меньшие ширины 702 и/или длины 602, направляют меньше потока текучей среды к выпускному отверстию 414 корпуса клапана 408. Аналогично, конфигурирование портов 529 так, чтобы отверстия 704 были относительно большего размера, позволяет проходить большему количеству текучей среды между первой и второй сторонами 516 и 518, в то время как уменьшение размера отверстия 704 совокупности портов 529 уменьшает поток текучей среды между первой и второй сторонами 516 и 518.

Также, как более четко показано при ориентации устройства на ФИГ.7, порты 529 имеют практически прямоугольные формы поперечного сечения или профили. Кроме того, каждый из выступающих участков 530 имеет форму поперечного сечения или профиль, который включает две изогнутые поверхности 706 и 708, соединенные двумя практическими параллельными или прямыми краями 710. Также каждый из выступающих участков 530 имеет треугольную или трапецеидальную форму поперечного сечения, если рассматривать их по линии 7-7 (то есть вдоль продольной плоскости). Однако, как более подробно описано ниже в связи с ФИГ.12А-12Е, совокупность портов 529 и/или совокупность выступов 530 может включать любые подходящие формы поперечного сечения и/или профили.

ФИГ.8А иллюстрирует увеличенный частичный поперечный разрез примера регулятора текучей среды 400 из ФИГ.4. ФИГ.8В иллюстрирует увеличенную часть примера регулятора текучей среды 400 из ФИГ.8А. Обратимся к ФИГ.4-7, 8А и 8В, где при работе регулятор текучей среды 400 регулирует относительно высокое входное давление до более низкого, желательного выходного давления, которое соответствует регулирующему давлению, обеспечиваемому регулирующей пружиной 458.

Когда потребление ниже по потоку увеличивается, давление на выпускном отверстии 414 уменьшается и потребление ниже по потоку увеличивается. Если входное давление и/или перепад давления на дросселе 418 являются относительно низкими (например, первое входное давление), то текучая среда проходит через перепускной канал 422 с относительно низкой скоростью или импульсом. Узел снижения ослабления 502 или выступ 510 направляет поток текучей среды в направлении 802 от горловины 464 и, тем самым, от измерительной камеры 446, чтобы регулировать ослабление регулятора текучей среды 400, когда, например, возникает неожиданное увеличение потребления ниже по потоку. В отличие от плунжера клапана 130 на ФИГ.2, узел снижения ослабления 502 или выступ 510 направляет текучую среду от области горловины 464 и, тем самым, от измерительной камеры 446, так что измерительная камера 446 воспринимает относительно более низкое давление в перепускном канале 410, по сравнению с давлением ниже по потоку. Таким образом, регулятор текучей среды 400 обеспечивает увеличенный поток текучей среды через перепускной канал 410, когда поток текучей среды проходит через перепускной канал 410 при первой или относительной низкой скорости. Таким образом, выступ 510 снижает ослабление, когда текучая среда проходит через дроссель 418 и через перепускной канал 410 при относительно низком перепаде давления.

Когда потребление ниже по потоку уменьшается, давление на выпускном отверстии 414 возрастает, а потребление потока ниже по потоку снижается. Если входное давление и/или перепад давления на дросселе 418 являются относительно высокими, то текучая среда проходит через перепускной канал 410 при относительно высокой скорости или импульсе. Из-за того, что текучая среда проходит через перепускной канал 410 с относительно высокой скоростью или импульсом, высокая скорость потока текучей среды может создать зону пониженного давления в горловине 464. В свою очередь, измерительная камера 446 может воспринимать давление в перепускном канале 410, которое является относительно ниже, чем фактическое давление ниже по потоку, поскольку узел снижения ослабления 502 или выступ 510 отклоняет высокоскоростную текучую среду в направление 802 к выпускному отверстию 414. В отличие от плунжера клапана 300 на ФИГ.3, узел снижения усиления 504 или порт 512 направляют высокоскоростную текучую среду в направление 804 к горловине 464, так что измерительная камера 446 не воспринимает давление на выпускном отверстии 414, которое ниже, чем давление ниже по потоку, когда текучая среда проходит через перепускной канал 410 при относительно высокой скорости и, например, происходит внезапное снижение в потреблении. Таким образом, узел снижения ослабления 504 направляет низкоскоростную текучую среду к выпускному отверстию 414 перепускного канала 410 и от измерительной камеры 446 (например, от горловины 464) регулятора текучей среды 400, когда поток текучей среды на дросселе 418 имеет относительно низкий перепад давления, и узел снижения усиления 504 направляет высокоскоростную текучую среду к измерительной камере 446 (то есть к горловине 464) регулятора текучей среды 400, когда поток текучей среды на дросселе 418 имеет относительно высокий перепад давления. В отличие от плунжеров клапана на ФИГ.2 и 3, плунжер клапана 420 включает двойную функцию устройства направления потока 402, которое регулирует и ослабление, и усиление регулятора текучей среды 400, когда регулятор текучей среды испытывает первый перепад давления на дросселе 418 и второй перепад давления на дросселе 418, где второй перепад давления больше, чем первый перепад давления.

Другими словами устройство направления потока текучей среды 402 обеспечивает двойную функцию путем снижения ослабления, когда регулятор текучей среды 400 подвергается действию низких входных давлений или низкой скорости потоков текучей среды (например, относительно низкому перепаду давления), и снижения усиления, когда регулятор текучей среды 400 подвергается действию высоких входных давлений (например, относительно более высокому перепаду давления). В результате устройство направления потока 402 значительно увеличивает точность регулятора текучей среды 400 и максимизирует пропускную способность регулятора текучей среды 400. Таким образом, регулятор текучей среды 400 может быть классифицирован для использования как регулятор с большего класса точности, чем, например, регулятор текучей среды 100 на ФИГ.1-3.

Кроме того, или альтернативно, как указано выше, размер и/или профиль (длины 602, 604 и/или ширины 702, 704, соответственно, выступа 510 и порта 512) узла снижения ослабления 502 и/или узла снижения усиления 504 могут изменяться, чтобы пропускать больше текучей среды к измерительной камере 446, когда текучая среда протекает через дроссель 418 при относительно высоком перепаде давления, или пропускать меньше текучей среды к измерительной камере 446, когда текучая среда протекает через дроссель 418 при относительно низком перепаде давления.

ФИГ.9 иллюстрирует другое устройство регулирования потока 900 в исполнении с другим примером устройства направления потока 902, описанного здесь. Как показано на ФИГ.9, устройство направления потока 900 образует единое целое с плунжером клапана или уплотнительным кольцом 904. В частности, устройство направления потока 900 включает узел снижения ослабления 906 и узел снижения усиления 908. Плунжер клапана 904 снижает ослабление (например, путем создания усиления) при низких входных давлениях или низких перепадах давления и снижает усиление (например, путем создания ослабления) при высоких входных давлениях или относительно высоких перепадах давления. В частности, пример устройства направления потока 902 на ФИГ.9 можно использовать в технологических применениях, имеющих оба случая - низкие перепады давления или низкие входные давления и высокие перепады давления или высокие входные давления.

В иллюстрированном примере на ФИГ.9, плунжер клапана 904 включает цилиндрический корпус 910, имеющий центральное отверстие 911 и полость 912, чтобы принимать элемент уплотнения (например, элемент уплотнения 428 на ФИГ.4). Узел снижения ослабления 906 простирается от поверхности 914 корпуса 910 вдоль, по меньшей мере, круговой части или края 916 корпуса 910. В этом примере узел снижения усиления 908 расположен между противоположными концами 918а и 918b узла снижения ослабления 906. Как описано более подробно ниже, по меньшей мере, часть узла снижения усиления должна быть направлена к выпускному отверстию корпуса клапана, когда плунжер клапана 904 расположен в корпусе клапана.

Как показано, узел снижения ослабления 906 включает выступ или стенку 920, выступающую из поверхности 914 корпуса 910, прилегающего к полости 912 и вдоль частичной окружности корпуса 910. Узел снижения усиления 906 включает, по меньшей мере, один проход 922, расположенный между противоположными концами 918а и 918b выступа 920. Как показано, выступ 920 простирается над значительно большей частью (например, от приблизительно 60 до 80%) окружности корпуса 910 и проход 922 расположен над меньшей частью (например, от приблизительно 20 до 40%) окружности корпуса 910. Однако, в других примерах выступ 920 может быть расположен над меньшей частью или равной частью окружности корпуса 910 по сравнению с проходом 922.

Дополнительно, устройство направления потока 902 может включать совокупность портов 924, чтобы ограничить или образовать совокупность выступающих участков 926, радиально расположенных вокруг, по меньшей мере, части корпуса 910. Таким образом, в этом примере текучая среда может проходить между внутренней поверхностью 928 плунжера клапана 904 (или выступа 920) и внешней поверхностью 930 плунжера клапана 904 (или выступа 920) через проход 922 и/или порты 924, расположенные вокруг, по меньшей мере, части корпуса 910. В примере на ФИГ.9 порты 924 расположены радиально относительно продольной оси 932. В частности, порты 924 расположены равномерно вокруг продольной оси 932 корпуса 910. Множество выступающих участков 926 также расположены равномерно относительно продольной оси 932. Другими словами, как показано, плунжер клапана 904 с частично корончатым профилем или формой является смежным проходу 922. В других примерах узел снижения ослабления 908 может включать совокупность срезанных на конус или закругленных расширений, выступающих за полость 912 корпуса 910. В других примерах выступающие участки 926 могут быть унитарным элементом с несколькими вершинами, чтобы отклонять поток текучей среды от горловины 464 для применений с высокоскоростным потоком текучей среды, и совокупность углублений, чтобы направлять поток текучей среды к горловине 464 в применениях с низкоростными потоками текучей среды (например, практически зубчатый или изогнутый пилообразный профиль).

В других примерах выступ 920 не выполнен с совокупностью портов 924. Вместо этого плунжер клапана 904 включает монолитный или практически однородный выступ, который простирается из поверхности 914 корпуса 910 между периферическим краем 916 и полостью 912. Кроме того, практически однородный выступ простирается вокруг только части корпуса 910.

Дополнительно, по меньшей мере, одна поверхность 934 выступа 920 выступает из поверхности 914 под углом или в радиальном направлении наружу (например, под углом от приблизительно 10 до 80 градусов) относительно продольной оси 932 корпуса 910. Однако, в других примерах поверхность 934 может простираться от поверхности 914 под любым желательным углом (например, под углом от 0 до 85 градусов) или может быть практически параллельной продольной оси 932. Дополнительно выступ 920 может выступать из поверхности 914 между периферическим краем 916 корпуса 910 и полостью 912.

Кроме того, размер (например, ширина и/или длина) и/или форма выступа 920 или выступающих частей 926, прохода 922 и/или портов 924 могут быть любой подходящей формы, длины или ширины. Размер и/или формы выступа 920, выступающих участков 926, прохода 922 и/или портов 924 могут варьировать, чтобы уравновесить регулирование ослабления и/или усиления регулятора текучей среды. Например, выступающие участки 926, имеющие большие по величине ширины и/или длины, создают меньше ослабления (то есть, направляют больше потока текучей среды к выпускному отверстию корпуса клапана), в то время как выступающие участки 926, имеющие меньшие ширины и/или длины, создают больше ослабления (то есть, направляют меньше потока текучей среды к выпускному отверстию корпуса клапана). Аналогично, обеспечение портами 924 с отверстиями относительно большего размера увеличивает поток текучей среды между первой и второй сторонами 928 и 930, в то время как уменьшение размера портов 924 уменьшает поток текучей среды между первой и второй сторонами 928 и 930. Аналогично, обеспечение проходом большего размера 922 создает больше усиления и снижает ослабление, а уменьшение размера прохода 922 создает меньше усиления и увеличивает ослабление.

ФИГ.10 - частичный вид разреза сверху примера элемента регулирования потока 900 из ФИГ.9 и 10. Обратимся к ФИГ.10, где шток клапана 1004 присоединен к корпусу 910 посредством центрального отверстия 911 и штифта 1006. Как более четко показано на ФИГ.10, размер или щель 1008 прохода 922 существенно больше, чем размер или щель 1010 совокупности портов 924. Кроме того, порты 924 имеют практически прямоугольные формы поперечного сечения или профили. Кроме того, каждый из элементов портов 926 имеет форму поперечного сечения или профиль, который включает две изогнутые поверхности 1012 и 1014, соединенные посредством двух практически параллельных или прямых краев 1016. Также, каждый из выступающих участков 926 имеет треугольную или трапецеидальную форму поперечного сечения при рассмотрении вдоль продольной плоскости. Однако, как будет подробно описано ниже в связи с ФИГ.12А-12Е, порты 924 и/или выступающие участки 926 могут включать любые другие подходящие формы поперечного сечения и/или профили.

ФИГ.11 - частичный увеличенный разрез регулятора текучей среды 1100 в исполнении с устройством управления потоком текучей среды 900 на ФИГ.9. Те компоненты регулятора текучей среды 1100, которые являются в значительной степени аналогичными или идентичными регулятору текучей среды 400, описанного выше, и которые имеют функции, в значительной степени аналогичные или идентичные функциям тех компонентов, не будут снова подробно описаны ниже. Вместо этого мы будем отсылать заинтересованного читателя к соответствующим описаниям выше.

Как отмечено выше, пример устройства управления потоком 900 имеет преимущество для использования в применениях с высоким перепадом давления или с потоками текучей среды, имеющими относительно высокую скорость через перепускной канал 410. Когда плунжер клапана 904 расположен в корпусе клапана 408, проход 922 направлен к выпускному отверстию 414. При работе, когда потребление ниже по потоку увеличивается, давление на выходе уменьшается, а потребление потока текучей среды ниже по потоку увеличивается, вынуждая регулятор текучей среды 1100 перемещаться в открытое положение, чтобы позволить потоку текучей среды проходить через перепускной канал 410. Рабочая текучая среда течет с относительно высокой скоростью через дроссель 418 между впускным отверстием 412 и выпускным отверстием 414.

Узел снижения ослабления 906 или выступающие участки 926 направляют или отклоняют текучую среду в направлении 1102 в сторону от горловины 464 и, тем самым, от измерительной камеры 446 (ФИГ.4) (то есть измерительная камера 446 не испытывает действие давления высокоскоростной текучей среды) и узел снижения усиления 908 или проход 922 направляет текучую среду в направлении 1104 к измерительной камере 446 (то есть измерительная камера 446 подвергается действию давления высокоскоростной текучей среды, проходящей через перепускной канал 410). Кроме того, проход 922 направлен к выпускному отверстию 414, что позволяет потоку текучей среды проходить в направлении 1102 к горловине 464.

Кроме того, порты 924 позволяют текучей среде проходить между внутренней поверхностью 928 плунжера клапана 904 и внешней поверхностью 930 плунжера клапана 904, чтобы подвергнуть измерительную камеру 446 действию давления высокоскоростной текучей среды, проходящей через перепускной канал 410. В результате устройство направления потока 902 увеличивает или создает ослабление посредством прохода 922 и/или портов 924, чтобы уменьшить усиление, когда текучая среда проходит через перепускной канал 410 при относительно высокой скорости, и устройство направления потока 902 увеличивает ослабление посредством выступающих участков 926, чтобы снизить ослабление, когда текучая среда проходит через перепускной канал 410 при относительно низкой скорости. Таким образом, устройство направления потока 902 уравновешивает или управляет усилением путем создания ослабления и управляет ослаблением путем создания усиления, так что регулятор текучей среды 1100 можно использовать с применениями, имеющими как высокие входные давления, так и низкие входные давления. В результате регулятор текучей среды 1100 можно классифицировать для использования с повышенным классом точности, таким образом, значительно улучшая пропускную способность регулятора текучей среды 1100.

ФИГ.12А-12Е иллюстрируют различные геометрии, которые можно использовать для исполнения узлов снижения ослабления 502, 906 и/или узлов снижения усиления 504, 908 соответствующего устройства направления потока 402 и 902. В частности, любая одна из форм поперечного сечения или профилей выступающих участков 510, 906 и/или портов 514, 924 соответствующего устройства направления потока 402 и 902 может быть исполнена с любой формой или профилем таким как, например, профили, показанные на ФИГ.12А-12Е, или их комбинацией.

Как показано на ФИГ.12А, порт 1202 ограничивает поток текучей среды, когда текучая среда протекает через порт 1202 между внутренней поверхностью 1204 устройства направления потока 1206 и внешней поверхностью 1208 устройства направления потока 1206. Как показано, порт 1202 находится между выступающими участками 1210 и 1212. Как показано, порт 1202 включает проход 1214, прилегающий к внутренней поверхности 1204, который сужается к проходу 1216, прилегающему к внешней поверхности 1208, где проход 1214, прилегающий к внутренней поверхности 1204, больше, чем проход 1216, прилегающий к внешней поверхности 1208 (например, проход 1214 шире, чем проход 1216).

Как показано на ФИГ.12В, порт 1218, расположенный между выступающими участками 1220 и 1222 устройства направления потока 1224 увеличивает поток текучей среды через порт 1218 между внутренней поверхностью 1226 устройства направления потока 1224 и внешней поверхностью 1228 устройства направления потока 1224. Как показано, порт 1220 включает проход 1230, прилегающий к внутренней поверхности 1226, который простирается к проходу 1232, прилегающему к внешней поверхности 1228, где проход 1230, прилегающий к внутренней поверхности 1226, меньше, чем проход 1232, прилегающий к внешней поверхности 1228 (например, проход 1232 шире, чем проход 1230).

ФИГ.12С иллюстрирует порт 1234, расположенный между выступающими участками 1236 и 1238 устройства направления потока 1240, который включает нестандартную форму, так что порт 1234 направляет текучую среду, проходящую через порт 1234 между внутренней поверхностью 1242 и внешней поверхностью 1244 устройства направления потока 1240, по разным направлениям. Например, порт 1238 имеет зубчатый, или зигзагообразный профиль, или форму поперечного сечения.

ФИГ.12D иллюстрирует порт 1246 устройства направления потока 1248, расположенный между выступающими участками 1250 и 1252 и имеющий дугообразную форму поверхности 1254 между проходом 1256, прилегающим к внутренней поверхности 1258, и проходом 1260, прилегающим к внешней поверхности 1262.

ФИГ.12Е иллюстрирует порт 1264, расположенный между выступающими участками 1266 и 1268 устройства направления потока 1270, имеющий наклоненный под углом проход 1272, так что текучая среда, протекающая через порт 1264, проходит от внутренней поверхности 1274 устройства направления потока 1270 к внешней поверхности 1276 под углом относительно продольной оси (например, продольной оси 528) устройства направления потока 1270.

Пример устройства направления потока 402 и 900, описанный выше, может быть изготовлен из пластика, металла или любого другого подходящего материала. Кроме того, пример устройства направления потока 402 и 900 может быть изготовлен в промышленном масштабе как унитарная единица или структура, например, путем литья под давлением, механической обработки или любым другим подходящим промышленным способом(-ами).

Хотя здесь описан конкретный пример устройства, масштаб охвата этого патента не ограничивается им. Напротив, этот патент охватывает все устройства и изделия промышленного производства, в достаточной степени попадающие в объем прилагаемой формулы изобретения или буквально, или в соответствии с теорией эквивалентов.

Изобретение относится к устройству направления потока для использования с регуляторами текучей среды. Регулятор текучей среды включает корпус, имеющий перепускной канал, ограничивающий дроссель, который по текучей среде соединяется с впускным отверстием и выпускным отверстием. Плунжер клапана, расположенный в перепускном канале, перемещается относительно седла клапана, прилегающего к дросселю. Исполнительный механизм функционально присоединен к плунжеру клапана, и исполнительный механизм включает измерительную камеру по текучей среде, соединенную с выпускным отверстием перепускного канала. Исполнительный механизм перемещает плунжер клапана относительно седла клапана, чтобы регулировать поток текучей среды через дроссель между впускным отверстием и выпускным отверстием в ответ на давление рабочей текучей среды на выходе. Элемент направления потока присоединен к плунжеру клапана. Элемент направления потока имеет узел снижения ослабления, чтобы направлять текучую среду, проходящую через дроссель, к выпускному отверстию перепускного канала и от измерительной камеры исполнительного механизма при первом перепаде давления на дросселе и узел снижения усиления, чтобы направлять текучую среду, проходящую к измерительной камере исполнительного механизма при втором перепаде давления, где второй перепад давления больше, чем первый перепад давления. Технический результат - улучшение пропускной способности или класса точности регулятора текучей среды, осуществление корректировки как характеристики усиления потока, так и характеристики ослабления потока. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Регулятор текучей среды, включающий:
корпус, имеющий перепускной канал, ограничивающий дроссель, который по текучей среде соединяется с впускным отверстием и выпускным отверстием;
плунжер клапана, расположенный в перепускном канале, который перемещается относительно седла клапана, прилегающего к дросселю;
исполнительный механизм, функционально присоединенный к плунжеру клапана и включающий измерительную камеру, по текучей среде связанную с выпускным отверстием перепускного канала, при этом исполнительный механизм перемещает плунжер клапана относительно седла клапана для регулирования потока текучей среды через дроссель между впускным отверстием и выпускным отверстием в ответ на давление рабочей текучей среды на выходе; и
элемент направления потока, присоединенный к плунжеру клапана и имеющий узел снижения ослабления, чтобы направлять текучую среду, протекающую через дроссель, в направлении выпускного отверстия перепускного канала и от измерительной камеры исполнительного механизма, когда регулятор текучей среды испытывает первый перепад давления на дросселе, и узел снижения усиления, чтобы направлять текучую среду, протекающую через дроссель, в направлении измерительной камеры исполнительного механизма, когда регулятор текучей среды испытывает второй перепад давления на дросселе, больший, чем первый.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что элемент направления потока образует единое целое с плунжером клапана.

3. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что узел снижения ослабления включает выступ, выступающий из плунжера клапана, а узел снижения усиления включает, по меньшей мере, один порт через выступающий участок.

4. Регулятор по п. 3, отличающийся тем, что внутренняя поверхность выступа простирается в радиальном направлении наружу относительно продольной оси плунжера клапана.

5. Регулятор по п. 3, отличающийся тем, что выступ простирается над всем периферическим краем плунжера клапана.

6. Регулятор по п. 3, отличающийся тем, что выступ расположен рядом с полостью плунжера клапана.

7. Регулятор по п. 3, отличающийся тем, что выступ выступает из плунжера клапана между внешним периферическим краем плунжера клапана и полостью.

8. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что узел снижения усиления включает совокупность портов и узел снижения ослабления включает совокупность выступов.

9. Регулятор по п. 8, отличающийся тем, что порты в совокупности расположены в радиальном направлении относительно продольной оси плунжера клапана.

10. Регулятор по п. 8, отличающийся тем, что порты в совокупности равномерно расположены вокруг продольной оси плунжера клапана.

11. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что узел снижения ослабления включает выступ, простирающийся вокруг, по меньшей мере, круговой части плунжера клапана, и узел снижения усиления включает, по меньшей мере, один проход, прилегающий к выступу и направленный к выпускному отверстию перепускного канала.

12. Регулятор по п. 11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один проход расположен между противоположными концами выступа.

13. Регулятор по п. 11, отличающийся тем, что узел снижения усиления дополнительно включает совокупность портов, расположенных через выступ и разнесенных радиально вокруг продольной оси плунжера клапана.

14. Регулятор по п. 13, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один проход обеспечивает больший по размеру проход, чем первый порт совокупности портов.

15. Устройство направления потока для использования с регулятором текучей среды, включающее:
корпус, имеющий полость;
выступ, расположенный вокруг, по меньшей мере, круговой части корпуса, прилегающей к полости, и предназначенный для существенного снижения характеристик ослабления и для направления рабочей текучей среды, протекающей через регулятор текучей среды, к выпускному отверстию регулятора текучей среды и от измерительной камеры регулятора текучей среды, когда рабочая текучая среда проходит по всему корпусу с первой скоростью; и
по меньшей мере, один порт, прилегающий к выступу, при этом, по меньшей мере, один порт предназначен для существенного снижения характеристик усиления и для направления рабочей текучей среды к измерительной камере регулятора текучей среды, когда рабочая текучая среда проходит по всему корпусу со второй скоростью, большей, чем первая скорость.

16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что выступ простирается вокруг всей окружности корпуса.

17. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что дополнительно включает совокупность портов, простирающихся через выступ для ограничения совокупности выступающих участков, разнесенных по окружности вокруг продольной оси корпуса.

18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что порты разнесены радиально вокруг продольной оси корпуса.

19. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что выступ вытянут вокруг первой части периферического края корпуса и, по меньшей мере, один проход вытянут вокруг второй части периферического края корпуса.

20. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что выступ дополнительно включает совокупность портов через участок выступа, прилегающего, по меньшей мере, к одному проходу, при этом порты ограничивают совокупность выступающих участков, разнесенных по окружности вокруг части корпуса, связанной с продольной осью.

21. Устройство направления потока для использования с регуляторами текучей среды, включающее:
средство для регулирования потока текучей среды через дроссель регулятора текучей среды, включающее:
первое средство для направления текучей среды, протекающей через дроссель и по всему устройству направления потока, к выпускному отверстию перепускного канала и от измерительной камеры исполнительного механизма при первом перепаде давления на дросселе, при этом первое средство для направления текучей среды расположено вокруг, по меньшей мере, периферической части средства для регулирования потока текучей среды через дроссель; и
второе средство для направления текучей среды, протекающей через дроссель, к измерительной камере исполнительного механизма при втором перепаде давления, где второй перепад давления больше, чем первый перепад давления, и где второе средство для направления текучей среды включает, по меньшей мере, один проход, прилегающий к первому средству для направления потока текучей среды.