УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК F16K47/08 

Настоящая заявка является частичным продолжением патентной заявки США №12/882,549, поданной 15 сентября 2010 и поименованной "Объемный бустер со стабилизированным дросселем", которая полностью включена в настоящую заявку посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам управления расходом текучей среды и более конкретно к объемным бустерам для улучшения рабочих характеристик регулирующего клапана в системах управления расходом текучей среды.

Уровень техники

Известны системы управления расходом текучей среды, такой как сжатый воздух, природный газ, нефть, пропан или тому подобное. Такие системы часто содержат по меньшей мере один регулирующий клапан для управления различными параметрами расхода текучей среды. Типичные регулирующие клапаны содержат регулирующий элемент, такой как затвор клапана, например, расположенный с возможностью перемещения в пути потока для управления расходом текучей среды. Положением такого регулирующего элемента может управлять позиционер посредством пневматического привода, такого как известный поршневой привод или мембранный привод. Известные позиционеры подают приводу пневматические сигналы посредством питающей текучей среды с командами на выполнение, например, рабочего хода регулирующего элемента регулирующего клапана между открытым и закрытым положениями. Скорость, с которой регулирующий клапан может выполнить рабочий ход, частично зависит от размера привода и расхода питающей текучей среды, содержащейся в пневматическом сигнале. Например, большие приводы/регулирующие клапаны обычно занимают больше времени для выполнения рабочего хода, если используется позиционер, имеющий равный выходной поток.

Таким образом, в указанных системах дополнительно используется по меньшей мере один объемный бустер, расположенный между позиционером и приводом. Объемные бустеры используются для увеличения объема питающей текучей среды относительно пневматического сигнала, переданного от позиционера, и таким образом увеличения скорости, с которой привод выполняет рабочий ход регулирующего элемента регулирующего клапана. В частности, следует понимать, что объемный бустер соединен между источником рабочей текучей среды и приводом клапана. Использование пневматического дросселирования в объемном бустере обеспечивает возможность присутствия более значительных изменений входного сигнала на входной мембране бустера по сравнению с приводом. Большое быстрое изменение входного сигнала вызывает перепад давлений между входом и выходом бустера. При таких изменениях мембрана бустера перемещается и открывает либо питающее отверстие, либо выпускное отверстие, в зависимости от того, какое действие должно привести к уменьшению перепада давлений. Отверстие остается открытым, пока разность между давлениями на входе и на выходе бустера не возвратится в пределы заданных порогов бустера. Регулировочное устройство бустера может быть использовано для достижения устойчивого режима работы; (т.е., когда сигналы, имеющие небольшую величину и изменение скорости, проходят через объемный бустер в привод, не инициируя работу бустера).

Однако, конструкции известных бустеров являются восприимчивыми к вызванному потоком шуму. Общеизвестно, что высокоскоростные потоки текучей среды генерируют шум, возникающий при струйном или другом высококонцентрированном взаимодействии потока текучей среды, протекающей в трубопроводе или выходящей из рабочего отверстия. Такие устройства могут быть оснащены шумоподавителями для существенного уменьшения указанного генерируемого шума. Однако, такие шумоподавители обычно расположены рядом с точкой выхода текучей среды и непосредственно ниже указанной точки по течению потока. Такая конфигурация может быть неблагоприятной. Например, расположение шумоподавителя технологически ниже объемного бустера может вызвать реверс давления на мембранном узле, который существенно сокращает срок его службы. Кроме того, технологически ниже шумящего выходного отверстия, в области которого наблюдаются самые большие перепады давления и, следовательно, самые высокие скорости потока, может возникать рекомбинация струй, ведущая к увеличению уровня звукового давления (т.е., более интенсивному или более громкому шуму).

Раскрытие изобретения

Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения предложено устройство для регулирования расхода текучей среды, содержащее:

корпус, имеющий входной штуцер, выходной штуцер и разгрузочное отверстие; и

бустерный узел, расположенный в корпусе, содержащий регулирующий элемент и исполнительный элемент, имеющий шумоподавляющий дроссельный элемент, причем указанный бустерный узел имеет питающий канал, проходящий между входным штуцером и выходным штуцером, и выпускной канал, проходящий между выходным штуцером и разгрузочным отверстием, при этом шумоподавляющий дроссельный элемент функционально соединен с разгрузочным отверстием и непосредственно примыкает к нему, так что указанный шумоподавляющий дроссельный элемент направляет поток текучей среды к разгрузочному отверстию посредством выпускного канала в форме нескольких струй текучей среды и таким образом по существу препятствует рекомбинации струй в разгрузочном отверстии.

Согласно одному варианту реализации исполнительный элемент содержит мембранный узел.

Согласно одному варианту реализации мембранный узел содержит коллектор и первую и вторую мембраны.

Согласно одному варианту реализации коллектор содержит седельный элемент, имеющий несколько каналов, и наружную цилиндрическую часть, имеющую несколько каналов.

Согласно одному варианту реализации шумоподавляющий дроссельный элемент содержит несколько каналов, расположенных с возможностью разделения потока текучей среды, протекающей через него, и таким образом по существу препятствует взаимодействию струй текучей среды.

Согласно одному варианту реализации шумоподавляющий элемент содержит полый цилиндр, имеющий внутреннюю поверхность и наружную поверхность, которые сообщаются посредством сквозных отверстий.

Согласно одному варианту реализации площадь поперечного сечения сквозных отверстий каналов седельного элемента больше площади поперечного сечения сквозных отверстий каналов наружной цилиндрической части.

Согласно одному варианту реализации верхний уплотняющий элемент соединен к седельному элементу посредством запрессовки.

Согласно одному варианту реализации предложено устройство для регулирования расхода текучей среды, содержащее:

корпус, имеющий входной штуцер, выходной штуцер и разгрузочное отверстие; и

бустерный узел, расположенный в корпусе, содержащий регулирующий элемент и исполнительный элемент, причем указанный бустерный узел имеет питающий канал, проходящий между входным штуцером и выходным штуцером, и выпускной канал, проходящий между выходным штуцером и разгрузочным отверстием, так что исполнительный элемент дополнительно содержит мембранный узел, содержащий устройство для снижения давления текучей среды, функционально соединенное с регулирующим элементом и расположенное в выпускном канале и таким образом по существу устраняющее реверсирование давления на мембранном узле.

Согласно одному варианту реализации мембранный узел дополнительно содержит коллектор и первую и вторую мембраны.

Согласно одному варианту реализации устройство для понижения давления текучей среды содержит седельный элемент, имеющий несколько каналов, и наружную цилиндрическую часть, имеющую несколько каналов.

Согласно одному варианту реализации выпускной канал завершается в разгрузочном отверстии, и устройство для понижения давления текучей среды расположено выше по ходу потока первой и второй мембран.

Согласно одному варианту реализации устройство для понижения давления текучей среды содержит полый цилиндр, имеющий внутреннюю поверхность и наружную поверхность, которые сообщаются посредством сквозных отверстий.

Согласно одному варианту реализации площадь поперечного сечения каналов седельного элемента больше площади поперечного сечения каналов наружной цилиндрической части, причем указанное устройство дополнительно содержит верхний уплотняющий элемент.

Согласно одному варианту реализации верхний уплотняющий элемент соединен с седельным элементом посредством запрессовки.

Согласно одному варианту реализации предложено устройство для регулирования расхода текучей среды, содержащее:

корпус, имеющий входной штуцер, выходной штуцер и разгрузочное отверстие; и

бустерный узел, расположенный в корпусе, содержащий регулирующий элемент и исполнительный элемент, причем указанный бустерный узел имеет питающий канал, проходящий между входным штуцером и выходным штуцером, и выпускной канал, проходящий между выходным штуцером и разгрузочным отверстием, при этом указанный исполнительный элемент содержит мембранный узел, функционально соединенный с регулирующим элементом, причем указанный мембранный узел содержит верхнюю мембрану и нижнюю мембрану, верхнюю поддерживающую пластину и нижнюю поддерживающую пластину, и наружную цилиндрическую часть, прикрепленную между ними и таким образом формирующую заданное пространство между верхней и нижней пластинами мембран и поддерживающую по существу параллельную ориентацию указанных пластин.

Согласно одному варианту реализации наружная цилиндрическая часть имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, по существу параллельную верхней поверхности.

Согласно одному варианту реализации верхняя поддерживающая пластина и нижняя поддерживающая пластина имеют соответствующие круговые выемки для функционального приема верхней поверхности и нижней поверхности наружной цилиндрической части.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематически показан узел пружины одностороннего действия и мембранного привода, содержащего объемный бустер, выполненный в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.2 показан разрез вида сбоку одного варианта реализации объемного бустера, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фиг.3 показан разрез вида сбоку одного варианта реализации мембранного узла, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Примеры, т.е., варианты реализации, описанные в настоящей заявке, не являются исчерпывающими или ограничивающими объем настоящего изобретения точной формой или формами, описанными в настоящей заявке. Скорее, следующее далее описание содержит примеры по меньшей мере одного из предпочтительных вариантов реализации.

На фиг.1 схематически показана пружина одностороннего действия и узел 10 мембранного привода, выполненные в соответствии с принципами настоящего изобретения. В частности, узел 10 привода содержит привод 12, позиционер 14 и объемный бустер 16. В описанном варианте реализации узел 10 привода также показан как сообщающийся с регулятором 18. Привод 12 выполнен с возможностью функционального соединения с регулирующим клапаном (не показан), который оборудован подвижным регулирующим элементом для управления потоком текучей среды посредством системы, такой как система для распределения текучей среды или, например, другая система управления текучей средой.

Как показано на фиг.1, объемный бустер 18 содержит входной штуцер 30, выходной штуцер 32, управляющий штуцер 34 и разгрузочное отверстие 36. Позиционер 14 содержит входное отверстие 38 и выходное отверстие 40. Привод 12 содержит питающее отверстие 42. Привод 12, позиционер 14, объемный бустер 16 и регулятор 18 связаны друг с другом посредством нескольких пневматических линий. В частности, регулятор 18 пневматически связан с позиционером 14 и объемным бустером 16 посредством питающей линии L1, которая разделена на в первую питающую линию L1' и вторую питающую линию L1''. Выходное отверстие 40 позиционера 14 пневматически связано с управляющим штуцером 34 объемного бустера 16 посредством выходной сигнальной линии L2. Выходной штуцер 32 объемного бустера 16 пневматически связан с питающим отверстием 42 привода 12 посредством управляющей линии L3.

Как будет описан более подробно далее, первая питающая линия L1' выполнена с возможностью подачи питающего давления во входное отверстие 38 позиционера 14, и вторая питающая линия L1'' выполнена с возможностью подачи питающего давления во входной штуцер 30 объемного бустера 16. Питающее давление может быть подано в питающую линию L1 посредством регулятора 18 источника давления, например, такого как компрессор. Кроме того, позиционер 14 выполнен с возможностью подачи пневматического управляющего сигнала в объемный бустер 16 посредством выходной сигнальной линии L2 для управления работой привода 12.

Например, на основании электрического сигнала, принятого от контроллера 20 посредством электрического соединения E1, позиционер 14 передает пневматический сигнал в управляющий штуцер 34 объемного бустера 16 посредством выходной сигнальной линии L2. Указанный пневматический сигнал проходит через объемный бустер 16 и приводит в действие привод 12 для активирования регулирующего клапана (не показан). Как правило, позиционер 14 выполнен с возможностью генерирования пневматического сигнала с относительно небольшим потоком. Таким образом, в зависимости от размера привода 12 и/или необходимой скорости, с которой привод 12 должен управлять рабочим ходом регулирующего клапана, объемный бустер 16 может усиливать пневматический сигнал с использованием дополнительного потока текучей среды из питающей линии L1, как будет описано ниже.

Согласно одному варианту реализации, показанному на фиг.1, привод 12 представляет собой поднимающийся при отказе привод, содержащий мембрану 22 и пружину 24, размещенную в корпусе 26 мембраны. Корпус 26 мембраны состоит из верхнего корпуса 26а и нижнего корпуса 26b, образующих верхнюю полость 25а и нижнюю полость 25b вокруг мембраны 22 соответственно. Пружина 24 расположена в нижней полости 25b корпуса 26 и смещает мембрану 22 в верхнем направлении. Таким образом, если позиционер 14 передает пневматический сигнал в объемный бустер 16 посредством выходной сигнальной линии L2, пневматический поток входит в верхнюю полость 25а привода 12 и таким образом смещает мембрану 22 вниз. Затем указанное нисходящее перемещение преобразуется в соответствующее перемещение регулирующего элемента соответствующего регулирующего клапана (не показан) известным в данной области техники способом.

Предпочтительно корпус 26 содержит по меньшей мере одно вентиляционное отверстие 28, так что текучая среда, содержащаяся в нижней полости 25b выходит из корпуса 26 при смещении мембраны 22 в нижнем направлении. Указанные вентиляционные отверстия облегчают перемещение мембраны 22 в верхнем или нижнем направлениях. Для рабочего перемещения привода 12 в верхнем направлении позиционер 14 передает пневматический сигнал объемному бустеру 16, так что пружина 24 перемещает мембрану 22 в верхнем направлении. При перемещении мембраны 22 в верхнем направлении давление, созданное в верхней полости 25а корпуса 26, сбрасывается в атмосферу посредством управляющей линии L3, разгрузочного отверстия 36 объемного бустера 16 и вентиляционного отверстия 28 с одновременным всасыванием воздуха в нижний корпус 26b. Указанный сброс давления в атмосферу облегчает перемещение мембраны 22 в верхнем направлении.

Далее будет описан показанный на фиг.2 вариант реализации объемного бустера 16, показанного на фиг.1. В целом, объемный бустер 16 содержит корпус 44, бустерный узел 45 и регулировочное устройство 52. Корпус 44 в целом содержит нижнюю часть 54, крышку 56 и разделяющую часть 58. Бустерный узел в целом содержит дроссельное устройство 46, регулирующий элемент 48, мембранный узел 50 и смещающий узел 49. Нижняя часть 54 корпуса 44 образует входной штуцер 30 и выходной штуцер 32. Кроме того, нижняя часть 54 содержит дроссельное отверстие 60 бустерного узла, входную камеру 62, выходную камеру 64, промежуточную область 66, выпускную камеру 68 и байпасный канал 69. Промежуточная область 66 расположена между входной камерой 62 и выходной камерой 64 и в целом образует цилиндрическую полость, содержащую нижнюю полку 70 и верхнюю полку 72. Верхняя полка 72 имеет снабженное резьбой цилиндрическое отверстие, принимающее соответствующую часть дроссельного устройства 46, как будет описано ниже. Схожим образом, дроссельное отверстие 60 бустерного узла содержит цилиндрическое отверстие, принимающее часть дроссельного устройства 46. Крышка 56 корпуса 44 расположена напротив разделяющей части 58, отделяющей указанную крышку от нижней части 54, и таким образом разделяющая часть 58 закреплена между нижней частью 54 и крышкой 56, как показано на чертеже. Как показано на фиг.2, крышка 56 частично образует посадочное отверстие 51 для приема с возможностью скольжения по меньшей мере части смещающего узла 49.

Как показано на фиг.2, дроссельное устройство 46 содержит унифицированный подающий выпускной дроссельный компонент 76. В описанном варианте реализации подающий выпускной дроссельный компонент 76 содержит цилиндрическое пружинное гнездо 74, ввинченное с возможностью отсоединения в подающий выпускной дроссельный компонент 76. Подающий выпускной дроссельный компонент 74 также содержит пружинное гнездо 84. Кроме того, как показано на фиг.2, подающий дроссельный компонент 74 содержит направляющее отверстие 85, имеющее первое кольцевое пространство 71. Направляющее отверстие 85 принимает с возможностью скольжения часть регулирующего элемента 48 внутрь первого кольцевого пространства 71 для направления регулирующего элемента 48 и стабилизации работы устройства. Подающий дроссельный компонент 74 дополнительно образует кольцевой желоб 89, сформированный во внутренней боковой стенке 85а направляющего отверстия 85. В желобе 89 размещено эластомерное кольцо 91, которое, например, может быть смазывающим резиновым уплотнительным кольцом. Юбочная часть 61 содержит несколько каналов 86, проходящих радиально через нее. В показанном варианте реализации каналы 86 представляют собой цилиндрические отверстия. Таким образом, каналы 86 проходят вдоль оси, которая в целом перпендикулярна оси юбочной части 61. Благодаря такой конструкции, юбочная часть 61 подающего дроссельного компонента 74 дросселирует поток текучей среды, протекающей через корпус 44 из подающей камеры 62 к выходной камере 64, когда питающее отверстие является открытым (не показано). Выпускной дроссельный компонент 76 содержит цилиндрическую втулку, ввинченную с возможностью отсоединения в цилиндрическое отверстие в верхней полке 72 промежуточной области 66 корпуса 44. Выпускной дроссельный компонент 76 также может содержать фланцевую часть 88, ограничитель 90, юбочную часть 92 и седельную часть 94.

Фланцевая часть 88 выпускного дроссельного компонента 76 расположена в выпускной камере 68 корпуса 44 и взаимодействует с верхней полкой 72. Ограничитель 90 содержит в целом твердый цилиндрический элемент, расположенный в цилиндрическом отверстии верхней полки 72 и образующий несколько выпускных каналов 96 и управляющее отверстие 97. В показанном на чертеже варианте реализации каналы 96 в ограничителе 90 имеют форму цилиндрических отверстий, проходящих в осевом направлении сквозь выпускной дроссельный компонент 76. Юбочная часть 92 проходит от ограничителя 90 в промежуточную область 56 и образует несколько окон 98. Выполненные таким образом, указанные каналы 96 в ограничителе 90 обеспечивают постоянную пневматическую связь между выходной камерой 64 и выпускной камерой 68 посредством указанных каналов 96 в ограничителе 90.

Седельная часть 94 выпускного дроссельного компонента 76 содержит в целом цилиндрический элемент, расположенный в цилиндрическом отверстии в нижней полке 70 корпуса 44. Седельная часть 94 образует центральное отверстие 100 и седло 102. Центральное отверстие 100 согласно данному варианту реализации действует в качестве "питающего канала" объемного бустера 16. Согласно описанному варианту реализации седельная часть 94 также содержит наружную круговую выемку 104 для приема уплотнения 106, такого как уплотнительное кольцо. Уплотнение 106 обеспечивает надежную герметизацию текучей среды между седельной частью 94 выпускного дроссельного компонента 76 и нижней полкой 70.

Как показано на фиг.2, согласно описанному варианту реализации объемный бустер 16 содержит регулирующий элемент 48, содержащий подающий затвор 108, выпускной затвор 110 и шток 112. Шток 112 содержит центральную часть 112а и направляющую часть 112b. Центральная часть 112а проходит между подающим затвором 108 и выпускным затвором 110 и соединяет их, причем указанная центральная часть 112а расположена с возможностью скольжения в управляющем отверстии 97 в ограничителе 90 выпускного дроссельного компонента 76. Выполненный таким образом, выпускной затвор 110 расположен внутри выпускной камеры 68 корпуса 44, а подающий затвор 108 расположен внутри подающей камеры 62 корпуса 44. Более конкретно, подающий затвор 108 расположен в юбочной части 80 подающего дроссельного компонента 74 и смещен в направлении от подающего дроссельного компонента 74 пружиной 114. Пружина 114 размещена в пружинном гнезде 84 подающего дроссельного компонента 74. Пружина 114 смещает подающий затвор 108 регулирующего элемента 48 и принуждает его к взаимодействию с седлом 102 в седельной части 94 выпускного дроссельного компонента 76, таким образом закрывая "питающий канал" 100. Согласно описанному варианту реализации каждый из подающего и выпускного затворов 108, 110 имеет конический цилиндрический корпус, образующий усеченную коническую опорную поверхность. Для выполнения назначенных функций также могут быть использованы другие формы.

Кроме того, направляющая часть 112b штока 112 расположена с возможностью скольжения в направляющем отверстии 85 подающего дроссельного компонента 74, так что эластомерное кольцо 91 расположено между направляющей частью 112b и направляющим отверстием 85. Расположенное таким образом, эластомерное кольцо 91 создает трение между направляющей частью 112b штока 112 и направляющем отверстием 85 для устранения возможных небольших вибраций, генерируемых в объемном бустере 16 и влияющих на осевое положение регулирующего элемента 48. Кроме того, эластомерное кольцо 91 может быть сжато в радиальном направлении между направляющей частью 112b штока 112 и направляющим отверстием 85, и таким образом указанное эластомерное кольцо 91 способствует центрированию направляющей части 112b и устранению вибраций, генерируемых в объемном бустере 16, которые также влияют на боковое положение штока 112.

Разделяющая часть 58 корпуса 44 объемного бустера 16 расположена между крышкой 56 и нижней частью 54. В целом, разделяющая часть 58 содержит круговое кольцо с радиальным сквозным отверстием, которое является разгрузочным отверстием 36 объемного бустера 16. Кроме того, разделяющая часть 58 образует осевое сквозное отверстие 116, выровненное с байпасным каналом 69 нижней части 54 корпуса 44. Разгрузочное отверстие 36 обеспечивает пневматическую связь между выпускной камерой 68 нижней части 54 корпуса 44 и атмосферой посредством мембранного узла 50, как будет описано ниже.

Как показано на фиг.2 и 3, мембранный узел 50 содержит плавающий коллектор 120, расположенный между первой и второй мембранами 122, 124. Первая мембрана 122 представляет собой гибкую мембрану, выполненную из известного мембранного материала, и содержит периферийную часть 122а и центральную часть 122b. Периферийная часть 122а зажата между крышкой 56 и разделяющей частью 58 корпуса 44 объемного бустера 16. Периферийная часть 122а дополнительно образует отверстие 126, выровненное с осевым сквозным отверстием 116 разделяющей части 58. Вторая мембрана 124 схожим образом представляет собой гибкую мембрану, выполненную из известного мембранного материала, и содержит периферийную часть 124a и центральную часть 124b. Периферийная часть 124a второй мембраны 124 зажата между разделяющей частью 58 и нижней частью 54 корпуса 44. Периферийная часть 124a дополнительно образует отверстие 129, выровненное с осевым сквозным отверстием 116 в разделяющей части 58. Центральные части 122b, 124b дополнительно образуют центральные отверстия 131a, 131b. Коллектор 120 расположен между центральными частями 122b, 124b первой и второй мембран 122, 124, так что между коллектором 120 и разделяющей частью 58 корпуса 44 образован кольцевой канал 127, как будет описано ниже.

Коллектор 120 содержит дискообразный элемент, расположенный с возможностью перемещения в разделяющей части 58 корпуса 44. Коллектор 120 содержит седельный элемент 135, верхний уплотняющий элемент 145, верхнюю и нижнюю поддерживающие пластины 155, 156 и наружную цилиндрическую часть 165. Седельный элемент 135 образует осевое отверстие 128, внутреннюю полость 130 и несколько внутренних радиальных каналов 132 (т.е., сквозных отверстий в седельном элементе). Осевое отверстие 128 выровнено с центральными отверстиями 131a, 131b в мембранах 122, 124 и согласно данному варианту реализации действует в качестве "выпускного канала" объемного бустера 16. Седельный элемент 135 образует седло 137. Осевое отверстие 128 обеспечивает пневматическую связь между выпускной камерой 68 нижней части 54 корпуса 44 и внутренней полостью 130 коллектора 120. Внутренние радиальные каналы 132 обеспечивают пневматическую связь между внутренней полостью 130 коллектора 120 и кольцевым каналом 127, расположенным между коллектором 120 и разделяющей частью 58 корпуса 44. Кроме того, верхняя и нижняя поддерживающие пластины 155, 156 содержат круговые выемки 175, 176 для соединения наружной цилиндрической части 165 с каждой из поддерживающих пластин 155, 156 и могут быть соединены с седельным элементом 135 и верхним уплотняющим элементом 145 запрессовкой, как показано в конической области 148, или любым другим известным и подходящим способом крепления.

Как показано на фиг.3, коллектор 120 формирует механизм соединения верхней и нижней мембран 122, 124. Таким образом, как указано выше, коллектор 120 и мембраны 122, 124 формируют мембранный узел 50 путем фиксации центральной части мембран 131a, 131b между верхним уплотняющим элементом 145 и седельным элементом 135 посредством верхней и нижней пластин 155, 156 и наружной цилиндрической части 165. Мембраны 122, 124 дополнительно уплотнены посредством эластомерных кольцевых уплотнений 133a, 133b, расположенных рядом с верхней и нижней поддерживающими пластинами 175, 176 соответственно. В частности, верхняя и нижняя поверхности 181a, 181b наружной цилиндрической части 165 по существу являются параллельными и взаимодействуют с соответствующими параллельными поверхностями кольцевых выемок 175, 176. Высота наружной цилиндрической части 165 выбрана с возможностью поддерживания разделения между верхней и нижней мембранами 122, 124 во время работы. Наружная цилиндрическая часть 165 по существу также может уменьшать аэродинамический шум, генерируемый объемным бустером 10.

Таким образом, наружная цилиндрическая часть 165 содержит несколько каналов, проходящих от внутренней поверхности 185 к наружной поверхности 195 (т.е., сквозных отверстий, выполненных в наружной цилиндрической части). Указанные каналы образуют несколько выходных путей для текучей среды, протекающей из выпускного отверстия к разгрузочному отверстию 36. Благодаря разделению выходящих струй текучей среды, наружная цилиндрическая часть 165 по существу уменьшает взаимодействие выходных струй текучей среды, которое, как известно, создает аэродинамический шум в устройствах для регулирования расхода текучей среды. Кроме того, как указано выше, описанный в настоящей заявке вариант реализации устраняет известную проблему конструкции объемного бустера: реверсирование давления на мембрану.

Реверсирование давления на мембрану обычно происходит, когда известные шумоподавители расположены ниже по ходу потока разгрузочного отверстия. Известный шумоподавитель может вызвать обратное давление на мембрану до степени, при которой перепад давлений на мембране является достаточным для выворачивания спирали в поверхности мембраны. Указанное выворачивание создает существенное напряжение в мембране, которое может привести к ее преждевременному выходу из строя. Согласно настоящему варианту реализации шумоподавление, обеспеченное коллектором 120, осуществляется выше по ходу потока разгрузочного отверстия 36 и таким образом по существу снижает вероятность реверсирования давления и выворачивания мембраны.

Как показано на фиг.2, осевое отверстие 128 обеспечивает пневматическую связь между выпускной камерой 68 нижней части 54 корпуса 44 и внутренней полостью 130 коллектора 120. Схожим образом, внутренние радиальные каналы 132 обеспечивают пневматическую связь между внутренней полостью 130 коллектора 120 и кольцевым каналом 127, расположенным между коллектором 120 и разделяющей частью 58 корпуса 44. Крышка 56 корпуса 44 объемного бустера 16 содержит управляющий штуцер 34 и снабженное резьбой отверстие 138, соединенные каналом 140 для текучей среды.

Как показано на фиг.2 и описано выше, согласно настоящему варианту реализации объемный бустер 16 содержит смещающий узел 49, расположенный между мембранным узлом 50 и крышкой 56 корпуса 44. В целом, смещающий узел 49 смещает мембранный узел 50 в направлении от крышки 56, так что седло 137 седельного элемента 135, расположенное в осевом отверстии 128 коллектора 120, взаимодействует с выпускным затвором 110 регулирующего элемента 46. Благодаря указанному взаимодействию выпускное отверстие 128 закрывается.

Смещающий узел 49 содержит пружинное гнездо 53 и пружину 55. Пружинное гнездо 53 содержит посадочную чашку 57, имеющую нижнюю стенку 59 и боковую стенку 61, которые образуют полость 63 между ними. Согласно одному варианту реализации боковая стенка 61 может быть цилиндрической боковой стенкой, образующей цилиндрическую полость 63. Посадочная чашка 57 расположена между крышкой 56 корпуса 44 и мембранным узлом 50, так что нижняя стенка 59 находится в контакте с частью мембранного узла 50, а боковая стенка 61 расположена с возможностью скольжения в посадочном отверстии 51 крышки 56. Пружина 55 представляет собой цилиндрическую пружину, расположенную в полости 63 посадочной чашки 57 и взаимодействующую с нижней стенкой 59 посадочной чашки 57 в крышке 56 корпуса 44, как показано на чертеже. Выполненная таким образом пружина 55 смещает посадочную чашку 57 и мембранный узел 50 в направлении от крышки 56.

Как показано на фиг.2, смещающий узел 49 содержит эластомерное кольцо 65, расположенное между боковой стенкой 61 посадочной чашки 57 и внутренней боковой стенкой 51b посадочного отверстия 51 крышки 56 корпуса 44. Более конкретно, боковая стенка 61 посадочной чашки 57 образует периферийный желоб 67 в своей наружной поверхности 61a. Желоб 67 удерживает эластомерное кольцо 65 и может содержать смазочное резиновое уплотнительное кольцо. Согласно другим вариантам реализации желоб 67 может быть сформирован в боковой стенке 51a посадочного отверстия 51 для удерживания эластомерного кольца 65. Выполненное таким образом эластомерное кольцо 65 обеспечивает трение между посадочной чашкой 57 и посадочным отверстием 51 и таким образом устраняет вибрацию небольшой амплитуды, генерируемую мембранным узлом 50 во время работы.

Как описано выше, для активирования перемещения привода 12 в нисходящем направлении позиционер 14 передает пневматический сигнал объемному бустеру 16. В зависимости от потока пневматического сигнала, указанный пневматический сигнал или активирует привод 12 непосредственно, или пневматический сигнал активирует объемный бустер 16 с добавлением текучей среды из регулятора 18. Например, если самого пневматического сигнала недостаточно для активирования объемного бустера 16, то, как описано ниже, рабочая текучая среда перемещается из управляющего штуцера 34 по каналу 140 для текучей среды в крышке 56 из регулировочного устройства 52 бустера к выходной камере 64 в нижней части 54 корпуса 44 через осевое сквозное отверстие 116 в разделяющей части 58 и байпасный канал 69 в нижней части 54 корпуса 44. Оттуда текучая среда выходит из корпуса 44 через выходной штуцер 32, входит в питающее отверстие 42 привода 12 и перемещает мембрану 22 в нисходящем направлении. В то время как пневматический сигнал активирует привод 12, одновременно он также поступает в сигнальную камеру 142, образованную крышкой 56 корпуса 44. Кроме того, стабильная пневматическая подача постоянно обеспечивается в подающую камеру 62 в нижней части 54 корпуса 44 из регулятора 18 (как показано на фиг.1).

Для наглядности описания, перепад давлений в объемном бустере 16 формируется как перепад давлений на мембранном узле 50, т.е., между сигнальной камерой 142 и выпускной камерой 68. Поскольку выпускная камера 68 находится в непрерывной пневматической связи с выходной камерой 64 нижней части 54 корпуса 44 (посредством выпускных каналов 96, выполненных в выпускном дроссельном компоненте 76), также может быть сказано, что перепад давлений в объемном бустере 16 формируется как перепад давлений между сигнальной камерой 142 и выходной камерой 64.

Если указанный перепад давлений в объемном бустере 16 является незначительным, бустер остается в неподвижном или нейтральном положении, причем подающий и выпускной затворы 108, 110 регулирующего элемента 48 остаются по существу в положении нулевого потока или закрытом положении, как показано на фиг.2, в результате чего каждый из них герметично взаимодействует с седлами 102, 137 соответствующих подающего и выпускного отверстий 100, 128. В указанном положении мембранный узел 50 остается в статическом ненагруженном или нейтральном состоянии. Сохранению этого состояния также способствует пружина 114, которая смещает подающий затвор 108 и вынуждает его взаимодействовать с питающим отверстием 100, в то время как пружина 55 смещает мембранный узел 50 и вынуждает его взаимодействовать с выпускным затвором 110. Напротив, если перепад давлений в объемном бустере 16 является достаточно большим, он действует на мембранный узел 50 в верхнем или нижнем направлениях и вынуждает его перемещать регулирующий элемент 48 относительно ориентации объемного бустера 16, показанной на фиг.2.

Если контроллер 20 дает команду позиционеру 14 для выполнения рабочего хода привода 12 в верхнем направлении, как показано на фиг.1 и 2, позиционер 14 отвечает изменением перепада давлений на мембранном узле 50, которое выводит объемный бустер 16 из состояния покоя. Например, пневматический сигнал, передающийся объемному бустеру 16, уменьшается. Указанное уменьшение вызывает снижение давления в сигнальной камере 142 ниже давления в выходной камере 64. Мембранный узел 50 смещается в верхнем направлении, в то время как пружина 114 смещает регулирующий элемент 48 в верхнем направлении, так что подающий затвор 108 герметично взаимодействует с седлом клапана 102 питающего отверстия 100 и таким образом удерживает питающий канал закрытым.

Если питающий канал закрыт, регулирующий элемент 48 не может перемещаться в верхнем направлении, но обратное давление выходной камеры 64 дополнительно перемещает мембранный узел 50 в верхнем направлении против силы пружины 136. При этом мембранный узел 50 перемещается в направлении от выпускного затвора 110 регулирующего элемента 48 и открывает выпускное отверстие 128, создавая "выпускное" положение. Если выпускное отверстие 128 является открытым, объемный бустер 16 образует "выпускной канал" между выходной камерой 64 и разгрузочным отверстием 36. Таким образом, рабочая текучая среда под действием давления в выходной камере 64 перемещается в выпускную камеру 68 по каналам 96, выполненным в выпускном дроссельном компоненте 76, затем в центральную полость 130 коллектора 120 через выпускное отверстие 128, через внутренние радиальные каналы 132 в коллекторе 120 и из разгрузочного отверстия 36 в атмосферу.

Если контроллер 20 дает команду позиционеру 14 для выполнения рабочего хода привода 12 в нижнем направлении, позиционер 14 отвечает изменением перепада давлений на мембранном узле 50, которое выводит объемный бустер 16 из состояния покоя. Например, во время работы достигается положительное условие перепада давлений, когда давление в сигнальной камере 142 значительно больше давления в выпускной камере 68, например, когда позиционер 14 подает большой поток рабочей текучей среды в управляющий штуцер 34. Это может иметь место, когда контроллер 20 дает позиционеру 14 команду на выполнение рабочего хода приводом 12 в нижнем направлении, как показано на фиг.1 и 2. Большая поток рабочей текучей среды вынуждает мембранный узел 50 смещаться в нижнем направлении, в результате чего регулирующий элемент 48 перемещается в нижнем направлении и таким образом удерживает выпускной затвор 110 в герметичном взаимодействии с выпускным отверстием 128 и перемещает подающий затвор 108 в направлении от питающего отверстия 100.

Таким образом, объемный бустер 16 работает во "входном" положении и следовательно открывает "питающий канал", который обеспечивает протекание текучей среды из регулятора 18 к приводу 12 через объемный бустер 16. В частности, текучая среда из регулятора 18 протекает в подающую камеру 62, затем через питающее отверстие 100 и выходную камеру 64 к приводу 12 через выходной штуцер 32. Опять же, поскольку выходная камера 64 также находится в постоянной пневматической связи с выпускной камерой 68 посредством выпускных каналов 96, выполненных в выпускном дроссельном компоненте 76, давление в общей камере 64 также действует на вторую мембрану 124 мембранного узла 50.

Если объемный бустер 16 работает с открытым питающим каналом или выпускным каналом, текучая среда протекает через устройство. После завершения действия в соответствии с полученной командой, такого как выполнение рабочего хода в верхнем направлении или в нижнем направлении, объемный бустер 16 возвращается в свое состояние покоя или нейтральное положение, в котором подающий и выпускной затворы 108, 110 регулирующего элемента 48 остаются по существу в положении нулевого потока или закрытом положении, как показано на фиг.2.

Ввиду вышесказанного следует понимать, что объем изобретения не ограничивается конкретным вариантом реализации, описанным в настоящей заявке и показанным на чертежах, ни различными дополнительными описанными в настоящей заявке вариантами реализации, но напротив любыми вариантами реализации, которые охватывают идею изобретения, определенную пунктами приложенной формулы.

Группа изобретений относится к системам управления расходом текучей среды. Устройство для регулирования расхода текучей среды содержит корпус, имеющий входной штуцер, выходной штуцер и разгрузочное отверстие, а также бустерный узел, расположенный в корпусе. Бустерный узел содержит регулирующий элемент и исполнительный элемент, содержащий шумоподавляющий дроссельный элемент, снабженный питающим каналом, проходящим между входным штуцером и выходным штуцером, и выпускным каналом, проходящим между выходным штуцером и разгрузочным отверстием. Шумоподавляющий дроссельный элемент соединен с разгрузочным отверстием и непосредственно примыкает к нему, так что шумоподавляющий дроссельный элемент разделяет поток текучей среды в разгрузочном отверстии посредством выпускного канала на несколько струй текучей среды и таким образом, по существу, препятствует рекомбинации струй в разгрузочном отверстии. Группа изобретений направлена на повышение надежности и эффективности устройства для регулирования расхода текучей среды. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для регулирования расхода текучей среды, содержащее:
корпус, имеющий входной штуцер, выходной штуцер и разгрузочное отверстие; и
бустерный узел, расположенный в корпусе, содержащий регулирующий элемент и исполнительный элемент, имеющий мембранный узел и шумоподавляющий дроссельный элемент, причем указанный бустерный узел имеет питающий канал, проходящий между входным штуцером и выходным штуцером, и выпускной канал, проходящий между выходным штуцером и разгрузочным отверстием, при этом мембранный узел имеет первую мембрану, вторую мембрану и расположенный между ними коллектор, содержащий седельный элемент, имеющий несколько каналов, а шумоподавляющий дроссельный элемент функционально соединен с разгрузочным отверстием с непосредственным примыканием к нему и содержит наружную цилиндрическую часть, имеющую несколько каналов, расположенных с возможностью разделения потока текучей среды, протекающей через них к разгрузочному отверстию, посредством выпускного канала в форме нескольких струй текучей среды, тем самым по существу препятствуя взаимодействию струй потока в разгрузочном отверстии.

2. Устройство по п. 1, в котором наружная цилиндрическая часть содержит полый цилиндр, имеющий внутреннюю поверхность и наружную поверхность, которые сообщаются посредством сквозных отверстий.

3. Устройство по п. 1, в котором площадь поперечного сечения сквозных отверстий каналов седельного элемента больше площади поперечного сечения сквозных отверстий каналов наружной цилиндрической части.

4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее верхний уплотняющий элемент.

5. Устройство по п. 4, в котором верхний уплотняющий элемент присоединен к седельному элементу посредством запрессовки.

6. Устройство по п. 1, в котором седельный элемент проходит через центральную часть по меньшей мере одной из первой и второй мембран.

7. Устройство для регулирования расхода текучей среды, содержащее:
корпус, имеющий входной штуцер, выходной штуцер и разгрузочное отверстие; и
бустерный узел, расположенный в корпусе, содержащий регулирующий элемент и исполнительный элемент, причем указанный бустерный узел имеет питающий канал, проходящий между входным штуцером и выходным штуцером, и выпускной канал, проходящий между выходным штуцером и разгрузочным отверстием, так что исполнительный элемент дополнительно содержит мембранный узел, содержащий устройство для понижения давления текучей среды, которое имеет седельный элемент, имеющий несколько каналов, и наружную цилиндрическую часть, имеющую несколько каналов, и при этом устройство для понижения давления текучей среды функционально соединено с регулирующим элементом и расположено в выпускном канале, тем самым по существу устраняя реверсирование давления на мембранном узле.

8. Устройство по п. 7, в котором мембранный узел дополнительно содержит коллектор и соединенные с ним первую и вторую мембраны.

9. Устройство по п. 8, в котором выпускной канал завершается в разгрузочном отверстии и устройство для понижения давления текучей среды расположено выше по ходу потока первой и второй мембран.

10. Устройство по п. 7, в котором наружная цилиндрическая часть устройства для понижения давления текучей среды содержит полый цилиндр, имеющий внутреннюю поверхность и наружную поверхность, которые сообщаются посредством сквозных отверстий.

11. Устройство по п. 7, в котором площадь поперечного сечения сквозных отверстий каналов седельного элемента больше площади поперечного сечения сквозных отверстий каналов наружной цилиндрической части.

12. Устройство по любому из пп. 7-11, дополнительно содержащее верхний уплотняющий элемент.

13. Устройство по п. 12, в котором верхний уплотняющий элемент соединен с седельным элементом посредством запрессовки.

14. Устройство для регулирования расхода текучей среды, содержащее:
корпус, имеющий входной штуцер, выходной штуцер и разгрузочное отверстие; и
бустерный узел, расположенный в корпусе, содержащий регулирующий элемент и исполнительный элемент, причем указанный бустерный узел имеет питающий канал, проходящий между входным штуцером и выходным штуцером, и выпускной канал, проходящий между выходным штуцером и разгрузочным отверстием, при этом указанный исполнительный элемент содержит мембранный узел, функционально соединенный с регулирующим элементом, причем указанный мембранный узел содержит коллектор, содержащий седельный элемент, имеющий несколько каналов, верхнюю мембрану и нижнюю мембрану, верхнюю поддерживающую пластину и нижнюю поддерживающую пластину, и наружную цилиндрическую часть, прикрепленную между верхней и нижней поддерживающими пластинами и тем самым формирующую заданное пространство между верхней и нижней мембранами и поддерживающую по существу параллельную ориентацию указанных пластин, при этом наружная цилиндрическая часть функционально соединена с разгрузочным отверстием с непосредственным примыканием к нему и имеет несколько каналов, расположенных с возможностью разделения потока текучей среды, протекающей через них к разгрузочному отверстию, посредством выпускного канала в форме нескольких струй текучей среды, тем самым по существу препятствуя взаимодействию струй потока в разгрузочном отверстии.

15. Устройство по п. 14, в котором наружная цилиндрическая часть имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, по существу параллельную верхней поверхности.

16. Устройство по п. 14 или 15, в котором верхняя поддерживающая пластина и нижняя поддерживающая пластина имеют соответствующие круговые выемки для функционального приема верхней поверхности и нижней поверхности наружной цилиндрической части.