ГАЗОВЫПУСКНОЙ КЛАПАН С ДАТЧИКОМ АКТИВАЦИИ Российский патент 2016 года по МПК F16K37/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к газовыпускным клапанам, а именно к клапанам, размещенным на трубопроводе для текучей среды и выполненным с возможностью регулирования входа и выхода воздуха (или другого газа) и выхода из трубопровода. В частности, раскрытое изобретение относится к усовершенствованиям таких клапанов и к системам и способам, их использующим.

Уровень техники

Многие системы для протекания жидкости (водопроводы, трубопроводы сточных вод и т.п.) и системы канализационных труб представляют собой так называемые «немые» системы, то есть лишенные возможности предоставлять информацию, поступающую в реальном масштабе времени, и значения параметров, относящихся к условиям протекания в соответствующей системе, без возможности реализации связи и/или отправления сообщений. На практике слежение за такими трубопроводами по поставке жидкости проводят, главным образом, в корпусе насоса и вблизи оборудования для обработки жидкости. Это часто приводит к отсутствию слежения посредством какой-либо систематической системы над длинными трубопроводами, растянутыми на сотни миль/километров.

Некоторые клапаны снабжены средствами слежения. Например, в заявке на патент США US 2010269632 описано устройство контроля за давлением текучей среды, содержащее привод и корпус, выполненный с возможностью размещения привода. Корпус содержит отверстие для получения текучей среды под давлением. Устройство контроля за давлением текучей среды дополнительно содержит датчик давления, внедренный в корпус рядом с отверстием и предназначенный для измерения давления текучей среды и выработки электрического сигнала, указывающего на измеренное давление. Кроме того, устройство контроля за давлением текучей среды содержит интегральную схему, внедренную в корпус и оперативно соединенную с датчиком давления. Интегральная схема содержит приемо-передающее устройство, выполненное с возможностью связи с внешним устройством посредством передачи электрического сигнала, указывающего на измеренное значение давления текучей среды, на внешнее устройство и получения управляющего сигнала от внешнего устройства. Интегральная схема дополнительно содержит движущее устройство, выполненное с возможностью приведения в действие привода в виде реакции на управляющий сигнал.

Патент США №9819292 описывает счетчик электроизмерительного прибора, содержащий корпус счетчика с прикрепленным к нему поворотным приводным валом. Ведущая шестерня присоединена к приводному валу и по меньшей мере одно ведомое зубчатое колесо присоединено с возможностью поворота к корпусу счетчика и соединено с ведущей шестерней. Антенна содержит первый электрически проводящий лист, второй электрически проводящий лист и простирающуюся в осевом направлении ножку, электрически присоединенную к первому электрически проводящему листу и ко второму электрически проводящему листу. Первый электрически проводящий лист отделен на осевое расстояние от второго электрически проводящего листа, причем по меньшей мере часть корпуса счетчика помещена между первым электрически проводящим листом и вторым электрически проводящим листом. Счетчик электроизмерительного прибора может быть прикреплен к корпусу прибора и, кроме того, вспомогательная антенна может быть прикреплена к счетчику электроизмерительного прибора. Также описан способ работы коммунальной измерительной системы, содержащей вышеописанный счетчик электроизмерительного прибора.

Раскрытие изобретения

Согласно настоящему изобретению система клапана для текучей среды содержит по меньшей мере один клапанный узел с одним или несколькими датчиками и телекоммуникационной системой для передачи сигналов, образованных одним или несколькими датчиками, чувствительными к параметрам, связанным с потоком текучей среды через этот клапан и состоянием окружающей среды. Оборудованный датчиками клапан, таким образом, обеспечивает возможность контроля параметров потока текучей среды и контроля функционирования по меньшей мере одного клапанного узла и системы для текучей среды, в которой установлена эта клапанная система.

Описанная система обеспечивает возможность увеличения скорости и эффективности обнаружения неисправностей трубопровода и выполняемых в полевых условиях ремонтных работ систем с течением текучей среды. Это означает более короткие задержки, больший объем предупреждающей информации и ускоренную локализацию повреждений посредством увеличения скорости обнаружения и реакции на отказы системы. Сведения об утечках, случаях вандализма, вмешательства, работе со сбоями и/или о других параметрах будут собраны в оперативном режиме и сообщены в центральную систему данных.

Кроме того, система облегчает сбор данных и слежение за соответствующими параметрами трубопровода для текучей среды и окружающей его средой и окрестностями в центре управления для более рационального использования данных. Таким образом, давление, температура и другие параметры потока могут быть отслежены и о них может быть сообщено в оперативном режиме в центральную систему данных.

Раскрываемый объект относится к газовыпускному клапану, содержащему один или несколько датчиков, каждый из которых предназначен для слежения и выработки одного или нескольких сигналов, указывающих на значения параметров, связанных с клапаном, источник питания и передающую систему для передачи сигналов на станцию дистанционного управления.

Согласно конфигурации устройства по настоящему изобретению газовыпускной клапан также содержит один или несколько датчиков для слежения и выработки одного или нескольких сигналов, указывающих на значения параметров, связанных с трубопроводом для текучей среды, соединенным с указанным клапаном, и с окружающей средой клапана, причем происходит передача указанных сигналов на станцию дистанционного управления.

Согласно другой особенности описываемого изобретения система для текучей среды содержит трубопровод для текучей среды, снабженный по меньшей мере одним газовыпускным клапаном, содержащим один или несколько датчиков, каждый из которых предназначен для слежения и выработки одного или нескольких сигналов клапана, указывающих на значения параметров, связанных с клапаном, трубопроводом для текучей среды и их окружающей средой, а также источник питания и передающую систему для передачи сигналов на станцию дистанционного управления.

Еще одна особенность описываемого изобретения состоит в способе контроля за потоком текучей среды через систему для текучей среды, содержащую трубопровод для текучей среды, снабженный по меньшей мере одним газовыпускным клапаном, содержащим один или несколько датчиков, каждый из которых предназначен для слежения и выработки одного или нескольких сигналов, указывающих на значения параметров, связанных с клапаном, трубопроводом для текучей среды и их окружающей средой, а также источник питания и передающую систему для передачи сигналов на станцию дистанционного управления. Этот способ включает операцию выработки одного или нескольких сигналов клапана посредством датчиков и передачу сигналов клапана на станцию дистанционного управления.

Описанный способ может также быть пригодным для слежения и управления потоком текучей среды через систему для текучей среды, содержащую трубопровод для текучей среды, снабженный по меньшей мере одним газовыпускным клапаном, содержащим один или несколько датчиков, каждый из которых предназначен для слежения и выработки одного или нескольких сигналов, указывающих на значения параметров, связанных с клапаном, трубопроводом для текучей среды и их окружающей средой, а также источник питания и приемо-передающую систему для передачи сигналов на станцию дистанционного управления и приема сигналов с этой станции; выработки одного или нескольких сигналов клапанов посредством датчиков и передачи сигналов клапана на станцию дистанционного управления; выработки соответствующих сигналов управления, которые, в свою очередь, управляют различными переключателями и патрубками клапана.

Газовыпускной клапан (или просто «клапан») устанавливают внешним образом по отношению к трубопроводу для текучей среды, или прямо на нем или посредством сегмента соединительной трубы.

Любые одна или несколько из нижеследующих особенностей и конфигураций, по отдельности или в комбинации, могут быть связаны с любым вариантом реализации настоящего изобретения:

- устройство содержит по меньшей мере один обрабатывающий блок для получения сигналов клапана и выработки соответствующих управляющих сигналов, которые, в свою очередь, управляют различными параметрами клапана, причем процессор представляет собой управляемый или автономный (независимый) принимающий решения блок;

- различные параметры клапана управляемы электрическими устройствами управления, предназначенными для управления потоком текучей среды через клапан и/или через основной трубопровод;

- по меньшей мере один обрабатывающий блок может быть выполнен на клапане или рядом с ним, или на станции дистанционного управления, причем управляющие сигналы передают на приемник, размещенный на клапане или рядом с ним;

- сигналы клапана могут быть любого типа (аналоговые, цифровые, давления и т.д.) и быть результатом измерения физических, экологических и электрических параметров в трубопроводе, на трубопроводе и вне трубопровода;

- сигналы клапана могут быть результатом измерения ряда параметров, например одного или нескольких параметров, связанных с температурой (окружающей среды, жидкости, газа и т.д.), давлением (жидкости, воздуха и т.д.), утечками, влажностью, шумом, перемещениями (вибрацией, взломами и т.д.), ударами, с наличием химических продуктов или бактерий в текущей текучей среде и т.д.;

- сигналы клапана и/или управляющие сигналы хранят в блоке памяти на клапане или на станции управления;

- может происходить передача сигналов между клапаном и станцией управления посредством любого коммуникационного протокола, например посредством проводной или беспроводной связи, радиочастотной связи и т.д.;

- система передатчика/приемника (приемопередатчика) может содержать одну или несколько антенн для этой цели;

- управляющие сигналы могут быть выполнены для активации приспособлений клапана, предназначенных для управления потоком, то есть управления (полного или частичного открытия/закрытия) одним или несколькими каналами для текучей среды, ведущими к клапану, причем управляющие сигналы могут быть выработаны автономным обрабатывающим блоком («блоком принятия решения») и могут быть выполнены с возможностью ручной отмены, то есть посредством ручной выработки управляющего сигнала или ручной передачи его из центра управления;

- источник питания может представлять собой топливный элемент (батарею), внедренный в клапан (в форме, непроницаемой для жидкости; сменный или подлежащий подзарядке) или выполненный внешним образом;

- источник питания может представлять собой силовой агрегат, выполненный с возможностью преобразования других форм энергии в электроэнергию, например систему на основе солнца, генератор с гидравлическим приводом, токопроводящий источник питания, турбину для текучей среды, связанную с главным трубопроводом для текучей среды, ветровую турбину и т.д.;

- электронные схемы системы (например, батареи, процессор, антенны) могут быть установлены в основном корпусе, связанном проводами сдатчиками и/или электрическими устройствами управления;

- основной корпус может быть выполнен в виде единого корпуса или быть разделенным на два корпуса или на большее их количество, причем один или несколько основных корпусов могут быть выполнены внутри корпуса клапана;

- один или несколько датчиков и электронная схема могут быть выполнены модульными с возможностью подгонки к существующим клапанам.

Краткое описание чертежей

Для понимания настоящего изобретения и раскрытия возможностей его практического использования ниже будут описаны варианты его реализации, представляющие собой лишь неограничивающие варианты, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1А показан вид спереди клапана сточных вод, выполненного согласно одной особенности настоящего изобретения;

на фиг.1В показан вид сбоку в разрезе для клапана сточных вод по фиг.1А;

на фиг.2A показан вид спереди воздуховыпускного клапана, выполненного согласно одной особенности настоящего изобретения;

на фиг.2B показан вид сбоку в разрезе для клапана сточных вод по фиг.2A;

на фиг.3A показан вид спереди другого клапана, выполненного согласно одной особенности изобретения;

на фиг.3B показан вид сбоку в разрезе для клапана сточных вод по фиг.3A;

на фиг.4A показана схема коммуникаций системы управления для текучей среды согласно другой особенности настоящего изобретения;

на фиг.4B показана альтернативная схема коммуникаций и станции процессора согласно особенности настоящего изобретения; и

на фиг. от 5A до 5C схематически показаны варианты систем клапана согласно настоящему изобретению.

Подробное описание вариантов реализации изобретения

На фиг.1 показана система подачи жидкости, в целом обозначенная как 10 и иллюстрирующая трубопровод 12 поставки жидкости (в настоящем варианте трубопровод сточных вод), снабженный несколькими газовыпускными клапанами от 14A до 14E для сточных вод (например, клапанами типа, описанного в патенте США №7617838).

Каждый из клапанов от 14A до 14E выполнен с несколькими датчиками от 20A до 20D, выполненными с возможностью измерения различных параметров, таких как поток текучей среды, давление, температура текучей среды, температура окружающей среды, удары, вибрации, попытки взлома и т.д. Однако следует иметь ввиду, что количество датчиков, их расположение и их тип не подпадают под ограничения.

Каждый клапан 14 содержит внутри источник электропитания в виде герметичной аккумуляторной батареи. Хотя в настоящем варианте реализации аккумуляторная батарея размещена внутри клапана, совершенно понятно, что также могут иметь место другие конфигурации источника питания, например внешняя аккумуляторная батарея, подача электропитания посредством электрической линии и т.д.

Конфигурация датчиков и описанных ниже средств передачи такова, что имеет место низкое потребление электроэнергии и, таким образом, срок службы аккумуляторной батареи, размещенной внутри клапана, может составлять много лет, а в нескольких примерах даже больше 15 лет. Более того, аккумуляторная батарея может быть выполнена сменной или может происходить ее подзарядка, например, от внешнего электрического выхода или посредством электрической проводимости.

Кроме того, каждый из клапанов от 14A до 14E содержит передатчик/приемник от 24A до 24E с присоединенными антеннами 26.

В настоящем варианте реализации конфигурация такова, что первый клапан 14A передает сигналы клапана, полученные от различных датчиков от 20A до 20D, к следующему по трубопроводу клапану, а именно, к клапану 14B, который, в свою очередь, передает информацию, полученную от клапана 14A, вместе с информацией, образованной соответствующими датчиками клапана 14B, к последующему по трубопроводу клапану 14C и так далее до последнего по трубопроводу клапана 14E, из которого сигналы от S₁ до S₅, поступившие от соответствующих клапанов от 14A до 14E, поступают на станцию дистанционного управления с позиционным обозначением 30, в которой происходит обработка полученных сигналов, после чего какой-либо управляющий сигнал (сигнал команды) может быть образован и передан назад к любому из соответствующих клапанов от 14A до 14E, чтобы выполнить требуемое действие, например открытие/закрытие впускного или выпускного по отношению к клапану отверстия, изменяя тем самым параметры протекания жидкости через клапан.

С этой целью каждый из клапанов от 14A до 14E выполнен также с возможностью получения не только сигналов клапана от предыдущего клапана на трубопроводе, но и получения команд, переданных от блока управления 30 (эта информация может быть передана непосредственно на соответствующий клапан или через цепочку клапанов в обратном направлении), после чего происходит передача соответствующего сигнала команды и его получение на клапане-адресате для выполнения механического действия посредством работающих от электричества соленоидов, электрических патрубков и т.д., размещенных внутри каждого клапана. В настоящем варианте реализации каждый клапан выполнен с входным электрическим патрубком 34A и выходным электрическим патрубком 34B с возможностью их управления управляющим сигналом C_s, образованным блоком 30 дистанционного управления.

Обратимся теперь к фиг.1B, на которой показана система управления потоком, в целом обозначенная как 110, в которой несколько клапанов от 114A до 114D внешним образом размещены на трубопроводе 112 сточных вод. Каждый из клапанов от 114A до 114D выполнен с несколькими датчиками от 120A до 120D и, аналогично, с источником питания и блоком передатчика/приемника, коллективно обозначенными позицией 130, связанными с соответствующей антенной 128. Кроме того, каждый из клапанов от 114A до 114D выполнен с электрическими патрубками 134A и 134В, как описано выше в отношении варианта по фиг.1A.

В соответствии с вариантом реализации по фиг.1B каждый из клапанов от 114A до 114D выполнен с возможностью непосредственной передачи соответствующего сигнала от S₁ до S₄ на блок 130 дистанционного управления, выполненный с процессором, предназначенным для получения сигналов клапанов от каждого из соответствующих датчиков каждого из соответствующих клапанов и выработки соответствующих управляющих сигналов C_Si.

Как будет описано ниже, совершенно понятно, что связь между соответствующими датчиками и блоком управления (или в соответствии с вариантом реализации по фиг.1A или в соответствии с вариантом реализации по фиг.1B, или в соответствии с любым другим вариантом реализации настоящего изобретения) может иметь место посредством различных протоколов и конфигураций связи, например посредством радиочастотной связи, сотовой связи, проводной связи, спутниковой связи и т.д.

На фиг.2-4 показано несколько типов газовыпускных клапанов 140, 150 и 160 соответственно. Каждый из этих клапанов выполнен с возможностью установки на основном трубопроводе подачи жидкости (не показан) и содержит несколько различных датчиков, обозначенных от 170A до 170H, от 180A до 180H и от 190A до 190H соответственно. Каждый датчик выполнен с возможностью регистрации, как описано выше, одного или нескольких конкретных параметров, например температуры текучей среды, температуры окружающей среды, расхода, вытеснения, вибрации, наличия токсических агентов (химических продуктов, биологического загрязнения и т.п.) и так далее.

Кроме того, основная камера 200 может быть выполнена в виде герметизированной оболочки, содержащей электронное аппаратное оборудование, источник питания (например, аккумуляторную батарею), приемопередатчик и антенну. При необходимости микропроцессор может быть размещен в основной камере для получения сигналов клапана, образованных различными датчиками, и управляющих сигналов, передаваемых с блока дистанционного управления, и управления в соответствии с этими сигналами электрическими патрубками и соленоидами 202A и 202B. Однако следует иметь в виду, что основная камера может быть единым элементом или быть разделена на несколько взаимосвязанных блоков. Кроме того, одна или несколько основных камер могут быть интегрально размещены в пределах корпуса клапана.

На фиг.5A приведен вариант реализации регулируемой клапанами системы в соответствии с одной особенностью изобретения, причем на фигуре несколько различных типов клапанов («конечных потребителей»), коллективно обозначенных как 230 и представляющих собой идентичные или различные типы клапанов, передают соответствующие сигналы, обозначенные как Si, через общественную сотовую сеть 234, посредством чего происходит дальнейшая передача информации в центр данных, в целом обозначенный как 250 и содержащий шлюз 252 к серверу 254, связанному с интерфейсом 256 пользователя, откуда информация попадает в сеть, управляющую системой 240, и на несколько назначенных пользовательских устройств от 258A до 258F, выполненных, например, в виде портативных устройств, переносимых персоналом, например, в виде мобильных телефонов и т.п.

Вариант реализации настоящего изобретения по фиг.5B содержит клапанную систему управления для текучей среды в соответствии с особенностью настоящего изобретения, в которой предусмотрено несколько клапанов от 270A до 270C, причем указанный клапан выполнен так, как указано в предыдущих вариантах и с возможностью приема и передачи информации через сотовую связь посредством сотовой распределительной коробки 274, предназначенной для приема и передачи сигналов Fi в сеть 276 общественной сотовой связи, из которой происходит передача информация через шлюз 278 на центральный сервер 280, соединенный сотовой или проводной связью или через Интернет с рабочей станцией 284.

Кроме того, следует отметить, что вариант по фиг.5B содержит несколько последовательно расположенных клапанов 290A, 290B и 290C, также выполненных с возможностью передачи сигналов клапана через сотовую распределительную коробку 294 в сеть 276 общественной сотовой связи, сигналы Sii которой затем передают через сотовую сеть на шлюз и обрабатывают сервером 280, как упомянуто выше.

В варианте реализации по фиг.5C показана система клапана управления, в которой, в противоположность предыдущему варианту, передача сигналов системы происходит от различных газовыпускных клапанов от 300A до 300C и от расположенных последовательно клапанов от 302A до 302C посредством радиочастотной связи, в результате чего оператор 306 радиочастотной связи затем передает полученные сигналы (сигналы клапанов и управляющие сигналы) на интерфейс 310, с которого информация затем попадает через Интернет 312 на сервер 314 и рабочую станцию 318.

Хотя здесь было показано несколько вариантов реализации настоящего изобретения, следует понимать, что многие изменения могут быть внесены в них без выхода за пределы сущности изобретения.

Группа изобретений относится к газовыпускным клапанам. Газовыпускной клапан содержит корпус, датчики, каждый из которых предназначен для слежения и выработки сигналов, указывающих на значения параметров, связанных с клапаном, источник питания. Газовыпускной клапан содержит передающую систему для передачи указанных сигналов на станцию дистанционного управления через антенну. В упомянутый корпус встроена электронная схема клапана. Электронная схема клапана включает в себя указанный источник питания, процессор, указанную антенну и указанную передающую систему. Причем один или более датчиков расположены в клапане. Группа изобретений направлена на получение возможности слежения за трубопроводами. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Газовыпускной клапан, содержащий:
корпус,
один или более датчиков, каждый из которых предназначен для слежения и выработки одного или более сигналов, указывающих на значения параметров, связанных с клапаном,
источник питания и
передающую систему для передачи указанных сигналов на станцию дистанционного управления через по меньшей мере одну антенну, при этом в упомянутый корпус встроена электронная схема клапана, включающая в себя указанный источник питания, процессор, указанную по меньшей мере одну антенну и указанную передающую систему;
причем один или более датчиков расположены в клапане.

2. Газовыпускной клапан по п. 1, дополнительно содержащий один или более датчиков для слежения и выработки одного или более сигналов, указывающих на значения параметров, связанных с трубопроводом для текучей среды, соединенным с клапаном, и окружающей средой клапана, причем передача указанных сигналов осуществляется на станцию дистанционного управления.

3. Система для текучей среды, содержащая трубопровод для текучей среды, снабженный по меньшей мере одним газовыпускным клапаном по п. 1.

4. Система для текучей среды по п. 3, содержащая по меньшей мере один обрабатывающий блок для получения сигналов клапана и выработки соответствующих управляющих сигналов, которые, в свою очередь, управляют различными параметрами клапана.

5. Система для текучей среды по п. 3, в которой сигналы клапана и/или управляющие сигналы сохранены в блоке памяти на клапане или на станции управления.

6. Система для текучей среды по п. 3, в которой управляющие сигналы предназначены для активации приспособлений клапана, предназначенных для управления потоком посредством открытия и закрытия одного или более каналов для текучей среды, ведущих к клапану.

7. Способ контроля за потоком текучей среды через систему для текучей среды, содержащую трубопровод для текучей среды, снабженный по меньшей мере одним газовыпускным клапаном, содержащим: корпус, один или более датчиков, каждый из которых предназначен для слежения и выработки одного или более сигналов, указывающих на значения параметров, связанных с клапаном, источник питания и передающую систему для передачи указанных сигналов на станцию дистанционного управления через по меньшей мере одну антенну, при этом в упомянутый корпус встроена электронная схема клапана, включающая в себя указанный источник питания, процессор, указанную по меньшей мере одну антенну и указанную передающую систему, причем согласно способу: вырабатывают один или более сигналов посредством указанных датчиков и передают указанные сигналы на станцию дистанционного управления; причем один или более датчиков расположены в клапане.

8. Способ по п. 7, дополнительно предназначенный для
управления потоком текучей среды через систему для текучей среды и содержащий приемопередающую систему для передачи сигналов на станцию дистанционного управления и получения сигналов от нее,
выработки одного или более сигналов клапанов посредством датчиков и передачи сигналов клапана на станцию дистанционного управления,
выработки соответствующих сигналов управления.

9. Способ по п. 7, при котором по меньшей мере один обрабатывающий блок выполнен на клапане, или рядом с ним, или на станции дистанционного управления, причем управляющие сигналы передают на приемник, размещенный на клапане или рядом с ним.