УПРАВЛЯЕМЫЙ РЕГУЛЯТОР С СИММЕТРИЧНЫМ ВХОДОМ Российский патент 2018 года по МПК F16K31/126 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к устройствам управления текучей средой, точнее, к регуляторам текучей среды на базе мембраны.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Регулирующие давление клапаны используются в самых разнообразных промышленных и бытовых устройствах для регулирования давления текучей среды на выходе. Управляя давлением на выходе, регулирующие давление клапаны компенсируют колебания потребления на выходе. Например, если потребление на выходе увеличивается, регулирующие давление клапаны открываются, позволяя большему количеству текучей среды проходить через регулирующий давление клапан, таким образом, поддерживая относительно постоянное давление на выходе. С другой стороны, если потребление на выходе уменьшается, регулирующие давление клапаны закрываются для уменьшения количества текучей среды, проходящей через регулирующий давление клапан, снова поддерживая относительно постоянное давление на выходе.

[0003] Регулирующие давление клапаны могут быть отнесены к категории уравновешенных или неуравновешенных, и на различных мировых рынках используются различные клапаны вследствие различий в нормах выброса и способах контроля количества подаваемого газа.

[0004] Например, традиционный уравновешенный регуляторный клапан давления, который обычно используется в Европе, показан на фиг. 1. Традиционный регулятор 10 давления газа содержит привод 12 и уравновешенный регуляторный клапан 14 давления. В регуляторном клапане 14 выполнены вход 16, выход 18 и клапанный канал 22, расположенный между входом 16 и выходом 18. Газ должен проходить через клапанный канал 22, чтобы проходить между входом 16 и выходом 18 регуляторного клапана 14. Привод 12 соединен с регуляторным клапаном 14 для гарантии, что давление на выходе 18 регуляторного клапана 14, т.е., выходное давление, согласуется с необходимым выходным или управляющим давлением. Привод 12 включает в себя блок 22 управления для регулирования выходного давления регуляторного клапана 14 на основании измеренного выходного давления. В частности, блок 22 управления содержит мембрану 24, соединительный штифт 32 и рычаг 26 управления, снабженный затвором 28 клапана. Мембрана 24 разделяет корпус 23 привода 12 на камеру атмосферного давления 25 и камеру 27 управляющего давления. Камера 27 управляющего давления сообщается по текучей среде с выходом 18 регуляторного клапана 14, так что нижняя сторона мембраны 24 воспринимает выходное давление и реагирует, чтобы перемещать затвор 28 клапана между открытым и закрытым положением. Блок 22 управления дополнительно содержит регулирующую пружину 30, расположенную в камере 25 атмосферного давления и взаимодействующую с верхней стороной мембраны 24, чтобы компенсировать выходное давление, воспринимаемое мембраной 24, в камере 27 управляющего давления. Соответственно, необходимое выходное давление, которое также может называться управляющим давлением, устанавливается путем выбора регулирующей пружины 30.

[0005] Однако одна из проблем при традиционном регуляторе 10, имеющем выходное давление, регулируемое и устанавливаемое с помощью регулирующей пружины 30, заключается в том, что когда затвор 28 клапана открывается или перемещается от клапанного канала 22, чтобы открывать клапан 14, регулирующая пружина 30 растягивается или удлиняется и утрачивает усилие. Поскольку усилие понижено, выходное давление уменьшается, что приводит к уменьшению номинальной мощности. Иначе говоря, регулирующая пружина 30, по сути, создает меньшее усилие, когда она растянута в сторону несжатой длины при перемещении рычага 26 управления, чтобы открывать клапан 14. Кроме того, когда регулирующая пружина 30 растягивается, мембрана 24 деформируется, увеличивая свою площадь. Уменьшенное усилие, прилагаемое регулирующей пружиной 30, и увеличенная площадь мембраны 24 сочетаются таким образом, что усилие, создаваемое регулирующей пружиной 30, не может соответствующим образом компенсировать усилие, создаваемое мембраной 24. В результате мембрана 24 поднимается, и выходное управляющее давление падает ниже необходимого управляющего давления. Данное явление известно как «статизм». При возникновении «статизма» выходное давление падает ниже заданного управляющего давления, и количество текучей среды, передаваемой для поддержания диапазона выходного давления, также известного как значение номинального расхода, также уменьшается.

[0006] В США попытки справиться с эффектом «статизма» включают использование управляемого регуляторного клапана для управления и регулирования подачи давления нагрузки над мембраной. Однако такие автоматические регуляторы с контрольным каналом обычно находят ограниченное применение при неуравновешенных регуляторных клапанах и, в целом, при подаче и управлении величиной давления нагрузки, прилагаемой к мембране привода во время работы регулятора. Например, на фиг. 2 изображен традиционный регулятор 110 для рынка США, имеющий неуравновешенный регуляторный клапан 114, привод 112 и автоматический регулятор 160 с контрольным каналом, функционально связанным как с регуляторным клапаном 114, так и с приводом 112. Конкретнее, в клапане 112 выполнены вход 116, выход 118 и клапанный канал 122, расположенный между входом 116 и выходом 118. Газ должен проходить через клапанный канал 122, чтобы проходить между входом 116 и выходом 118 регуляторного клапана 114. Привод 112 соединен с регуляторным клапаном 114 для гарантии, что давление на выходе 118 регуляторного клапана 114, т.е., выходное давление согласуется с необходимым выходным или управляющим давлением. Привод 112 включает в себя блок 122 управления, имеющий мембрану 124, соединительный штифт 132, и рычаг 126 управления, имеющий затвор 128 клапана. Мембрана 124 воспринимает выходное давление регуляторного клапана 114 и обеспечивает реагирование для перемещения затвора 128 клапана, чтобы открывать и закрывать регуляторный клапан 114. Мембрана 124 разделяет корпус привода на камеру 125 давления нагрузки и камеру 127 управляющего давления.

[0007] Регулятор 110 на фиг. 2 не содержит регулирующей пружины в камере 125 нагрузки, тогда как регулятор 10 на фиг. 1 содержит ее. Напротив, управляемый регуляторный клапан 160 функционально связан с приводом 112 для управления и регулирования нагрузки или давления нагрузки, подаваемого в камеру 125 давления нагрузки. Кроме того, узел управляемого регуляторного клапана 160 выполняет эту функцию в ответ на изменения давления в камере 127 управляющего давления привода 112. Конкретнее, узел управляемого регуляторного клапана 160 включает в себя корпус 162, имеющий вход 164, выход 166, и клапанный канал 168, расположенный между входом 164 и выходом 166. Вход 164 сообщается по текучей среде с входом 116 неуравновешенного регуляторного клапана 114, а выход 166 сообщается по текучей среде с камерой 125 управляющего давления привода 112. Узел управляемого регуляторного клапана 160 дополнительно содержит кожух 174, соединенный с корпусом 162, затвор 170 клапана, расположенный внутри корпуса 162, и мембрану 178, расположенную внутри кожуха 174. Мембрана 178 разделяет кожух 174 на первую камеру 179 и вторую камеру 181, при этом вторая камера 181 функционально связана и сообщается по текучей среде с камерой 127 управляющего давления привода 112, а первая камера 179 содержит управляемую регулирующую пружину 176. При такой конфигурации давление в камере 127 управляющего давления привода 112 равно давлению во второй камере 181 узла управляемого регуляторного клапана 160, тогда как управляемая регулирующая пружина 176 компенсирует или уравнивает положение мембраны 178. Изменения управляющего давления, воспринимаемые мембраной 178, принуждают затвор 170 клапана перемещаться, например, между закрытым положением и открытым положением. Такая конфигурация позволяет управляемому регуляторному клапану 160 управлять и регулировать давление нагрузки, подаваемое в камеру 125 давления нагрузки привода 112, за счет реагирования на незначительные изменения в управляющем давлении или выходном давлении внутри камеры 127 управляющего давления привода 112.

[0008] Хотя эффект «статизма» уменьшен для неуравновешенного регуляторного клапана 114 за счет использования управляемого клапана, неуравновешенный клапан 114 обладает несколькими недостатками. Например, неуравновешенные клапаны с трудом выдерживают высокие входные давления, и высокое давление текучей среды, действующее на клапанные каналы 122, при больших отверстиях клапана может забить клапанный канал. В результате неуравновешенные клапаны не подходят для устройств высокого давления, с большим отверстием. Кроме того, неуравновешенные клапаны страдают от нежелательного эффекта, называемого чувствительностью к входному давлению. Чувствительность к входному давлению - это явление, при котором неуравновешенный клапан испытывает непреднамеренное увеличение управляющего давления, когда входное давление увеличивается.

[0009] Кроме того, различные рынки по всему миру исторически требовали различных регулирующих давление клапанов из-за различий в нормах выброса и способах контроля количества газа, поставляемого конечным пользователям. Например, в США измерительные приборы, как правило, только контролируют величину подаваемого давления, так как важно управлять расходом давления, и управляемые регуляторные клапаны обычно используются с той же целью. Немногие уравновешенные регуляторные клапаны, такие как клапан, изображенный на фиг. 1, тем не менее используются в США, поскольку симметричные входы часто закупоривают проходы через проходное сечение клапана, вредно воздействуя и мешая действию разгрузочных клапанов. Вместо этого неуравновешенные регуляторные клапаны, такие как те, которые работают с помощью управляемого регуляторного клапана, и изображенные на фиг. 2, наиболее часто используются в США.

[0010] В Европе нормы выброса исторически сложились выше, чем в США, так что разгрузочные клапаны являются неприемлемыми. По существу, как правило, используются симметричные входы, поскольку нет беспокойства по поводу закупоривания проходов, влияющих на действие каких-либо разгрузочных клапанов, выпускающих избыточный отработавший газ в атмосферу. Однако традиционные уравновешенные регуляторные клапаны, используемые в Европе, такие как уравновешенный регуляторный клапан давления, изображенный на фиг. 1, страдают от проблем «статизма», например, как описано выше.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Один из аспектов настоящего изобретения предусматривает

регулирующее текучую среду устройство, содержащее клапан, имеющий первый вход, первый выход и первый клапанный канал, расположенный между первым входом и первым выходом. Устройство дополнительно содержит привод, соединенный с клапаном. Привод имеет корпус, соединенный с клапаном, и первый затвор клапана, расположенный внутри клапана и выполненный с возможностью перемещения между закрытым положением во взаимодействии с первым клапанным каналом, и открытым положением, расположенным вдали от первого клапанного канала. Кроме того, привод имеет выравнивающую мембрану, функционально связанную с первым затвором клапана и имеющую первую сторону, сообщающуюся по текучей среде с входным давлением на входе клапана, при этом входное давление прилагает первое усилие к первому затвору клапана в направлении открытого положения, и входное давление действует на выравнивающую мембрану, чтобы прилагать второе усилие к первому затвору клапана в направлении закрытого положения, при этом величина первого и второго усилий примерно равна, первая мембрана расположена внутри корпуса и разделяет корпус на камеру давления нагрузки и камеру управляющего давления, первая мембрана функционально связана с первым затвором клапана, а камера управляющего давления сообщается по текучей среде с первым выходом клапана. Устройство дополнительно содержит узел управляемого регуляторного клапана, соединенный с приводом. Узел управляемого регуляторного клапана может иметь корпус клапана со вторым входом, вторым выходом и вторым клапанным каналом, расположенным между вторым входом и вторым выходом, при этом второй вход сообщается по текучей среде с первым входом, а второй выход сообщается по текучей среде с камерой давления нагрузки корпуса привода. Кроме того, узел управляемого регуляторного клапана может включать в себя кожух, соединенный с корпусом, второй затвор клапана, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью перемещения между закрытым положением, во взаимодействии со вторым клапанным каналом, и открытым положением, расположенным вдали от второго клапанного канала, вторую мембрану, расположенную внутри кожуха и разделяющую кожух на первую камеру и вторую камеру, при этом вторая мембрана функционально связана со вторым затвором клапана, а вторая камера сообщается по текучей среде с камерой управляющего давления привода, так что первая поверхность первой мембраны привода сообщается по текучей среде с первой поверхностью второй мембраны узла управляемого регуляторного клапана, и регулирующую пружину, расположенную внутри первой камеры кожуха и взаимодействующую со второй поверхностью второй мембраны. При такой конфигурации вторая мембрана и регулирующая пружина выполнены таким образом, чтобы принуждать второй затвор клапана перемещаться в направлении открытого положения, когда давление во второй камере кожуха уменьшается, и принуждать второй затвор клапана перемещаться в направлении закрытого положения, когда давление во второй камере кожуха увеличивается, чтобы поддерживать давление в камере давления нагрузки привода примерно равным заранее заданному давлению нагрузки. Кроме того, привод выполнен таким образом, чтобы принуждать первый затвор клапана перемещаться в направлении открытого положения, когда давление в камере давления нагрузки увеличивается, и принуждать первый затвор клапана перемещаться в направлении закрытого положения, когда давление в камере давления нагрузки уменьшается, чтобы поддерживать давление на первом выходе примерно равным заранее заданному значению давления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] Фиг. 1 - поперечный разрез вида сбоку традиционного регулятора давления газа с симметричным входом;

[0013] Фиг. 2 - поперечный разрез вида сбоку традиционного регулятора давления газа с управляемым несимметричным входом и

[0014] Фиг. 3 - поперечный разрез вида сбоку регулятора давления газа с управляемым симметричным входом в соответствии с принципами настоящего изобретения.

[0015] Хотя изобретение допускает различные модификации и альтернативные конструкции, некоторые иллюстрируемые варианты осуществления показаны на чертежах и подробно описаны ниже. Однако должно быть понятно, что описание не предназначено для ограничения изобретения конкретными раскрытыми формами, напротив, изобретение охватывает все модификации, альтернативные конструкции и эквиваленты, подпадающие под действие сущности и объема изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0016] Хотя в дальнейшем тексте изложено подробное описание многочисленных вариантов осуществления изобретения, следует понимать, что правовой объем изобретения определяется содержанием формулы, изложенной в конце настоящего патента. Подробное описание следует рассматривать только в качестве примерного и не описывающего все возможные варианты осуществления изобретения, поскольку описание всех возможных вариантов осуществления было бы непрактичным, если не невозможным. Может быть реализовано множество альтернативных вариантов осуществления, используя либо существующую технологию, либо технологию, разработанную после даты подачи данного патента, которые будут подпадать под объем действия формулы, определенной изобретением.

[0017] Как показано на фиг. 3, регулятор давления газа в целом обозначен ссылочным номером 210. Регулятор 210 давления газа в целом содержит привод 212 и регуляторный клапан 214. Регуляторный клапан 214 включает в себя вход 216 для приема газа, например из газораспределительной системы, и выход 218 для подачи газа к объекту, имеющему, например, одно или больше устройств. Привод 212 соединен с регуляторным клапаном 214 и включает в себя блок 217 управления, снабженный элементом управления, таким как затвор 228 клапана. Во время первого или нормального режима работы, блок 217 управления измеряет давление на выходе 218 регуляторного клапана 214, т.е. выходное давление, и управляет положением затвора 228 клапана таким образом, что выходное давление примерно равно предварительно заданному значению или управляющему давлению.

[0018] Уравновешенный регуляторный клапан 214 давления включает в себя корпус 219, имеющий канал 221, который соединяет по текучей среде вход 216 текучей среды с выходом 218 текучей среды. Канал 221 включает в себя проходное сечение 224, в котором расположен клапанный канал 222. Газ должен проходить через клапанный канал 222, чтобы проходить между входом 216 и выходом 218 регуляторного клапана 214. Клапанный канал 222 выполнен с возможностью удаления из регуляторного клапана 214, так что он может быть заменен другим клапанным каналом 222, имеющим высверленное отверстие другого диаметра, или конфигурацию, подходящую для эксплуатационных и расходных характеристик регуляторного клапана 214 для конкретного применения.

[0019] Нагрузочная пружина 240 соединена со штоком 223 клапана, который функционально прикреплен к затвору 228 уравновешенного клапана. Затвор 228 взаимодействует с клапанным каналом 222 для управления расходом текучей среды между входом 216 и выходом 218. Конкретнее, затвор 228 клапана может содержать круговую канавку, в которой расположен резиновый диск 231. Диск 231 затвора 228 клапана контактирует с клапанным каналом 222 для достижения выравнивания и герметичного контакта между затвором 228 клапана и клапанным каналом 222 для закрывания клапана 214.

[0020] Настоящий вариант осуществления затвора 228 клапана дополнительно включает в себя уравновешенный затворный узел 244, имеющий втулку 246 и стопор 248. Втулка 246 имеет расточенное отверстие, которое помогает удерживать и направлять затвор 228 клапана, когда затвор 228 клапана совершает возвратно-поступательные движения в корпусе 219 клапана для управления расходом текучей среды. Втулка 246 может иметь уголковую наружную поверхность, чтобы увеличивать зазор в корпусе 219 клапана и/или улучшать сборку регулятора 214 давления.

[0021] Мембрана 250 прикреплена между затвором 228 клапана и муфтой 246. В данном варианте осуществления втулка 246 включает в себя первую втулочную часть 246а и вторую втулочную часть 246b, между которыми заключена наружная периферийная часть мембраны 250.

[0022] Держатель 248 крепит затвор 228 к штоку 223. Держатель 248 может содержать крепежную деталь, такую как болт с резьбой, которая функционально прикреплена к части штока 223 клапана. Один или больше выравнивающих проходов или каналов 254 расположены в затворе 228 соединяют по текучей среде проход 221 корпуса 214 с компенсационной камерой 256, образованной между второй втулочной частью 246b втулки 246 и мембраной 250. При такой конфигурации силы текучей среды, действующие на затвор 228 клапана, могут быть уравновешены с помощью текучей среды, движущейся через выравнивающие каналы 254 и до камеры 256. Конкретнее, текучая среда в компенсационной камере 256 прилагает усилие к выравнивающей мембране 250 в направлении клапанного канала 222, чтобы компенсировать силы, прилагаемые к затвору 228 клапана от клапанного канала 222 вследствие давления перед элементом на входе 216 клапана 214. Компоненты уравновешенного затворного узла 244, таким образом, выполнены так, что сила, прилагаемая выравнивающей мембраной 250, приближенно противоположна по направлению и равна по величине силе давления перед элементом, прилагаемой к затвору 228 клапана. Это эффективно устраняет какое-либо влияние давления перед элементом на действие уравновешенного затворного узла 244. По существу, достигнуто более точное управление давлением на выходе с помощью регулятора 210 давления газа.

[0023] Как упомянуто выше, привод 212 функционально связан с уравновешенным регуляторным клапаном 214 и содержит корпус 220, имеющий верхний корпусной компонент 220а и нижний корпусной компонент 220b, скрепленные вместе с помощью, например, множества крепежных деталей. Нижний корпусной компонент 220b образует камеру 227 управления и горловину 234 привода. Горловина 234 привода соединена с горловиной 226 клапана уравновешенного регуляторного клапана 214 для обеспечения сообщения по текучей среде между приводом 212 и уравновешенным регуляторным клапаном 214. Верхний корпусной компонент 230а образует камеру 225 нагружения давлением, а также заключает в себе часть блока 217 управления.

[0024] Блок 217 управления содержит мембрану 224, запирающую пружину 230, и поршень 232, который функционально связан как с мембраной 224, так и с рычагом 226 управления, имеющим затвор 228 клапана, функционально прикрепленный к нему. Мембрана 224 содержит отверстие, через которое проходит поршень 232, и может быть выполнена из гибкого, большей частью, воздухонепроницаемого материала. Периферийная часть мембраны 224 герметично прикреплена между верхним и нижним корпусными компонентами 220а, 220b корпуса 220. Блок 217 управления дополнительно содержит шток 287 привода, который взаимодействует с рычагом 226 управления, чтобы перемещать шток 223 клапана и затвор 228 клапана между открытым и закрытым положениями, так как мембрана 224 изгибается под воздействием изменений давления на выходе.

[0025] Давление, подаваемое в камеру 225 давления нагрузки, действует против давления в камере 227 управляющей системы. Давление в камере 227 управления является таким же, как давление на выходе 218 уравновешенного регуляторного клапана 214. Соответственно, сила или давление, прилагаемое с помощью привода 212, устанавливает выходное давление на необходимом заданном значении или управляющем давлении регулятора 210.

[0026] Для компенсации изменений выходного давления во время действия узел управляемого регуляторного клапана 260 функционально связан с приводом 212. При таком исполнении корпус 262 узла управляемого регуляторного клапана 260 прикреплен к нижней корпусной части 220b корпуса 220 привода 212, посредством этого образуя нераздельную часть устройства 210 регулирования текучей среды. Хотя узел управляемого регуляторного клапана 260 в данном исполнении описан как нераздельная часть устройства 210 регулирования текучей среды, управляемый регулятор 260 может, как вариант, быть внешним компонентом, соединенным трубопроводом с приводом 210, для выполнения той же самой функции, описанной в настоящем документе.

[0027] Узел управляемого регуляторного клапана 260 включает в себя управляемый клапан 261 и управляемый привод 271, соединенный с ним. Управляемый клапан 261 включает в себя корпус 262, имеющий вход 264, выход 266, и клапанный канал 268, расположенный между входом 264 и выходом 266. В данном исполнении вход 264 сообщается по текучей среде с входом 216 уравновешенного регуляторного клапана 214, а выход 266 сообщается по текучей среде с камерой 225 управляющего давления привода 212. Конкретнее входная линия 267 подачи давления соединяет вход 264 со входом 216 уравновешенного регуляторного клапана 214. Кроме того, линия 269 подачи давления нагрузки соединяет выход 266 с камерой 225 давления нагрузки.

[0028] Как показано дополнительно на фиг. 3, регулируемый привод 271 содержит блок 273 управления, имеющий мембрану 277, поршень 278, и рычаг 280 управления, снабженный затвором 270 клапана. Управляемый привод 271 дополнительно содержит кожух 274, соединенный с корпусом 262 управляемого клапана 261. Мембрана 277 расположена внутри кожуха 274 и разделяет кожух 274 на первую или нижнюю камеру 279 и вторую или верхнюю камеру 281. Вторая или верхняя камера 281 функционально связана и постоянно сообщается по текучей среде с камерой 227 управляющего давления привода 212, позволяя управляющему давлению протекать внутрь второй или верхней камеры 281 и восприниматься мембраной 277. При такой конфигурации нижняя поверхность 224b мембраны 224 привода 212 сообщается по текучей среде с верхней поверхностью 277а управляемой диафрагмы 277 привода. Кроме того, верхняя поверхность 224а мембраны привода 212 сообщается по текучей среде с выходом управляемого клапана 261. Изменения управляющего давления, воспринимаемые мембраной 277, принуждают затвор 270 клапана перемещаться между закрытым положением и открытым положением. Такое исполнение позволяет узлу 260 управляемого регуляторного клапана безошибочно и точно управлять и регулировать давление нагрузки, имеющееся в камере 225 давления нагрузки привода 212, и, следовательно, также имеющееся на верхней поверхности 224а мембраны 224 привода, за счет реагирования на незначительные изменения управляющего или выходного давления, измеряемого во второй камере 281 кожуха 274 управляемого привода.

[0029] Кожух 274 дополнительно содержит регулирующую пружину 276, которая упирается и взаимодействует с нижней поверхностью 277b мембраны 277. Регулировочный винт 283 расположен внутри кожуха 274 и взаимодействует с гнездом 285 под пружину. При такой конфигурации усилие, создаваемое регулирующей пружиной 276, является регулируемым с помощью поворота регулировочного винта 283, чтобы поднимать или опускать гнездо 285 под пружину.

[0030] На фиг. 3 изображен регулятор 210 по настоящему изобретению с затвором 228 клапана в закрытом или заблокированном положениях. При такой конфигурации газ не проходит через клапанный канал 222 регуляторного клапана 214 или через клапанный канал 268 управляемого клапана 261. Конкретнее, когда потребление отключено от газораспределительной системы, например, когда пользователь отключает устройство, давление в камере 227 управления и, таким образом, верхней камере 281 управляемого привода 271, сообщающегося по текучей среде с камерой 227 управления, увеличивается. В результате давление во второй или верхней камере 281 управляемого привода 271 больше, чем усилие, прилагаемое регулирующей пружиной 276 к мембране 277. Следовательно, мембрана 277 прижимается вниз, и затвор 270 клапана перемещается влево относительно ориентации по фиг. 3 в закрытое положение.

[0031] Когда управляемый клапан 261 находится в закрытом положении, давление нагрузки, подаваемое управляемым клапаном 261, прекращается, и закрытая конфигурация достигается внутри регуляторного клапана 214. Это происходит, поскольку давление нагрузки, соответствующее давлению в камере 225 давления нагрузки корпуса 220, и воспринимаемое мембраной 224, меньше, чем усилие, прилагаемое давлением в камере 227 управления привода 212. Соответственно, мембрана 224 и поршень 232 перемещаются вверх, а затвор 228 перемещается вправо относительно ориентации по фиг. 3 и в закрытое положение.

[0032] Когда в газораспределительной системе устанавливается эксплуатационное потребление, например, пользователь начинает эксплуатацию устройства, такого как печь, сушилка и др., устройство извлекает газ из выхода 218 и, соответственно, камеры 227 управления привода 212 и верхней камеры 281 управляемого привода 271, уменьшая давление, которое воспринимается мембраной 277 управляемого привода 271. Данное уменьшение давления вызывает статический дисбаланс, возникающий между усилием регулирующей пружины и усилием давления на мембране 277 управляемого привода 271, так что регулирующая пружина 276 растягивается и смещает мембрану 277 вверх относительно корпуса 262. Смещение мембраны 277 принуждает рычаг 280 управления поворачиваться против часовой стрелки, перемещая шток 272 клапана и затвор 270 клапана от клапанного канала 268. Данное открытое положение позволяет текучей среде проходить через клапанный канал 268, в линию 269 и в камеру 225 давления нагрузки. Текучая среда, проходящая в камеру 225 давления нагрузки, увеличивает давление нагрузки, прилагаемое к мембране 224.

[0033] Поскольку давление в камере 225 давления нагрузки увеличивается, а давление, воспринимаемое стороной камеры управления мембраны 224, уменьшается, возникает статический дисбаланс между усилием давления нагрузки в камере 225 давления нагрузки и усилием выходного давления на мембране 224. В результате мембрана 224 перемещается вниз относительно корпуса 220, вызывая также перемещение поршня 232 вниз. Это приводит к повороту рычага 226 управления в направлении против часовой стрелки, позволяя штоку 223 привода и затвору 228 клапана перемещаться от клапанного канала 222, а регуляторному клапану 214 - открываться.

[0034] Когда потребление на выходе отключено от газораспределительной системы, например, когда пользователь выключает устройство, выходное давление будет увеличиваться, и давление в камере 227 управления будет увеличиваться. Поскольку камера 227 управления сообщается по текучей среде с верхней камерой 281 управляемого привода 271, увеличенное давление, воспринимаемое мембраной 277 в верхней камере 281, перемещает мембрану 277 и поршень 278 вниз относительно корпуса 262, вызывая поворот рычага 280 управления. При этом шток 272 и затвор 270 переводится в направлении клапанного канала 268, и уменьшается или прекращается поток в управляемый клапан 261.

[0035] Когда давление нагрузки, подаваемое управляемым клапаном 261 уменьшается или прекращается, давление нагрузки в камере 225 давления нагрузки уменьшается, и пружина 230 перемещается в направлении вверх относительно корпуса 220. В результате мембрана 224 и поршень 232 прижимаются дополнительно вверх относительно корпуса 220. Перемещение вверх вызывает поворот рычага 226 управления в направлении по часовой стрелке, что, в свою очередь, дополнительно переводит шток 223 привода и затвор 228 клапана в направлении клапанного канала 222, чтобы уменьшать поток текучей среды через регуляторный клапан 214. В нормальных эксплуатационных условиях выходное давление будет падать до примерно заданного значения давления привода, и оставаться таковым до тех пор, пока не изменится потребление на выходе, в таком режиме, который вызывает реагирование со стороны привода 212.

[0036] От реализации управляемого нагружения и балансировки в регуляторе, описанном выше, может быть получен ряд преимуществ. Например, регуляторы в соответствии с настоящим изобретением могут быть реализованы в системах, где предвидятся высокие входные давления, при одновременном сохранении высокого уровня управления и точности в результирующих выходных давлениях. При повышенных входных давлениях усилие, прилагаемое к затвору 228 клапана выравнивающей мембраной 250, увеличивается, чтобы предотвращать влияние на блок 222 управления входных давлений. Регуляторы могут также найти применение тем, где ожидаются большие колебания входного давления, поскольку уравновешенный затвор по существу исключает чувствительность выходного давления к колебаниям входного давления. Следовательно, уравновешенный регуляторный клапан 214 обеспечивает более высокие номинальные мощности регуляторов и более высокую точность регулирования выходных давлений с помощью регулятора. Нагрузка от давления через узел 260 управляемого регуляторного клапана также обеспечивает более высокую номинальную мощность регулятора. Влияние «статизма» на способность регулятора поддерживать выходное управляющее давление на необходимом заданном значении давления уменьшено благодаря способности узла 260 управляемого регуляторного клапана поддерживать более стойкую нагрузку на мембрану регулятора. Кроме того, стойкость нагрузки приводит к увеличению точности управления, обеспечиваемой регулятором.

[0037] Хотя в дальнейшем тексте изложено подробное описание многочисленных вариантов осуществления изобретения, следует понимать, что правовой объем изобретения определяется содержанием формулы, изложенной в конце настоящего патента. Подробное описание следует рассматривать только в качестве примерного и не описывающего все возможные варианты осуществления изобретения, поскольку описание всех возможных вариантов осуществления было бы непрактичным, если не невозможным. Может быть реализовано множество альтернативных вариантов осуществления, используя либо существующую технологию, либо технологию, разработанную после даты подачи данного патента, которые будут подпадать под объем действия формулы настоящего патента. Например, другие устройства управления текучей средой, содержащие другие регуляторы и регулирующие клапаны, могут также получать преимущества от конструкций и/или преимуществ настоящего изобретения. В общем, хотя в настоящем документе описан определенный пример устройства и способы, объем действия настоящего патента не ограничивается им. Напротив, данный патент охватывает все способы, устройства и изделия, явно подпадающие под объем действия прилагаемой формулы изобретения, либо буквально, либо по доктрине эквивалентов.

Изобретение относится к устройствам управления текучей средой. Предложенное устройство регулирования текучей среды содержит регуляторный клапан, привод и узел управляемого регуляторного клапана. Узел управляемого регуляторного клапана создает нагрузку давления на поверхность мембраны привода в ответ на изменения выходного давления, прилагаемого к противоположной поверхности мембраны. Верхняя камера узла управляемого регуляторного клапана сообщается по текучей среде с камерой управления привода, позволяя как мембране привода, так и узлу управляемого регуляторного клапана одновременно воспринимать изменения давления внутри камер. Когда выходное давление изменяется, мембраны как привода, так и узла управляемого регуляторного клапана смещаются для регулирования выходного давления, и узел управляемого регуляторного клапана поддерживает давление нагрузки. Регулятор дополнительно содержит уравновешенный регуляторный клапан, прилагающий уравновешивающую силу для компенсации усилия выходного давления на уравновешенный затвор клапана. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство регулирования текучей среды, содержащее:

клапан, имеющий первый вход, первый выход и первый клапанный канал, расположенный между первым входом и первым выходом;

соединенный с клапаном привод, содержащий:

корпус, соединенный с клапаном;

первый затвор клапана, расположенный внутри клапана и выполненный с возможностью перемещения между закрытым положением во взаимодействии с первым клапанным каналом и открытым положением, расположенным вдали от первого клапанного канала;

втулку, выполненную с возможностью удержания и направления первого затвора клапана, причем втулка имеет первую втулочную часть и вторую втулочную часть, при этом первая втулочная часть частично расположена внутри направляющей штока;

выравнивающую мембрану, функционально связанную с первым затвором клапана и имеющую первую сторону, сообщающуюся по текучей среде с входным давлением на входе клапана, при этом входное давление прилагает первое усилие к первому затвору клапана в направлении открытого положения, и входное давление действует на выравнивающую мембрану, чтобы прилагать второе усилие к первому затвору клапана в направлении закрытого положения, а величина первого и второго усилий примерно равна, при этом выравнивающая мембрана имеет наружную периферийную часть, заключенную между первой втулочной частью и второй втулочной частью;

первую мембрану, расположенную внутри корпуса и разделяющую корпус на камеру давления нагрузки и камеру управляющего давления, причем первая мембрана функционально связана с первым затвором клапана, а камера управляющего давления сообщается по текучей среде с первым выходом клапана, и

узел управляемого регуляторного клапана, соединенный с приводом и содержащий:

корпус клапана, имеющий второй вход, второй выход и второй клапанный канал, расположенный между вторым входом и вторым выходом, при этом второй вход сообщается по текучей среде с первым входом, а второй выход сообщается по текучей среде с камерой давления нагрузки корпуса привода, и

кожух, соединенный с корпусом;

второй затвор клапана, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью перемещения между закрытым положением во взаимодействии со вторым клапанным каналом и открытым положением, расположенным вдали от второго клапанного канала;

вторую мембрану, расположенную внутри кожуха и разделяющую кожух на первую камеру и вторую камеру, при этом вторая мембрана функционально связана со вторым затвором клапана, а вторая камера сообщается по текучей среде с камерой управляющего давления привода, так что первая поверхность первой мембраны привода сообщается по текучей среде с первой поверхностью второй мембраны узла управляемого регуляторного клапана, и

регулирующую пружину, расположенную внутри первой камеры кожуха и взаимодействующую со второй поверхностью второй мембраны,

причем вторая мембрана и регулирующая пружина выполнены таким образом, чтобы принуждать второй затвор клапана перемещаться в направлении открытого положения, когда давление во второй камере кожуха уменьшается, и принуждать второй затвор клапана перемещаться в направлении закрытого положения, когда давление во второй камере кожуха увеличивается, чтобы поддерживать давление в камере давления нагрузки привода примерно равным заранее заданному давлению нагрузки,

причем привод выполнен таким образом, чтобы принуждать первый затвор клапана перемещаться в направлении открытого положения, когда давление в камере давления нагрузки увеличивается, и принуждать первый затвор клапана перемещаться в направлении закрытого положения, когда давление в камере давления нагрузки уменьшается, чтобы поддерживать давление на первом выходе примерно равным заранее заданному значению давления.

2. Устройство регулирования текучей среды по п. 1, в котором привод содержит рычаг управления, установленный с возможностью поворота в корпусе и функционально связывающий первую мембрану с первым затвором клапана, причем первая мембрана принуждает рычаг управления поворачиваться в первом направлении, чтобы перемещать первый затвор клапана в направлении открытого положения, когда давление в камере давления нагрузки увеличивается, и принуждает рычаг управления поворачиваться во втором направлении, чтобы перемещать первый затвор клапана в направлении закрытого положения, когда давление в камере давления нагрузки уменьшается.

3. Устройство регулирования текучей среды по любому из п. 1 или 2, в котором вторая камера постоянно сообщается по текучей среде с камерой управляющего давления привода независимо от положения первой и/или второй мембраны.

4. Устройство регулирования текучей среды по любому из п. 1 или 2, в котором узел управляемого регуляторного клапана дополнительно содержит рычаг управления, функционально связывающий вторую мембрану со вторым затвором клапана, причем вторая мембрана принуждает рычаг управления поворачиваться в первом направлении, чтобы перемещать второй затвор клапана в направлении открытого положения, когда давление во второй камере уменьшается, и принуждает рычаг управления поворачиваться во втором направлении, чтобы перемещать второй затвор клапана в направлении закрытого положения, когда давление во второй камере увеличивается.

5. Устройство регулирования текучей среды по любому из п. 1 или 2, в котором управляемый регулятор содержит регулировочный механизм регулирующей пружины, взаимодействующий с регулирующей пружиной для регулирования усилия, прилагаемого регулирующей пружиной ко второй мембране, чтобы увеличивать и уменьшать давление, создаваемое во второй камере кожуха.

6. Устройство регулирования текучей среды по любому из п. 1 или 2, в котором регулировочный механизм регулирующей пружины содержит регулировочный винт и функционально связан с регулирующей пружиной.

7. Устройство регулирования текучей среды, содержащее:

клапан, имеющий первый вход, первый выход и первый клапанный канал, расположенный между первым входом и первым выходом;

соединенный с клапаном привод, содержащий:

первый затвор клапана, расположенный внутри клапана и выполненный с возможностью перемещения между закрытым положением во взаимодействии с первым клапанным каналом и открытым положением, расположенным вдали от первого клапанного канала,

втулку, выполненную с возможностью удержания и направления первого затвора клапана, причем втулка имеет первую втулочную часть и вторую втулочную часть, причем первая втулочная часть частично расположена внутри направляющей штока;

выравнивающую мембрану, функционально связанную с первым затвором клапана и имеющую первую сторону, сообщающуюся по текучей среде с входным давлением на входе клапана, при этом входное давление прилагает первое усилие к первому затвору клапана в направлении открытого положения, и входное давление действует на выравнивающую мембрану, чтобы прилагать второе усилие к первому затвору клапана в направлении закрытого положения, а величина первого и второго усилий примерно равны, при этом выравнивающая мембрана имеет наружную периферийную часть, заключенную между первой втулочной частью и второй втулочной частью, и

первую мембрану, функционально связанную с первым затвором клапана, чтобы перемещать первый затвор клапана между открытым и закрытым положениями, и разделяющую привод на камеру давления нагрузки и камеру управляющего давления, и

узел управляемого клапана, соединенный с клапаном и приводом и содержащий:

узел управляемого регуляторного клапана, имеющий второй вход, второй выход и второй клапанный канал, расположенный между вторым входом и вторым выходом, при этом второй вход сообщается по текучей среде с первым входом клапана, а второй выход сообщается по текучей среде с камерой давления нагрузки, и

управляемый привод, имеющий кожух и вторую мембрану, расположенную в кожухе и разделяющую кожух на первую камеру и вторую камеру, причем нижняя поверхность первой мембраны сообщается по текучей среде с верхней поверхностью второй мембраны;

причем узел управляемого клапана конфигурирован таким образом, чтобы увеличивать поток текучей среды через камеру давления нагрузки привода, когда давление во второй камере кожуха меньше, чем давление нагрузки, и уменьшать поток текучей среды через камеру давления нагрузки привода, когда давление во второй камере кожуха увеличивается, чтобы поддерживать давление у нижней поверхности первой мембраны примерно равным давлению нагрузки, и

привод выполнен таким образом, чтобы принуждать первый затвор клапана перемещаться в направлении открытого положения, когда давление в камере давления нагрузки увеличивается, и принуждать первый затвор клапана перемещаться в направлении закрытого положения, когда давление в камере давления нагрузки уменьшается, чтобы поддерживать давление на первом выходе примерно равным заранее заданному значению давления.

8. Устройство регулирования текучей среды по п. 7, в котором привод содержит рычаг управления, установленный с возможностью поворота в корпусе и функционально связывающий первую мембрану с первым затвором клапана, причем первая мембрана принуждает рычаг управления поворачиваться в первом направлении, чтобы перемещать первый затвор клапана в направлении открытого положения, когда давление в камере давления нагрузки увеличивается, и принуждает рычаг управления поворачиваться во втором направлении, чтобы перемещать первый затвор клапана в направлении закрытого положения, когда давление в камере давления нагрузки уменьшается.

9. Устройство регулирования текучей среды по любому из п. 7 или 8, в котором вторая камера постоянно сообщается по текучей среде с камерой управляющего давления привода, независимо от положения первой и/или второй мембраны.

10. Устройство регулирования текучей среды по любому из п. 7 или 8, в котором узел управляемого регуляторного клапана дополнительно содержит:

корпус, имеющий второй вход и второй выход;

второй затвор клапана, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью перемещения между закрытым положением во взаимодействии со вторым клапанным каналом и открытым положением, расположенным вдали от второго клапанного канала;

вторую мембрану, функционально связанную со вторым затвором клапана для перемещения второго затвора клапана между открытым и закрытым положением и

регулирующую пружину, взаимодействующую со второй поверхностью второй мембраны, причем вторая мембрана и регулирующая пружина выполнены таким образом, чтобы принуждать второй затвор клапана перемещаться в направлении открытого положения и увеличивать поток текучей среды через второй клапанный канал, когда давление во второй камере уменьшается, и чтобы принуждать второй затвор клапана перемещаться в направлении закрытого положения и уменьшать поток текучей среды через второй клапанный канал, когда давление во второй камере увеличивается, для поддержания давления у второй поверхности первой мембраны примерно равным давлению нагрузки.

11. Устройство регулирования текучей среды по любому из п. 7 или 8, в котором управляемый привод содержит рычаг управления, функционально связывающий вторую мембрану со вторым затвором клапана, причем вторая мембрана принуждает рычаг управления поворачиваться в первом направлении, чтобы перемещать первый затвор клапана в направлении открытого положения, когда давление во второй камере уменьшается, и принуждает рычаг управления поворачиваться во втором направлении, чтобы перемещать второй затвор клапана в направлении закрытого положения, когда давление во второй камере увеличивается.

12. Устройство регулирования текучей среды по любому из п. 7 или 8, в котором управляемый привод содержит регулировочный механизм регулирующей пружины, взаимодействующий с регулирующей пружиной для регулирования усилия, прилагаемого регулируемой пружиной ко второй мембране.

13. Устройство регулирования текучей среды по любому из п. 7 или 8, в котором регулировочный механизм регулирующей пружины содержит регулировочный винт, функционально связанный с регулирующей пружиной, причем усилие, прилагаемое регулирующей пружиной ко второй мембране, увеличивается, когда регулировочный винт поворачивают в первом направлении, и уменьшается, когда регулировочный винт поворачивают во втором направлении.