РЕГУЛЯТОР ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ С ИНТЕГРИРОВАННЫМ ПЕРЕПУСКНЫМ КЛАПАНОМ ДЛЯ БЫСТРОГО СОЗДАНИЯ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК G05D16/10 G05D7/01 F16K17/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Данное изобретение относится к регуляторам текучей среды, в частности к регуляторам текучей среды, применяемых в системах, которые требуют быстрого создания давления.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Устройства управления расходом текучей среды, например, регуляторы текучей среды, широко используются в целом ряде областей применения, чтобы обеспечить подачу текучей среды от источника к месту назначения без превышения заранее установленного управляющего давления. Другими словами, стандартные регуляторы давления снижают давление текучей среды, подаваемой от источника, до управляющего давления, подходящего для намеченного применения.

[0003] Регуляторы в целом применяются в системах, непрерывно находящихся под давлением. Например, при добыче нефти и газа в открытом море гидравлические регуляторы встраивают в линии наземного питания, по которым рабочие жидкости под высоким давлением подают к подводному оборудованию, расположенному на расстоянии несколько миль. Во время нормальной работы линия наземного питания наполнена текучей средой, находящейся под давлением, так что регулятор работает просто для того, чтобы давление в линии наземного питания не превысило управляющего давления.

[0004] Однако при пуске линии наземного питания обычно заполняют текучей средой в тот момент, когда их подключают к регулятору, но текучая среда находится под давлением не обязательно. Следовательно, после соединения необходимо создать давление в линии, что требует воздействия на регулятор условий высокого давления или высокого расхода на входе и низкого давления на выходе. Типичные регуляторы не предназначены для работы с такими расходами, кроме того, создание давления может длиться дольше, чем необходимо. Чтобы приспособиться к таким ситуациям, систему подачи текучей среды могут оснастить отходящим от регулятора перепускным контуром. Как правило, перепускной контур содержит клапан с ручным управлением, включенный между подающей трубой, отводящей текучую среду от регулятора, и обратной трубой, подающей текучую среду обратно в гидравлическую систему ниже по потоку от регулятора. Поскольку в линии наземного питания или другой линии, расположенной ниже по потоку от регулятора, создано достаточное давление, оператор вручную закрывает перепускной контур, чтобы во время нормальной работы снова направить через регулятор весь поток текучей среды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Один аспект данного изобретения относится к устройству управления расходом текучей среды, содержащему корпус клапана, канал регулятора, перепускной канал, перепускное устройство и регулятор. В корпусе клапана образованы впускное отверстие, выпускное отверстие, проточный канал, расположенный между впускным отверстием и выпускным отверстием, полость регулятора, расположенную между проточным каналом и выпускным отверстием, и перепускную полость, расположенную между проточным каналом и выпускным отверстием. Канал регулятора проходит между впускным и выпускным отверстиями корпуса клапана через проточный канал и полость регулятора, и имеет первую полезную площадь поперечного сечения. Перепускной канал проходит между впускным и выпускным отверстиями корпуса клапана через проточный канал и перепускную полость и имеет вторую полезную площадь поперечного сечения, которая больше первой полезной площади поперечного сечения.

[0006] Перепускной клапан соединен с корпусом клапана и содержит перепускной узел управления. Перепускной узел управления содержит перепускной управляющий элемент и перепускное поджимающее устройство. Перепускной управляющий элемент выполнен с возможностью перемещения относительно перепускной полости корпуса клапана между открытым положением, делающим возможным протекание текучей среды по перепускному каналу, и закрытым положением, предотвращающим протекание текучей среды по перепускному каналу. Перепускное поджимающее устройство толкает перепускной управляющий элемент по направлению к открытому положению, так что перепускной управляющий элемент занимает закрытое положение только тогда, когда давление текучей среды в перепускной полости равно или больше заданного перепускного давления.

[0007] Регулятор соединен с корпусом клапана и содержит узел управления регулятора. Узел управления регулятора содержит управляющий элемент регулятора и поджимающее устройство регулятора. Управляющий элемент регулятора может перемещаться относительно полости регулятора корпуса клапана между открытым положением, которое не предотвращает протекание текучей среды по каналу регулятора, и закрытым положением, предотвращающим протекание текучей среды по каналу регулятора. Поджимающее устройство регулятора толкает управляющий элемент регулятора по направлению к открытому положению, так что управляющий элемент регулятора занимает открытое положение только до тех пор, пока давление текучей среды в полости регулятора равно или больше заданного давления регулятора. Заданное давление регулятора больше заданного перепускного давления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Фиг. 1 представляет собой вид сбоку в разрезе варианта устройства управления расходом текучей среды, содержащего регулятор и интегрированный перепускной клапан, выполненный в соответствии с принципами данного изобретения. Здесь перепускной клапан показан в открытом положении.

[0009] Фиг. 2 представляет собой вид сбоку в разрезе устройства управления расходом текучей среды, изображенного на фиг. 1. Здесь перепускной клапан показан в закрытом положении.

[0010] Фиг. 3 представляет собой частичный детальный вид регулятора устройства управления расходом текучей среды, изображенного на фиг. 1 и 2. Здесь регулятор показан в закрытом положении.

[0011] Фиг. 4 представляет собой частичный детальный вид регулятора устройства управления расходом текучей среды, изображенного на фиг. 1 и 2. Здесь регулятор выполняет функцию снижения избыточного давления.

[0012] Фиг. 5 представляет собой вид сбоку в разрезе еще одного варианта предлагаемого устройства управления расходом текучей среды. Здесь перепускной клапан показан в открытом положении.

[0013] Фиг. 6 представляет собой вид сбоку в разрезе устройства управления расходом текучей среды, изображенного на фиг. 5. Здесь перепускной клапан показан в закрытом положении.

[0014] Фиг. 7 представляет собой вид сбоку в разрезе еще одного варианта предлагаемого устройства управления расходом текучей среды. Здесь перепускной клапан показан в открытом положении.

[0015] Фиг. 8 представляет собой вид сбоку в разрезе устройства управления расходом текучей среды, изображенного на фиг. 7. Здесь перепускной клапан показан в закрытом положении.

[0016] Фиг. 9 представляет собой частичный детальный вид перепускного клапана устройства управления расходом текучей среды, изображенного на фиг. 1 и 2. Этот чертеж иллюстрирует модифицированное отверстие седла, подходящее для любого из устройств управления расходом текучей среды, описанных со ссылкой на фиг. 1-8.

[0017] Фиг. 10 представляет собой частичный детальный вид предлагаемого альтернативного перепускного клапана, содержащего фиксатор блокировки, подходящий для любого из предлагаемых устройств управления расходом текучей среды. Здесь фиксатор блокировки показан в заблокированном положении.

[0018] Фиг. 11 представляет собой частичный детальный вид альтернативного перепускного клапана фиг. 10. Здесь фиксатор блокировки показан в разблокированном положении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0019] Данное изобретение относится к устройству управления расходом текучей среды, содержащему регулятор с интегрированным перепускным клапаном для защиты регулятора от воздействия потоков текучей среды, при определенных рабочих режимах имеющих большую скорость и высокое давление. Регулятор и перепускной клапан соединены посредством общего корпуса клапана, в котором образованы впускное отверстие и выпускное отверстие. Регулятор и перепускной клапан в каждом случае содержат узел управления для управления протеканием текучей среды по отдельным каналам для протекания текучей среды в регуляторе и перепускном устройстве, проходящим между впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса клапана. Конечно, каждый из узлов управления смещен в открытое положение, так что протекание текучей среды по этим каналам не предотвращается. Кроме того, узлы управления перемещаются из открытого положения и в закрытое положение только тогда, когда давление текучей среды в корпусе клапана становится больше соответствующего заданного давления. Например, в одном варианте одна пружина поджимает перепускной узел управления в открытое положение до тех пор, пока давление в корпусе клапана не достигнет заданного перепускного давления, а другая пружина поджимает узел управления регулятора в открытое положение до тех пор, пока давление в корпусе клапана не достигнет заданного давления регулятора. По существу, если как регулятор, так и перепускной клапан открыты, то текучая среда, текущая между впускным отверстием и выпускным отверстием, может перемещаться как по каналу регулятора, так и по перепускному каналу. В большинстве случаев минимальная полезная площадь поперечного сечения перепускного канала значительно больше минимальной полезной площади поперечного сечения канала регулятора, поэтому большая часть потока проходит через перепускной клапан. Так как перепускной клапан предназначен для функционирования только в определенных рабочих режимах, а регулятор предназначен для работы во время нормальных параметров потока, заданное давление этих двух устройств отличается. Точнее, заданное давление перепускного клапана ниже заданного давления регулятора. По существу, если перепускной клапан закрывается, регулятор остается открытым и действует, как единственный механизм, при помощи которого во время нормальной работы регулируется давление на выходе.

[0020] Снова обратим внимание на чертежи. Фиг. 1 иллюстрирует один из вариантов устройства 10 управления расходом текучей среды, сконструированного в соответствии с принципами данного изобретения. Устройство 10 содержит регулятор 12 и перепускной клапан 14, которые вместе используют общий корпус 16 клапана. В данном варианте корпус 16 клапана содержит в себе цельный корпус клапана, изготовленный из цельного элемента из одного материала, в котором образованы впускное отверстие 18, выпускное отверстие 20, проточный канал 22, полость 24 регулятора и перепускную полость 26.

[0021] Проточный канал 22, в целом, представляет собой цилиндрическое пространство, образованное в центре корпуса 16 клапана между впускным отверстием 18 и выпускным отверстием 20 и сообщающееся с впускным отверстием 18 и выпускным отверстием 20. Полость 24 регулятора также расположена между впускным отверстием 18 и выпускным отверстием 20 корпуса 16 клапана. В описываемом варианте она состоит из трех частей: клапанной части 24а, регулирующей части 24b и выпускной части 24с. Аналогично перепускная полость 26 расположена между впускным отверстием 18 и выпускным отверстием 20 корпуса 16 клапана. В описываемом варианте она также состоит из трех частей: клапанной части 26а, регулирующей части 26b и выпускной части 26с. Клапанные части 24а, 26а полости 24 регулятора и перепускной полости 26 проходят от проточного канала 22 к соответствующим регулирующим частям 24b, 26b, а выпускные части 24с, 26с проходят от соответствующих регулирующих частей 24b, 26b к выпускному отверстию 20 корпуса 16 клапана.

[0022] Таким образом, в описываемом варианте устройства 10 управления расходом текучей среды в корпусе 12 клапана образованы два канала для протекания текучей среды: канал FP1 регулятора, проходящий между впускным отверстием 18 и выпускным отверстием 20 корпуса 16 клапана через проточный канал 22 и полость 24 регулятора, и перепускной канал FP2, проходящий между впускным отверстием 18 и выпускным отверстием 20 корпуса 16 клапана через проточное отверстие 22 и перепускную полость 26. Как показано на фиг. 1, полость 24 регулятора и перепускная полость 26 отделены друг от друга. Следовательно, части канала FP1 регулятора и перепускного канала FP2, проходящие через соответствующие полости 24, 26, отделены друг от друга. Остальные части каналов FP1, FP2, расположенные во впускном отверстии 18, выпускном отверстии 20 и проточном канале 22 корпуса 16 клапана, могут рассматриваться, например, как общие или совмещенные.

[0023] Изображенный на фиг. 1 регулятор 12 описываемого устройства 10 управления расходом текучей среды представляет собой лишь один пример типа регулятора, который может быть применен в соответствии с данным изобретением. Он может содержать, например, гидрорегулятор TESCOM 50-2000 Series Regulator. Несмотря на это, предлагаемый Устройство 10 управления расходом текучей среды также может содержать в себе регуляторы других типов, например, один из следующих последовательных гидрорегуляторов TESCOM: 50-2200, 54-2000, 54-2200, 54-2800 или любой из следующих последовательных пневморегуляторов TESCOM: 44-1100, 26-1000, 26-2000, 44-1300 и 44-4000. Конечно, в устройство 10 управления расходом текучей среды могут быть встроены другие подходящие регуляторы, которые конкретно не названы.

[0024] Изображенный на фиг. 1 описываемый регулятор 12 содержит крышку 28, узел 30 управления регулятора, датчик 32 обратного хода и распорную деталь 33. Как показано на этом чертеже, крышка 28 содержит полую цилиндрическую деталь, которая образует полость 34 крышки и с помощью резьбового соединения прикреплена к корпусу 16 клапана. Точнее, крышка 28 содержит несколько витков 36 наружной резьбы, находящихся в резьбовом зацеплении с несколькими витками 38 внутренней резьбы, образованными на внутренней боковой стенке полости 24 регулятора в корпусе 16 клапана. Датчик 32 обратного хода и распорная деталь 33 закреплены в полости 24 регулятора в корпусе 16 клапана в результате крепления крышки 28. При изображенной на чертеже конфигурации датчик 32 обратного хода и распорная деталь 33 приспособлены для содействия нормальной работе регулятора 12, а также функции снижения избыточного давления, которая описана ниже.

[0025] Из фиг. 1 также следует, что узел 30 управления регулятора 12 содержит нагрузочное устройство 40 и клапанное устройство 42. Нагрузочное устройство 40 состоит из центрального штока 44, первого седла 46 пружины, второго седла 48 пружины и поджимающего устройства 50 регулятора в виде устанавливающей пружины для прикладывания поджимающей силы к клапанному устройству 42, как будет описано ниже. Как показано на чертеже, центральный шток 44 описанного узла 30 управления смонтирован внутри полости 34 крышки и проходит от того конца крышки 28, который находится напротив корпуса 16 клапана. На центральном штоке 44 смонтировано первое седло 46 пружины. Поджимающее устройство 50 регулятора находится между первым и вторым гнездами 46, 48 пружины и поджимает второе седло 48 пружины от первого седла 46 пружины, в направлении датчика 32 обратного хода, который ограничивает осевое смещение второго седла 48 пружины от первого седла 46 пружины. В описываемом варианте осуществления устройства 10 управления расходом текучей среды первое седло 46 пружины навинчено на центральный шток 44, так что местоположение первого седла 46 пружины в полости 34 крышки в осевом направлении может регулироваться посредством вращения центрального штока 44 при помощи наружной регулировочной ручки 52. Следовательно, благодаря регулировке положения первого седла 46 пружины возможна регулировка величины силы, прикладываемой ко второму седлу 48 пружины при помощи поджимающего устройства 50 регулятора, благодаря которой в свою очередь возможна регулировка величины силы, прикладываемой к клапанному устройству 42 при помощи нагрузочного устройства 40.

[0026] Из фиг. 3 видно, что в описываемом варианте клапанное устройство 42, в целом, состоит из измеряющего элемента 54, соединителя 56 и управляющего элемента 58, установленных коаксиально друг другу, чтобы открывать и закрывать регулятор 12 в ответ на изменения давления в корпусе 16 клапана. Как показано, измеряющий элемент 54 с возможностью перемещения установлен в сквозном отверстии 60, образованном в датчике 32 обратного хода, и содержит первый конец 54а, расположенный вблизи второго седла 48 пружины нагрузочного устройства 40, и второй конец 54b, находящийся на расстоянии от второго седла 42 пружины. На измеряющем элементе 54 может находится несколько уплотнительных элементов 55 (например, уплотнительных колец круглого сечения) и/или направляющих колец 57, обеспечивающих уплотнение между измеряющим элементом 54 и датчиком 33 обратного хода. Между первым концом 54а измеряющего элемента 54 и вторым седлом 48 пружины расположен шариковый элемент 59, чтобы измеряющий элемент 54 оставался выровненным относительно соединителя 56 и управляющего элемента 58 даже в том случае, если сила, приложенная ко второму седлу 48 пружины при помощи поджимающего устройства 50 регулятора, непосредственно не выровнена относительно этих компонентов. Второй конец 54b измеряющего элемента 54 содержит расширенную измеряющую поверхность 62 и проходящее в осевом направлении глухое отверстие 64, которые изображены на фиг. 3. Глухое отверстие 64 имеет поверхность 64а заплечика, которая немного смещена внутрь относительно измеряющей поверхности 62 и заканчивается в радиальном отверстии 67, проходящем поперек измеряющего элемента 54. Глухое и радиальное отверстия 64, 67 измеряющего элемента 54 предназначены для стравливания избыточного давления текучей среды из регулятора 12 при осуществлении функции снижения избыточного давления, которая описана ниже.

[0027] Из фиг. 3 также следует, что соединитель 56 клапанного устройства 42 также имеет первый конец 56а и второй конец 56b. Первый конец 56а предназначен для нахождения в глухом отверстии 64 измеряющего элемента 54, напротив поверхности 64а заплечика, если регулятор 12 принимает открытое положение, как показано на фиг. 1-3. Второй конец 56b соединителя 56 содержит часть 66 уменьшенного диаметра, с возможностью перемещения установленную в отверстии 70 седла 68 клапана. В описываемом варианте 3 седло 68 клапана может содержать полую цилиндрическую деталь, с помощью резьбового соединения закрепленную в обойме 72, которая в свою очередь с помощью резьбового соединения закреплена в полости 24 регулятора в корпусе 16 клапана. По существу седло 68 клапана закреплено в определенном положении в корпусе 16 клапана так, что в нем с возможностью перемещения установлен соединитель 56 для открытия и закрытия управляющего элемента 58.

[0028] То есть, управляющий элемент 58 данного варианта, который можно представить, как шток клапана, содержит первый конец 58а с конической передней частью 74 и второй конец 58b, образующий проходящие в радиальном направлении выступы 76. Как показано на чертеже, шток 58 клапана с возможностью перемещения установлен во второй обойме 78, закрепленной в полости 24 регулятора в корпусе 16 клапана, и при помощи пружины 80 поджат в направлении седла 58 клапана. Пружина 80 заключена между торцевой стенкой 82 второй обоймы 78 и выступами 76 штока 58 клапана.

[0029] Как указано выше, описываемый регулятор 12 поджат в открытое положение, так что узел 30 управления регулятора, естественно, не предотвращает протекание текучей среды по каналу FP1 регулятора. По существу в условиях отсутствия какого-либо другого препятствия узел 30 управления регулятора делает возможным протекание текучей среды по каналу FP1 регулятора, если он находится в открытом положении. Конкретнее, как показано на фиг. 1-3, в открытом положении поджимающее устройство 50 регулятора поджимает второе гнездо 48 пружины нагрузочного устройства 40 от первого седла 46 пружины до прилегания к датчику 32 обратного хода. В результате измеряющий элемент 54, соединитель 56 и шток 58 клапана позиционируются в своих соответствующих крайних левых положениях относительно ориентации фиг. 1-3. Таким образом, как изображено на фиг. 3, часть 66 соединителя 56, имеющая уменьшенный диаметр, проходит через отверстие 70 седла 68 клапана и прилегает к концу 74а конической передней части 74 штока 58 клапана, в результате позиционируя коническую переднюю часть 74 на расстоянии от отверстия 70 седла.

[0030] При такой конфигурации текучая среда течет из впускного отверстия 18 корпуса 12 клапана, через проточный канал 22 и полость 24 регулятора, к выпускному отверстию 20, вдоль канала FP1 регулятора, как показано стрелками на фиг. 3. Точнее, из проточного канала 22 текучая среда течет через клапанную часть 24а полости 24 регулятора, через отверстие 84, образованное в одном торце второй обоймы 78. Отсюда текучая среда течет вокруг штока 58 клапана, в направлении измеряющего элемента 54, через открытое отверстие 70 седла 68 клапана. После выхода из гнезда 68 клапана текучая среда через одно или несколько радиальных отверстий 86, образованных в распорной детали 33, перемещается от регулирующей части 24b полости 24 регулятора к выпускной части 24с. Из выпускной части 24 с полости 24 регулятора текучая среда течет прямо к выпускному отверстию 20 корпуса 16 клапана.

[0031] Так как текучая среда находится вдоль канала FP1 регулятора, давление текучей среды в регулирующей части 24b полости 24 регулятора непрерывно контролируется при помощи измеряющей поверхности 62 измеряющего элемента 54. Этому способствует внедрение одного или нескольких осевых сквозных отверстий 88, образованных в распорной детали 33 рядом с измеряющей поверхностью 62. По существу, если регулятор 12 открыт, измеряющий элемент 54 непрерывно контролирует давление текучей среды, имеющееся на измеряющей поверхности 62 для контролирования точного положения соединителя 56 и штока 54 клапана.

[0032] Таким образом, если давление у впускного отверстия 18 и, следовательно, в проточном канале 22 в конечном итоге увеличивается выше заранее установленного заданного давления регулятора, то измеряющий элемент 54 начинает перемещаться вправо относительно ориентации фиг. 1-3, против поджатия поджимающего устройства 50 регулятора. Любое перемещение измеряющего элемента 54 вправо обязательно уменьшает величину силы, которую измеряющий элемент 54 прикладывает к соединителю 56 и штоку 58 клапана. По существу, поскольку измеряющий элемент 54 перемещается вправо, шток 58 клапана и соединитель 56 под действием пружины 80, установленной во второй обойме 78, также перемещаются вправо. Так как шток 58 клапана перемещается вправо, коническая передняя часть 74 постепенно перемещается ближе к отверстию 70 седла 68 клапана, а затем ограничивает количество текучей среды, текущей по каналу FP1 регулятора. Конечно, в результате любого снижения давления на входе ниже заданного давления регулятора поджимающее устройство 50 регулятора может автоматически перемещать измеряющий элемент 54, соединитель 56 и шток 58 клапана влево, в открытое положение, изображенное на фиг. 1-3.

[0033] Как указано выше, регулятор 12 описываемого варианта устройства 10 управления расходом текучей среды также выполнен с возможностью осуществления функции снижения избыточного давления, например, при таких условиях, когда давление у выпускного отверстия 20 корпуса 20 клапана становится слишком высоким. Из фиг. 4 следует, что при таких условиях давление у выпускного отверстия 20 передается в выпускную часть 24 с и в управляющую часть 24b полости 24 регулятора, как показано стрелками на фиг. 4. Отсюда высокое давление на выходе через радиальные и осевые отверстия 86, 88, образованные в распорной детали 33, контролируется при помощи измеряющей поверхности 62 измеряющего элемента 54. Под действием этого высокого давления измеряющий элемент 54 перемещается в свое крайнее правое положение относительно ориентации фиг. 4, преодолевая силу, создаваемую поджимающим устройством 50 регулятора. При такой конфигурации поверхность 64а заплечика глухого отверстия 64 на конце 54b соединителя 54 перемещается от первого конца 56а, из положения взаимодействия с первым концом 56а соединителя 56. В результате этого перемещения глухое отверстие 64 открывается, и глухое отверстие 64 открывает канал FP3 сброса давления, чтобы сбросить высокое избыточное давление на выходе системы.

[0034] Канал FP3 сброса давления образован глухими и радиальными отверстиями 64, 67 в измеряющем элементе 54, в сочетании с поперечным отверстием 90, образованным в датчике 32 обратного хода, и одним или несколькими вентиляционными отверстиями 92, образованными в боковой стенке корпуса 16 клапана, как показано на фиг. 4. Хотя на фиг. 4 показано вентиляционное отверстие 92, выходящее из корпуса 16 клапана, в целом, параллельно впускному и выпускному отверстиям 18, 20, в зависимости от конечного применения, может оказаться предпочтительным, иметь вентиляционное отверстие 92, расположенное перпендикулярно впускному и выпускному отверстиям 18, 20.

[0035] Величина давления, требуемого для того, чтобы вызвать это перемещение измеряющего элемента 54 с целью открытия канала FP3 сброса, зависит от силы, прикладываемой к измеряющему элементу 54 при помощи поджимающего устройства 50 регулятора. Кроме того, так как измеряющий элемент 54 уже не прикладывает силу, поджимающую соединитель 56 влево (см. фиг. 4), то элемент 58 клапана и соединитель 56 под действием пружины 80, установленной во второй обойме 78, перемещаются в свое крайнее правое положение относительно ориентации фиг. 4. Таким образом, пружина 80 толкает коническую переднюю часть 74 штока 58 клапана к отверстию 70 седла 68 клапана, чтобы закрыть канал FP1 регулятора. Это предпочтительным образом предотвращает обратное протекание к впускному отверстию 18 корпуса 16 клапана, а также может способствовать выполнению функции снижения избыточного давления.

[0036] Из фиг. 1-3 также видно, что канал FP1 регулятора предлагаемого устройства 10 управления расходом текучей среды сравнительно извилист и ограничен. Поэтому предлагаемый устройство 10 управления расходом текучей среды также содержит интегральное перепускное устройство 14. Как показано на фиг. 1, предлагаемое перепускное устройство 14 содержит перепускной колпак 94, перепускную распорную деталь 96 и перепускной узел 98 управления. Перепускной колпак 94 содержит полую цилиндрическую деталь, соединенную съемным образом с корпусом 16 клапана рядом с перепускной полостью 26 и, в частности, рядом с управляющей частью 26b перепускной полости 26. В описываемом варианте управляющая часть 26b перепускной полости 26 содержит ступенчатый профиль, образующий первый и второй заплечики 100, 102, а также резьбовую внутреннюю боковую стенку 104, состоящую в разъемном резьбовом соединении с резьбовой наружной боковой стенкой 106 перепускного колпака 94.

[0037] Перепускная распорная деталь 96 содержит кольцевой корпус, образующий сквозное отверстие 108, и ступенчатый профиль, комплементарный по отношению к управляющей части 26b перепускной полости 26. Конкретнее, перепускная распорная деталь 96 содержит наружный ступенчатый заплечик 110, который в осевом направлении взаимодействует с первым заплечиком 100 перепускной полости 26. Кроме того, как видно из чертежа, перепускной колпак 94 взаимодействует с тем концом перепускной распорной детали 96, который расположен напротив первого заплечика 100 перепускной полости 26. При такой конфигурации перепускная распорная деталь 96 расположена между перепускным колпаком 94 и первым заплечиком 100 перепускной полости 26. Другими словами, перепускной колпак 94 удерживает наружный ступенчатый заплечик 110 перепускной распорной детали 96 так, что он прилегает к первому заплечику 100 перепускной полости 26.

[0038] Вместе перепускной колпак 94 и распорная деталь 96 распорного устройства образуют полость 112 управления, которая расположена в управляющей части 26b перепускной полости 26, и в которой в основном находится узел 98 управления. В описываемом варианте полость 112 управления также может вентилироваться через вентиляционное отверстие 115, расположенное между перепускной распорной деталью 96 и перепускным колпаком 94, и соответствующее сквозное отверстие 117, образованное через стенку корпуса 16 клапана.

[0039] Это вентилирование может способствовать надлежащей работе перепускного узла 98 управления. Перепускной узел 98 управления содержит управляющий элемент 114 и перепускное поджимающее устройство 116. Управляющий элемент 114 содержит элемент цилиндрической формы, имеющий первый конец 114а и второй конец 114b. Первый конец 114а описываемого варианта имеет первый диаметр D1 и посадочную поверхность 120, например, конического или закругленного профиля. Посадочная поверхность 120 предназначена для выборочного вхождения в контакт с отверстием 118 седла, образованном в корпусе 16 клапана на стыке между клапанной и управляющей частями 26а, 26b перепускной полости 26, чтобы выборочно закрывать перепускной клапан 14 и предотвращать протекание текучей среды по перепускному каналу FP2.

[0040] Из рассмотрения управляющего элемента 114 перепускного клапана 14 следует, что второй конец 114b имеет второй диаметр D2, который больше первого диаметра D1 первого конца 114а, а также содержит радиальный фланец 122. Поджимающее устройство 116 содержит цилиндрическую пружину, расположенную в полости 112 управления, в осевом направлении между радиальным фланцем 122 управляющего элемента 114 и перепускной распорной деталью 96. При таком расположении поджимающее устройство 116 поджимает посадочную поверхность 120 первого конца 114а управляющего элемента 114 от отверстия 118 седла в открытое положение, показанное на фиг. 1. В описываемом варианте при открытом положении радиальный фланец 122 контактирует с поверхностью 124 внутреннего ступенчатого заплечика перепускного колпака 94, чтобы ограничить осевое перемещение управляющего элемента 114 от отверстия 118 седла.

[0041] Чтобы способствовать автоматической работе перепускного клапана 14, управляющий элемент 114 дополнительно содержит измеряющее отверстие 126, проходящее через управляющий элемент 114 между первым и вторым концами 114а, 114b. При таком расположении давление текучей среды в корпусе 16 клапана рядом с первым концом 114а управляющего элемента 114 через измеряющее отверстие 126 автоматически передается на второй конец 114b управляющего элемента 114. Кроме того, это же давление текучей среды также передается в измеряющую полость 128, расположенную между вторым концом 114b управляющего элемента 114 и смежной внутренней стенкой 130 перепускного колпака 94. В этом отношении второй конец 114b управляющего элемента 114 образует измеряющую поверхность 132 напротив внутренней стенки 130 колпака 94. Как также показано на фиг. 1, первый уплотнительный элемент 134, который может содержать, например, уплотнительное кольцо круглого сечения, расположен вокруг второго конца 114b управляющего элемента 114, между управляющим элементом 114 и перепускным колпаком 94, так что измеряющая полость 128 по существу герметична. Кроме того, вокруг первого конца 114а управляющего элемента 114 также может быть расположен второй уплотнительный элемент 135, обеспечивающий герметичное уплотнение между первым концом 114а и сквозным отверстием 108 в перепускной распорной детали 96. Кроме того, как показано на чертеже, между распорной деталью 96 и внутренней стенкой перепускного колпака 94 может быть включен третий уплотнительный элемент 137. При такой конфигурации второй и третий уплотнительные элементы 135, 137 предназначены для минимизации или предотвращения утечки текучей среды из проточного канала 22 и клапанной части 26а перепускной полости 26 за перепускной распорной деталью 96. В показанном на фиг. 1 варианте первый уплотнительный элемент 134 заключен в круговую канавку, образованную в перепускном колпаке 94, в то время как второй и третий уплотнительные элементы 135, 137 заключены в круговые канавки в перепускной распорной детали 96.

[0042] При такой конфигурации любое увеличение давления на посадочной поверхности 120 управляющего элемента 114 автоматически передается на измеряющую поверхность 132 на противоположном конце управляющего элемента 114. Более того, так как диаметр D2 второго конца 114b управляющего элемента 114 и, следовательно, измеряющей поверхности 132, больше диаметра D1 посадочной поверхности 120, динамическая сила текучей среды в измеряющей полости 128 перемещает управляющий элемент 114 в направлении закрытого положения и контактирования с отверстием 118 седла 16 клапана, как показано на фиг. 2. Величина давления, необходимая для перемещения управляющего элемента 114 из открытого положения, изображенного на фиг. 1, зависит от величины силы, приложенной к управляющему элементу 114 при помощи перепускного поджимающего устройства 116 и, в целом, носит название заданного давления перепускного клапана 14.

[0043] Чтобы осуществить операцию перепуска при помощи предлагаемого устройства 10 управления расходом текучей среды в условиях высокой скорости потока, например, как рассмотрено выше, заданное давление перепускного клапана 14 предпочтительно меньше заданного давления регулятора 12. При такой конфигурации, прежде чем любая текучая среда подается к впускному отверстию 18 устройства 10, как узел 30 управления регулятора, так и перепускной узел 98 управления принимают открытые положения, изображенные на фиг. 1. То есть, узел 30 управления регулятора не предотвращает протекание текучей среды по каналу FP1 регулятора, а перепускной узел 98 управления не предотвращает протекание текучей среды по перепускному каналу FP2. Таким образом, любая текучая среда, поданная в устройство 10, может беспрепятственно течь как по каналу FP1 регулятора, так и по перепускному каналу FP2.

[0044] Поскольку давление у впускного отверстия 18 корпуса 16 клапана начинает расти, также начинает расти давление в проточном канале 22, перепускной полости 26 и полости 24 регулятора. Давление в перепускной полости 26, переданное вторым концом 114b управляющего элемента 114 перепускного клапана 14 через измеряющее отверстие 126, непрерывно контролируется при помощи измеряющей поверхности 132. Аналогично, давление в полости 24 регулятора непрерывно контролируется при помощи измеряющей поверхности 62 измеряющего элемента 54 регулятора 12. Как указано выше, заданное перепускное давление предпочтительно ниже заданного давления регулятора и, по существу, давление в корпусе 16 клапана выше заданного перепускного давления, текучая среда действует на измеряющую поверхность 132 управляющего элемента 114 и продвигает управляющий элемент 114 для преодоления силы пружины перепускного поджимающего устройства 112 и перемещения из открытого положения, изображенного на фиг. 1, в конечном итоге, в закрытое положение.

[0045] Как показано на фиг. 2, в закрытом положении посадочная поверхность 120 управляющего элемента 114 блокирует отверстие 118 седла корпуса 16 клапана и закрывает перепускное устройство 14, предотвращая, таким образом, протекание текучей среды по перепускному каналу FP2. Здесь снова заданное давление перепускного клапана 14 предлагаемого устройства 10 ниже заданного давления регулятора 12, следовательно, на фиг. 2 узел 30 управления регулятора 12 остается в открытом положении. Это состояние перепускного клапана 14 и регулятора 12 аналогично нормальному режиму, например, когда давление в какой-либо расположенной ниже по потоку линии подачи увеличено до необходимого значения, и регулятор 12 служит для поддержания будущей подачи с требуемым давлением.

[0046] Как рассмотрено выше со ссылкой на фиг. 1, если как регулятор 12, так и перепускной клапан 14 открыты, то текучая среда из впускного отверстия 18 может течь как по каналу FP1 регулятора, так и по перепускному каналу FP2. В одном из вариантов осуществления изобретения устройство 10 может быть выполнено так, что в такой ситуации через перепускное устройство 14 естественным путем течет непропорциональное количество текучей среды. В частности, в одном из вариантов полезная площадь поперечного сечения перепускного канала FP2 в открытом положении может быть больше полезной площади поперечного сечения канала FP1 регулятора в открытом положении, поэтому, если открыты оба канала, большая часть потока фактически проходит через перепускное устройство 14. В некоторых вариантах отношение полезной площади поперечного сечения перепускного канала FP2 к полезной площади поперечного сечения канала FP1 регулятора может составлять приблизительно от 10:1 до 500:1, приблизительно от 25:1 до 500:1, приблизительно от 50:1 до 500:1, приблизительно от 50:1 до 400:1, приблизительно от 50:1 до 300:1, приблизительно от 50:1 до 200:1, приблизительно от 50:1 до 100:1, приблизительно от 100:1 до 500:1, приблизительно от 200:1 до 500:1, приблизительно от 300:1 до 500:1, приблизительно от 400:1 до 500:1, или возможно любое другое отношение, подходящее для предполагаемого применения. Чем больше это отношение, тем больше текучей среды будет направляться через перепускной канал FP2, если открыто как перепускное устройство 14, так и регулятор 12. В некоторых других вариантах это отношение может быть меньше вышеприведенных отношений, в том числе, оно может составлять 1:1, если этот требуется для данного применения.

[0047] Таким образом, предлагаемый устройство 10 управления расходом текучей среды был описан, как устройство, имеющее такую конструкцию, что как канал FP1 регулятора, так и перепускной канал FP2 остаются открытыми, если соответствующие узлы 30, 98 управления регулятора и перепускного клапана находятся в своих соответствующих открытых положениях. Как рассмотрено выше, также благодаря этой компоновке текучая среда, текущая через устройство 10, по меньшей мере частично может течь через регулятор 12. В измененном варианте устройства 10 управления расходом текучей среды, который изображен на фиг. 5 и 6, устройство 10 управления расходом текучей среды могут конфигурировать так, что всякий раз, когда перепускное устройство 14 открыто, канал FP1 регулятора автоматически закрывается в результате встраивания дополнительного поджимаемого элемента 200 клапана.

[0048] Как показано на фиг. 5 и 6, этот вариант устройства 10 управления расходом текучей среды, в целом, аналогичен устройству 10 управления расходом текучей среды, описанному со ссылкой на фиг. 1-4, со следующими различиями. Например, в корпусе 16 клапана, изображенном на фиг. 5 и 6, дополнительно образовано отверстие 202 на стыке проточного канала 22 и полости 24 регулятора. Поджимаемый элемент 200 клапана установлен с возможностью перемещения в отверстии 202 и может перемещаться между закрытым положением, изображенным на фиг. 5, и открытым положением, показанным на фиг. 6, в зависимости от положения перепускного клапана 14. Далее, как показано на чертеже, устройство 10 содержит дополнительное поджимающее устройство 204, расположенное в полости 24 регулятора между поджимаемым элементом 200 клапана и второй обоймой 78 и предназначенное для поджатия поджимаемого элемента 200 клапана в закрытое положение.

[0049] Поджимаемый элемент 200 клапана, в целом, содержит продолговатый корпус, имеющий первый конец 200а и второй конец 200b. Первый конец 200а содержит коническую посадочную часть 206 для выборочной посадки на отверстие 202 и радиальный фланец 208, служащий в качестве гнезда пружины. Второй конец 200b имеет игольчатую часть 210, проходящую от конической посадочной части 206, через отверстие 202, в проточный канал 22 корпуса 16 клапана. Чтобы предотвратить задевание, игольчатая часть 210 уже, чем отверстие 202. Как показано на фиг. 5, когда поджимающее устройство 204 толкает поджимаемый элемент 200 клапана в закрытое положение, коническая посадочная часть 206 входит в отверстие 202 в корпусе 16 клапана, тем самым по существу блокируя сообщение между проточным каналом 22 и полостью 24 регулятора. Однако, как изображено на фиг. 6, если давление у впускного отверстия 18 превышает заданное давление перепускного клапана 14, то управляющий элемент 114 перемещается из открытого положения в закрытое положение (например, как описано выше в отношении фиг. 1-3), так что посадочная поверхность 120 блокирует отверстие 118 седла, чтобы закрыть перепускное устройство 14.

[0050] В варианте, изображенном на фиг. 5 и 6, первый конец 114а управляющего элемента 114 также взаимодействует с дальней торцевой поверхностью 212 второго конца 200b поджимаемого элемента 200 клапана и автоматически толкает коническую посадочную часть 206 поджимаемого элемента 200 клапана от отверстия 202, против силы поджимающего устройства 204. В результате возникает зазор между отверстием 202 и конической седловой частью 206, которая эффективно открывает отверстие 202, как показано на фиг. 6, чтобы во время нормальной работы давление текучей среды могло передаться в полость 24 регулятора и взаимодействовать с регулятором 12.

[0051] Таким образом, одно из преимуществ варианта, показанного на фиг. 5 и 6, состоит в том, что поджимаемый элемент 200 клапана по существу полностью прекращает работу регулятора 12, в то время как перепускное устройство 14 выполняет функцию перепуска. Это прекращение работы регулятора 12 может в еще большей степени увеличить эксплуатационную долговечность регулятора 12. Одна из дополнительных модификаций устройства 10, изображенного на фиг. 5 и 6, в сравнении с вышеописанными вариантами, заключается в конструкции измеряющего отверстия 126 в управляющем элементе 114. Как видно из этих чертежей, в этом варианте измеряющее отверстие 126 прямо рядом с первым концом 114а управляющего элемента 114 содержит наклонную часть 214 канала (обозначена на фиг. 6). Эта наклонная часть 214 канала наклонена под углом а относительно продольной оси измеряющего отверстия 126. В целом, угол α может представлять собой угол, достаточный для перемещения отверстия в первом конце 114а управляющего элемента 114 в сторону от элемента 200 клапана, например, угол 135°. При такой конфигурации наклонная часть 214 канала может помочь обеспечить то, что измеряющее отверстие 126 эффективно и без препятствий передает давление из проточного канала 22 к измеряющей поверхности 132 на противоположном втором конце 114b управляющего элемента 114, даже во время контакта с дальней торцевой поверхностью 212 поджимаемого элемента 200 клапана, как показано на фиг. 6.

[0052] Фиг. 7 и 9 иллюстрируют другую модификацию варианта, показанного на фиг. 5 и 6. На фиг. 7 и 9 угол α наклонной части 214 канала составляет приблизительно 90°. При такой конфигурации, если перепускное устройство 14 находится в закрытом положении, измеряющее отверстие 126 рядом с первым концом 114а управляющего элемента 114 сообщается с выпускным отверстием 20 корпуса 16 клапана. Эта конфигурация может быть предпочтительной при применении в пневматическом оборудовании, например, для измерения потерь давления ниже по потоку, что может потребовать повторного открытия перепускного клапана 14.

[0053] Хотя выше в явной форме это не обсуждалось, понятно, что когда перепускное устройство, изображенное на любой из фиг. 1-6, находится в закрытом положении, то измеряющее отверстие 126 в управляющем элементе 114 продолжает обнаруживать давление у впускного отверстия 18 и проточного канала 22 корпуса 16 клапана. Это происходит даже в том случае, если давление у впускного отверстия 18 и проточного канала 22 становится значительно выше заданного давления перепускного клапана 14. Таким образом, если давление у впускного отверстия 18 и проточного канала 22 повышается, также повышается давление в измеряющей полости 128, которое действует на измеряющую поверхность 132 на втором конце 114b управляющего элемента 114. Это повышение давления на измеряющую поверхность 132 прикладывает дополнительную силу, толкающую посадочную поверхность 120 управляющего элемента 114 к более плотному контакту с отверстием 118 седла корпуса 16 клапана. В зависимости от вовлеченных сил и длительности использования такое вхождение в контакт может изнашивать отверстие 118 седла. В соответствии с этим, как показано на фиг. 9, один из вариантов перепускного клапана 14 предлагаемого устройства 10 управления расходом текучей среды дополнительно может содержать упрочненную вставку 300, заключенную в круговую канавку 302, образованную в отверстии 118 седла. Эта упрочненная вставка 300 может быть образована из закаленной стали, керамики или любого другого подходящего материала. В некоторых вариантах посадочная поверхность 120 управляющего элемента 114 дополнительно или альтернативно может содержать аналогичную упрочненную вставку. В других вариантах вставка 300 может представлять собой не упрочненную, а размягченную вставку, созданную, например, из такого материала, как резина или пластик. Такая размягченная вставка может быть предпочтительной в условиях, при которых заданные давления перепускного клапана 14 и регулятора 12 не отличаются или, например в условиях, когда устройство 10 применяют в пневматической системе, например, чтобы обеспечить дополнительное герметичное уплотнение.

[0054] Наконец, фиг. 10 и 11 иллюстрируют еще один модифицированный вариант перепускного клапана 14 предлагаемого устройства 10 управления расходом текучей среды. На фиг. 10 и 11 перепускное устройство 14, в целом, такое же, как перепускное устройство 14, иллюстрированное и описанное со ссылкой на предыдущие чертежи, но оно также включает в себя фиксатор 400 блокировки для выборочной блокировки управляющего элемента 114 в закрытом положении. Фиксатор 400 блокировки, изображенный на фиг. 10 и 11, содержит нарезной стержень 402, расположенный с возможностью снятия в резьбовой отверстии 404, образованном в перепускном колпаке 94. Нарезной стержень 402 выполнен с возможностью перемещения между разблокированным положением (фиг. 11), в котором он на работу управляющего элемента 114 не влияет, и заблокированным положением (фиг. 10), в котором он удерживает управляющий элемент 114 в закрытом положении.

[0055] Из фиг. 10 и 11 также видно, что резьбовое отверстие 404 данного варианта содержит резьбовую часть 406 и нерезьбовую часть 408. Нерезьбовая часть 408 имеет больший диаметр, чем резьбовая часть 406, а также содержит круговую канавку 410, вмещающую один или несколько уплотнительных элементов 412. Нарезной стержень 402 имеет резьбовую часть 414, нерезьбовую часть 416 и головку 418. Резьбовая часть 414 стержня 402 находится в резьбовом зацеплении с резьбовой частью 406 резьбового отверстия 404 в перепускном колпаке 94 и проходит от ненарезной части 416 к коническому дальнему концу 420, находящуюся в измеряющей полости 128 перепускного колпака 94. Кроме того, на дальнем конце 420 расположено стопорное кольцо 422 для ограничения перемещения нарезного стержня 402 при вводе во внутреннюю стенку 130 перепускного колпака 94, по мере его приближения к разблокированному положению, показанному на фиг. 11.

[0056] Как описано выше, нерезьбовая часть 416 нарезного стержня 402 имеет больший диаметр, чем резьбовая часть 414, так что профиль поперечного сечения нарезного стержня 402, в целом, соответствует профилю поперечного сечения резьбового отверстия 404. По существу один или несколько уплотнительных элементов 412, содержащихся в колпаке 94, в радиальном направлении входят в контакт с нерезьбовой частью 416, чтобы обеспечить герметичное уплотнение между соответствующими деталями. Это уплотнение предотвращает утечку текучей среды из измеряющей полости 128, из резьбового отверстия 404.

[0057] Головка 418 нарезного стержня 402 расположена вне колпака 94 и имеет больший размер, чем ненарезная часть 416. Головка 418 может иметь рифленую поверхность для облегчения ручной регулировки, шестигранную головку, например, для манипуляций с применением инструмента, или другую конструкцию, подходящую для предусмотренного назначения.

[0058] Наконец, чтобы фиксатор 400 блокировки не препятствовал тому, чтобы измеряющее отверстие 126 могло эффективно передавать рабочие давления в корпусе 16 клапана в измеряющую полость 128, измеряющее отверстие 126 в варианте, изображенном при помощи фиг. 10 и 11, содержит наклонную часть 424 канала, расположенную рядом со вторым концом 114b управляющего элемента 114. Наклонная часть 424 канала может быть расположена под углом β относительно продольной оси 40 управляющего элемента 114, причем угол β является довольно критическим для положения отверстия на измеряющей поверхности 132 управляющего элемента 114, в стороне от которого нарезной стержень 402 контактирует с управляющим элементом 114, например, как показано на фиг. 10. В некоторых вариантах угол β может составлять приблизительно 135° или представлять собой другой подходящий угол.

[0059] Понятно, что при описанной конфигурации фиксатора 400 блокировки нарезной стержень 402 может быть без труда перемещен между заблокированным положением (фиг. 10) и разблокированным положением (фиг. 11) посредством вращения головки 418, которое вызывает перемещение нарезного стержня 402 в осевом направлении в ответ на относительное движение резьбовых частей 406, 414.

[0060] Селективная блокировка управляющего элемента 114 в закрытом положении (фиг. 10) предпочтительным образом делает возможным применение устройства 10 управления расходом текучей среды при работе с низким давлением (т.е. с давлением, которое меньше заданного перепускного давления перепускного клапана 14). То есть, если перепускное устройство 14 заблокировано в закрытом положении, регулятор 12 устройства 10 управления расходом текучей среды может нормально подавать текучую среду к выпускному отверстию 20 корпуса 16 клапана, даже если давление у впускного отверстия 18 корпуса 16 клапана ниже заданного перепускного давления перепускного клапана 16. Еще одно преимущество возможности блокировки управляющего элемента 114 в закрытом положении состоит в том, что это может упростить проведение испытания на герметичность, например, на регуляторе 12. Благодаря блокировке перепускного клапана 14 по существу вся текучая среда, подаваемая во впускное отверстие 18 корпуса 16 клапана, течет через регулятор 12 по каналу FP1 регулятора.

[0061] Учитывая вышеприведенное описание примера осуществления устройства 10 управления расходом текучей среды, данное изобретение также относится к способу создания давления в линии для текучей среды, например, расположенной ниже по потоку относительно устройства 10 управления расходом текучей среды, применяя устройство 10 управления расходом текучей среды. А именно, в соответствии с этим способом, предлагаемое устройство 10 управления расходом текучей среды предпочтительным образом обеспечивает автоматическое открытие и закрытие перепускного клапана 14 и автоматическую работу регулятора 12.

[0062] В соответствии с этим способом вначале текучую среду подают ко впускному отверстию 18 корпуса 16 клапана устройства 10 управления расходом текучей среды, как правило, под низким давлением, но потенциально с высоким расходом. При этом условии перепускное поджимающее устройство 116 автоматически поджимает перепускной узел 98 управления перепускного устройства 14 в открытое положение, показанное на фиг. 1. Кроме того, поджимающее устройство 50 регулятора автоматически поджимает узел 30 управления регулятора 12 в открытое положение, показанное на фиг. 1. При такой конфигурации перепускной узел управления 98 и узел 30 управления регулятора не предотвращают протекание текучей среды по перепускному каналу и каналам FP2, FP1 регулятора.

[0063] В описанном здесь варианте устройства 10 управления расходом текучей среды перепускной узел 98 управления поджимается в открытое положение в результате приведения в действие перепускного поджимающего устройства 116, которое, например, может содержать цилиндрическую пружину. Цилиндрическая пружина поджимает управляющий элемент 114 перепускного узла 98 управления от отверстия 118 седла корпуса 16 клапана. Аналогично узел 98 управления регулятора поджимается в открытое положение в результате приведения в действие поджимающего устройства 50 регулятора, который также может содержать цилиндрическую пружину. Поджимающее устройство 50 регулятора поджимает управляющий элемент 58 (иначе называемый штоком 58 клапана) узла 30 управления регулятора от отверстия седла 70 клапана 68.

[0064] Кроме того, при вышеописанном условии, когда как перепускное устройство 14, так и регулятор 12 находятся в открытом состоянии, перепускное устройство 14 при помощи измеряющей поверхности 132 на втором конце 114b управляющего элемента 114 перепускного узла 98 управления через измеряющее отверстие 126 непрерывно контролирует давление текучей среды в проточном канале 22 корпуса 16 клапана, коррелирующее с давлением у впускного отверстия 18 корпуса 16 клапана. Одновременно регулятор 12 непрерывно контролирует то же самое давление в корпусе 16 клапана при помощи измеряющей поверхности 62 на втором конце 54а измеряющего элемента 54 узла 30 управления регулятора.

[0065] Как только давление у впускного отверстия 18 корпуса 16 клапана и, следовательно, в проточном канале 22 корпуса 16 клапана достигает или превышает заранее установленное заданное перепускное давление, это обнаруживается измеряющей поверхностью 132 управляющего элемента 114 перепускного клапана 14, и перепускной узел 98 управления автоматически перемещается в закрытое положение, изображенное, например, на фиг. 2. Конкретнее, давление в корпусе 16 клапана передается в измеряющую полость 128 через измеряющее отверстие 126 и прикладывается к измеряющей поверхности 132, чтобы толкать управляющий элемент 114 против поджатия перепускного поджимающего устройства 116 до тех пор, пока посадочная поверхность 120 на первом конце 114а не войдет в контакт и не зафиксируется на отверстии 118 седла. При такой конфигурации перепускное устройство 14 предотвращает протекание текучей среды по перепускному каналу FP2.

[0066] До тех пор, пока давление в корпусе 16 клапана выше заданного перепускного давления, но ниже заданного давления регулятора, регулятор 12 остается открытым, чтобы сделать возможным протекание текучей среды через устройство 10 управления расходом текучей среды. Таким образом, описанный способ дополнительно включает в себя сохранение узла 30 управления регулятора в его открытом положении, изображенном на фиг. 1-3, если давление, измеренное при помощи измеряющей поверхности 62 измеряющего элемента 54 узла 30 управления регулятора равно или больше заданного перепускного давления. Кроме того, этот способ включает в себя автоматическое перемещение узла 30 управления регулятора в закрытое положение, если давление, измеренное при помощи измеряющей поверхности 62 измеряющего элемента 54 равно или больше заданного давления регулятора. В закрытом положении узел 38 управления регулятора эффективно предотвращает протекание текучей среды по каналу FP1 регулятора, вызывая вход в контакт и посадку управляющего элемента 58 регулятора на отверстие 70 гнезда 68 клапана.

[0067] Выше описан основной способ, осуществляемый при помощи предлагаемого устройства 10 управления расходом текучей среды. Учитывая модификации, описанные, например, со ссылкой на фиг. 5 и 6, данное изобретение также включает в себя автоматическое закрытие канала FP1 регулятора, если перепускной канал FP2 открыт.Кроме того, оно может включать в себя автоматическое открытие канала FP1 регулятора, если перепускной канал FP2 закрыт.В одном из примеров этого могут достичь благодаря автоматическому позиционированию поджимаемого элемента 200 клапана (см. фиг. 5 и 6) в закрытое положение (фиг. 5), если перепускной узел 98 управления находится в открытом положении, чтобы предотвратить протекание текучей среды по каналу FP1 регулятора, и автоматическому позиционированию поджимаемого элемента 200 клапана в открытое положение (фиг. 6), если перепускной узел 98 управления находится в закрытом положении, чтобы текучая среда могла течь к каналу FP1 регулятора. Автоматическое позиционирование поджимаемого элемента 200 клапана в закрытое положение может включать в себя поджатие при помощи пружины 204 элемента 200 клапана до контакта с отверстием 202, образованным корпусом 16 клапана между проточным каналом 22 и полостью 24 регулятора. Таким образом, чтобы автоматически позиционировать элемент 200 клапана в открытое положение, элемент 200 клапана отодвигается от отверстия 202 при помощи перепускного управляющего элемента 114, поскольку перепускной управляющий элемент 114 перемещается в закрытое положение, как показано на фиг. 6.

[0068] В еще одном варианте этот способ также может включать в себя измерение давления у выпускного отверстия 20 корпуса 16 клапана, если перепускной клапан 14 закрыт, так что, если ниже по потоку от выпускного отверстия 20 существует понижение давления, перепускной клапан 14 обнаруживает это понижение и автоматически снова открывается. Это могут выполнить в соответствии с описанием при помощи конструкции, раскрытой выше со ссылкой на фиг 7. 7 и 8. Способ создания повышенного давления дополнительно включает в себя измерение давления у выпускного отверстия 20 при помощи той же самой измеряющей поверхности 132 управляющего элемента 114 перепускного узла 98 управления, когда перепускной узел 98 управления находится в закрытом положении.

[0069] С учетом вышеизложенного должно быть понятно, что объем и содержание данного описания носят лишь иллюстративный характер, и изобретение не ограничено приведенными конкретными примерами, а определено объемом следующей формулы изобретения, включая любые ее эквиваленты. Кроме того, хотя различные варианты осуществления изобретения показаны на разных чертежах, допустимо, например, комбинировать любые варианты или аспекты этих показанных вариантов. Как таковой, каждый отличающийся вариант не должен рассматриваться, как независимый и отдельный от других вариантов. Напротив, все варианты следует рассматривать, как дополняющие друг друга в той мере, которая возможна в данной области техники.

Устройство управления расходом текучей среды содержит регулятор для работы при высоких давлениях и интегрированный перепускной клапан. Каждый из регулятора и интегрированного перепускного клапана содержит узел управления, выполненный с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением. Регулятор и перепускной клапан поджимаются в открытые положения и выполнены с возможностью перемещения в закрытые положения, когда рабочее давление возрастает выше соответствующих заданных давления регулятора и перепускного давления. Заданное перепускное давление меньше заданного давления регулятора, так что когда рабочее давление возрастает выше заданного перепускного давления, перепускной канал автоматически закрывается и обеспечивает работу регулятора в нормальных условиях работы. При таком выполнении перепускной клапан обеспечивает прием по меньшей мере некоторой части потока текучей среды, проходящей через систему до тех пор, пока рабочее давление не достигнет значения нормального рабочего давления, которое приблизительно находится между заданным перепускным давлением и заданным давлением регулятора. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство управления расходом текучей среды, содержащее:

корпус клапана, в котором образованы впускное отверстие, выпускное отверстие, проточный канал, расположенный между впускным отверстием и выпускным отверстием, полость регулятора, расположенная между проточным каналом и выпускным отверстием, и перепускная полость, расположенная между проточным каналом и выпускным отверстием;

канал регулятора, проходящий между впускным и выпускным отверстиями корпуса клапана через проточный канал и полость регулятора, причем канал регулятора имеет первую полезную площадь поперечного сечения;

перепускной канал, проходящий между впускным и выпускным отверстиями корпуса клапана через проточный канал и перепускную полость, причем перепускной канал имеет вторую полезную площадь поперечного сечения, которая больше первой полезной площади поперечного сечения;

перепускной клапан, соединенный с корпусом клапана и содержащий перепускной узел управления, причем перепускной узел управления содержит перепускной управляющий элемент и перепускное поджимающее устройство, при этом перепускной управляющий элемент выполнен с возможностью перемещения относительно перепускной полости корпуса клапана между открытым положением, обеспечивающим протекание текучей среды по перепускному каналу, и закрытым положением, предотвращающим протекание текучей среды по перепускному каналу, а перепускное поджимающее устройство выполнено с возможностью толкать перепускной управляющий элемент по направлению к открытому положению, так что перепускной управляющий элемент занимает закрытое положение только когда давление текучей среды в перепускной полости равно или больше заданного перепускного давления; и

регулятор, соединенный с корпусом клапана и содержащий узел управления регулятора, причем узел управления регулятора содержит управляющий элемент регулятора и поджимающее устройство регулятора, при этом управляющий элемент регулятора выполнен с возможностью перемещения относительно полости регулятора корпуса клапана между открытым положением, не предотвращающим протекание текучей среды по каналу регулятора, и закрытым положением, предотвращающим протекание текучей среды по каналу регулятора, а поджимающее устройство регулятора выполнено с возможностью толкать управляющий элемент регулятора по направлению к открытому положению, так что управляющий элемент регулятора занимает открытое положение до тех пор, пока давление текучей среды в полости регулятора корпуса клапана не будет равно или больше заданного давления регулятора;

при этом заданное давление регулятора больше заданного перепускного давления.

2. Устройство по п. 1, в котором корпус клапана содержит цельный элемент из материала, в котором образованы указанные впускное отверстие, выпускное отверстие, проточный канал, полость регулятора и перепускную полость.

3. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором в корпусе клапана дополнительно образовано отверстие седла рядом с перепускной полостью, причем отверстие седла выполнено с возможностью вхождения в контакт с перепускным управляющим элементом, когда перепускной управляющий элемент находится в закрытом положении.

4. Устройство по любому из пп. 1 или 2, в котором перепускной клапан дополнительно содержит перепускной колпак, соединенный съемным образом с корпусом клапана рядом с перепускной полостью, так что перепускной управляющий элемент и перепускное поджимающее устройство расположены между перепускным колпаком и отверстием седла корпуса клапана.

5. Устройство по любому из пп. 1 или 2, в котором перепускной управляющий элемент дополнительно содержит измеряющую поверхность, расположенную рядом с перепускным колпаком, и измеряющее отверстие, проходящее через перепускной управляющий элемент, причем измеряющее отверстие обеспечивает соединение с возможностью переноса текучей среды между проточным каналом корпуса клапана и измеряющей поверхностью, по меньшей мере, когда перепускной управляющий элемент находится в открытом положении.

6. Устройство по любому из пп. 1 или 2, в котором перепускное поджимающее устройство содержит цилиндрическую пружину, поджимающую перепускной управляющий элемент от отверстия седла по направлению к перепускному колпаку.

7. Устройство по любому из пп. 1 или 2, в котором отношение второй полезной площади поперечного сечения к первой полезной площади поперечного сечения составляет от приблизительно 10:1 до приблизительно 500:1.

8. Устройство по любому из пп. 1 или 2, в котором отношение второй полезной площади поперечного сечения к первой полезной площади поперечного сечения составляет от приблизительно 50:1 до приблизительно 300:1.

9. Устройство по любому из пп. 1 или 2, в котором перепускной клапан дополнительно содержит фиксатор блокировки, выполненный с возможностью перемещения между заблокированным положением, обеспечивающим вхождение в контакт с и удержание перепускного управляющего элемента в закрытом положении, и разблокированным положением, делающим возможным свободное перемещение перепускного управляющего элемента между открытым положением и закрытым положением.

10. Устройство по любому из пп. 1 или 2, в котором в корпусе клапана дополнительно образовано отверстие, расположенное между проточным каналом и полостью регулятора, при этом устройство дополнительно содержит поджимаемый элемент клапана, расположенный по меньшей мере в одном из полости регулятора и проточного канала, причем поджимаемый элемент клапана занимает закрытое положение с контактом с указанным отверстием и предотвращает протекание текучей среды по каналу регулятора, когда перепускной управляющий элемент находится в открытом положении, и занимает открытое положение, смещенное относительно контакта с указанным отверстием, когда перепускной управляющий элемент находится в закрытом положении.

11. Устройство управления расходом текучей среды, содержащее:

корпус клапана, в котором образованы впускное отверстие, выпускное отверстие, проточный канал, расположенный между впускным отверстием и выпускным отверстием, полость регулятора, расположенную между проточным каналом и выпускным отверстием, перепускную полость, расположенную между проточным каналом и выпускным отверстием, и отверстие седла, расположенное в перепускной полости;

канал регулятора, проходящий между впускным и выпускным отверстиями корпуса клапана через проточный канал и полость регулятора;

перепускной канал, проходящий между впускным и выпускным отверстиями корпуса клапана через проточный канал и перепускную полость;

регулятор, соединенный с корпусом клапана для управления протеканием текучей среды по каналу регулятора, причем регулятор содержит узел управления регулятора, выполненный с возможностью занятия открытого положения, не предотвращающего протекание текучей среды по каналу регулятора, и закрытого положения, предотвращающего протекание текучей среды по каналу регулятора, при этом узел управления регулятора дополнительно поджимается в открытое положение, так что узел управления регулятора занимает открытое положение до тех пор, пока давление текучей среды в проточном канале, измеренное регулятором, не будет равно или больше заданного давления регулятора; и

перепускной клапан, соединенный с корпусом клапана и содержащий перепускной колпак, перепускной управляющий элемент и перепускное поджимающее устройство, причем перепускной колпак соединен съемным образом с корпусом клапана рядом с перепускной полостью, перепускной управляющий элемент расположен с возможностью перемещения в перепускной полости и имеет первый конец, образующий посадочную поверхность, расположенную рядом с отверстием седла, и второй конец, образующий измеряющую поверхность, расположенную рядом с перепускным колпаком, а перепускное поджимающее устройство расположено между перепускным управляющим элементом и отверстием седла,

причем перепускной управляющий элемент выполнен с возможностью перемещения между открытым положением, в котором посадочная поверхность находится на расстоянии от отверстия седла, и закрытым положением, в котором посадочная поверхность контактирует с отверстием седла, причем перепускное поджимающее устройство выполнено с возможностью толкать перепускной управляющий элемент по направлению к открытому положению, так что перепускной управляющий элемент занимает открытое положение до тех пор, пока давление текучей среды в проточном канале, измеренное при помощи измеряющей поверхности перепускного управляющего элемента, не будет равно или больше заданного перепускного давления,

при этом заданное перепускное давление меньше заданного давления регулятора.

12. Устройство по п. 11, в котором канал регулятора имеет первую полезную площадь поперечного сечения, а перепускной канал имеет вторую полезную площадь поперечного сечения, которая больше первой полезной площади поперечного сечения.

13. Устройство по любому из пп. 11 или 12, в котором корпус клапана содержит цельный элемент из материала, в котором образованы указанные впускное отверстие, выпускное отверстие, проточный канал, полость регулятора, перепускную полость и отверстие седла.

14. Устройство по любому из пп. 11 или 12, в котором перепускной управляющий элемент дополнительно содержит измеряющее отверстие, проходящее через перепускной управляющий элемент от первого конца до второго конца, причем измеряющее отверстие обеспечивает соединение с возможностью переноса текучей среды между проточным каналом корпуса клапана и измеряющей поверхностью перепускного управляющего элемента, когда перепускной управляющий элемент находится в открытом положении.

15. Устройство по любому из пп. 11 или 12, дополнительно содержащий распорную деталь, закрепленную в перепускной полости между перепускным поджимающим устройством и отверстием седла и образующую направляющее отверстие, в котором расположен с возможностью перемещения перепускной управляющий элемент.

16. Устройство по любому из пп. 11 или 12, в котором перепускное поджимающее устройство содержит цилиндрическую пружину.

17. Устройство по любому из пп. 11 или 12, в котором отношение второй полезной площади поперечного сечения к первой полезной площади поперечного сечения составляет от приблизительно 10:1 до приблизительно 500:1.

18. Устройство по любому из пп. 11 или 12, в котором отношение второй полезной площади поперечного сечения к первой полезной площади поперечного сечения составляет от приблизительно 50:1 до приблизительно 300:1.

19. Устройство по любому из пп. 11 или 12, в котором перепускной клапан дополнительно содержит фиксатор блокировки, выполненный с возможностью перемещения между заблокированным положением, обеспечивающим вхождение в контакт с и удержание перепускного управляющего элемента в закрытом положении, и разблокированным положением, делающим возможным свободное перемещение перепускного управляющего элемента между открытым положением и закрытым положением.

20. Устройство по любому из пп. 11 или 12, в котором в корпусе клапана дополнительно образовано отверстие, расположенное между проточным каналом и полостью регулятора, а регулятор дополнительно содержит поджимаемый элемент клапана, расположенный в полости регулятора и/или проточном канале, причем поджимаемый элемент клапана занимает закрытое положение с контактом с указанным отверстием, предотвращающее протекание текучей среды по каналу регулятора, когда перепускной управляющий элемент находится в открытом положении, и занимает открытое положение, смещенное относительно контакта с указанным отверстием, когда перепускной управляющий элемент находится в закрытом положении.

21. Способ создания давления в линии для текучей среды при помощи регулятора, обладающего функцией автоматического перепуска, включающий в себя следующие этапы:

подачу текучей среды во впускное отверстие корпуса клапана, причем в корпусе клапана дополнительно образованы выпускное отверстие, проточный канал, расположенный между впускным отверстием и выпускным отверстием, полость регулятора, соединенную с проточным каналом, и перепускную полость, соединенную с проточным каналом;

поджатие перепускного узла управления перепускного устройства управления, соединенного с перепускной полостью корпуса клапана, в открытое положение, с открытием, таким образом, перепускного канала, проходящего между впускным и выпускным отверстиями корпуса клапана через проточный канал и перепускную полость;

поджатие узла управления регулятора в регуляторе, соединенного с полостью регулятора корпуса клапана, в открытое положение, так чтобы узел управления регулятора не предотвращал протекание текучей среды по каналу регулятора, проходящему между впускным и выпускным отверстиями корпуса клапана через проточный канал и полость регулятора;

измерение давления текучей среды в проточном канале корпуса клапана при помощи измеряющей поверхности перепускного узла управления;

измерение давления текучей среды в проточном канале корпуса клапана при помощи измеряющей поверхности узла управления регулятора;

автоматическое перемещение перепускного узла управления в закрытое положение, если давление, измеренное при помощи измеряющей поверхности перепускного узла управления, равно или больше заданного перепускного давления, с предотвращением, таким образом, протекания текучей среды по перепускному каналу; и

сохранение узла управления регулятора в его открытом положении, если давление, измеренное при помощи измеряющей поверхности узла управления регулятора, равно или больше заданного перепускного давления.

22. Способ по п. 21 дополнительно включающий в себя автоматическое перемещение узла управления регулятора в закрытое положение, когда давление, измеренное при помощи измеряющей поверхности узла управления регулятора, равно или больше заданного давления регулятора, которое больше заданного перепускного давления, с предотвращением, таким образом, протекания текучей среды по каналу регулятора.

23. Способ по любому из пп. 21 или 22, в котором поджатие перепускного узла управления в открытое положение включает в себя отталкивание перепускного управляющего элемента перепускного узла управления от отверстия седла корпуса клапана при помощи пружины.

24. Способ по любому из пп. 21 или 22, в котором поджатие узла управления регулятора в открытое положение включает в себя отталкивание управляющего элемента регулятора узла управления регулятора от отверстия гнезда регулятора при помощи пружины.

25. Способ по любому из пп. 21 или 22, дополнительно включающий в себя автоматическое позиционирование элемента клапана, расположенного между проточным каналом и полостью регулятора, в закрытое положение, когда перепускной узел управления находится в открытом положении, с предотвращением, таким образом, протекания текучей среды в канал регулятора, и автоматическое позиционирование элемента клапана в открытое положение, когда перепускной узел управления находится в закрытом положении, с обеспечением, таким образом, возможности протекания текучей среды в канал регулятора.

26. Способ по любому из пп. 21 или 22, в котором автоматическое позиционирование элемента клапана в закрытое положение включает в себя поджатие, при помощи пружины, элемента клапана до контакта с отверстием, образованным в корпусе клапана в местоположении между проточным каналом и полостью регулятора.

27. Способ по любому из пп. 21 или 22, в котором автоматическое позиционирование элемента клапана в открытое положение включает в себя отталкивание элемента клапана от отверстия при помощи перепускного управляющего элемента при перемещении перепускного управляющего элемента в закрытое положение.

28. Способ по любому из пп. 21 или 22, дополнительно включающий в себя измерение давления у выпускного отверстия корпуса клапана при помощи измеряющей поверхности перепускного узла управления, когда перепускной узел управления находится в закрытом положении.