УСТРОЙСТВО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРИВОДА С ВНУТРЕННЕЙ ТРУБКОЙ И МЕХАНИЗМОМ БЛОКИРОВКИ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F16K31/126 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Эта патентная заявка, в общем, относится к исполнительным приводам, а более конкретно, к устройству исполнительного привода, содержащего внутреннюю трубку и элементы блокировки вращения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Гидравлические управляющие клапаны обычно применяются в системах управления технологическим процессом для управления потоком технологических флюидов. Узел гидравлического управляющего клапана, как правило, содержит исполнительный привод, функционально связанный с элементом управления потоком (например, затвор клапана, пробка, запирающий элемент и т.д.) гидравлического клапана. Исполнительный привод управляет положением элемента управления потоком относительно седла клапана для управления или регулирования потока флюида через клапан.

[003] В процессе работы контроллер (например, устройство позиционирования) часто используется для подачи управляющего флюида (например, воздуха) в камеру исполнительного привода, вызывая перемещение устройства нагрузки (например, диафрагмы), которое, в свою очередь, управляет положением элемента управления потоком. В некоторых примерах бугель применяется для присоединения исполнительного привода к гидравлическому клапану. Кроме того, в некоторых случаях, контроллер вмонтирован в бугель.

[004] В известных гидравлических управляющих клапанах часто применяется наружная трубка для гидравлического присоединения управляющего флюида между контроллером и камерой (например, напорной камерой) исполнительного привода. Тем не менее, наружная трубка может быть повреждена или смещена, тем самым негативно отражаясь на точности исполнительного привода и, таким образом, на желаемом потоке флюида через клапан.

[005] Кроме того, флюид, протекающий через корпус клапана, может передавать на элемент управления потоком крутящие нагрузки, которые могут быть переданы исполнительному приводу. Эти крутящие нагрузки могут повредить поверхности седла клапана и/или внутренних элементов исполнительного привода, тем самым негативно отражаясь на точности исполнительного привода и, таким образом, на желаемом потоке флюида через клапан.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[006] Типовое устройство содержит кожух исполнительного привода и тарелку диафрагмы, расположенные внутри кожуха исполнительного привода. Тарелка диафрагмы образует первую напорную камеру и вторую напорную камеру, расположенную напротив первой напорной камеры. Бугель присоединяет кожух исполнительного привода к гидравлическому клапану. Бугель содержит первый внутренний гидравлический канал, гидравлически соединяющийся с атмосферой, и второй внутренний гидравлический канал для принятия управляющего флюида от контроллера. Трубка гидравлически присоединяет первый или второй внутренний гидравлический канал к первой напорной камере через отверстие в тарелке диафрагмы. Трубка также предотвращает вращение тарелки диафрагмы относительно кожуха исполнительного привода.

[007] Другое типовое устройство содержит тарелку диафрагмы, расположенную внутри кожуха исполнительного привода, и образующую первую и вторую напорные камеры. Бугель соединяется с кожухом исполнительного привода и имеет первый и второй гидравлические каналы. Трубка гидравлически присоединяет первую напорную камеру к одному из: первого и второго гидравлических каналов в бугеле. Трубка проходит через отверстие в тарелке диафрагмы для предотвращения вращения тарелки диафрагмы относительно кожуха исполнительного привода.

[008] Другое типовое устройство содержит устройство приведения в действие гидравлического клапана и устройство крепления к гидравлическому клапану устройства приведения в действие. Типовое устройство также содержит первое устройство для гидравлического соединения с атмосферой первой напорной камеры устройства приведения в действие. Часть первого устройства гидравлического соединения выполняется как одно целое с устройством крепления. Кроме того, типовое устройство содержит второе устройство гидравлического соединения с управляющим флюидом второй напорной камеры устройства приведения в действие без применения наружных трубок. Часть второго устройства гидравлического соединения выполняется как одно целое с устройством крепления. Кроме того, первое или второе устройство гидравлического соединения дополнительно содержит устройство предотвращения вращения штока гидравлического клапана относительно корпуса гидравлического клапана.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[009] ФИГ. 1А иллюстрирует известный узел управляющего гидравлического клапана, имеющего наружную трубку.

[0010] ФИГ. 1B иллюстрирует частичный вид в поперечном разрезе исполнительного привода и бугеля известного управляющего гидравлического клапана, изображенного на ФИГ. 1A.

[0011] ФИГ. 2 иллюстрирует известное устройство исполнительного привода с элементом предотвращения вращения.

[0012] ФИГ. 3A иллюстрирует типовое устройство исполнительного привода прямого действия с внутренней трубкой и механизмом предотвращения вращения.

[0013] ФИГ. 3В иллюстрирует подробный вид типового устройства исполнительного привода прямого действия, изображенного на ФИГ. 3A.

[0014] ФИГ. 4A иллюстрирует типовое устройство исполнительного привода обратного действия с внутренней трубой и механизмом предотвращения вращения.

[0015] ФИГ. 4В иллюстрирует подробный вид типового устройства исполнительного привода обратного действия, изображенного на ФИГ. 4A.

[0016] ФИГ. 5A иллюстрирует типовое устройство исполнительного привода прямого действия с внутренней трубкой, механизмом предотвращения вращения и цельной тарелкой диафрагмы.

[0017] ФИГ. 5В иллюстрирует подробный вид типового устройства исполнительного привода прямого действия, изображенного на ФИГ. 5A.

[0018] ФИГ. 6A иллюстрирует типовое устройство исполнительного привода обратного действия с внутренней трубкой, механизмом предотвращения вращения и цельной тарелкой диафрагмы.

[0019] ФИГ. 6В иллюстрирует подробный вид типового устройства исполнительного привода обратного действия, изображенного на ФИГ. 6A.

[0020] ФИГ. 7 иллюстрирует типовое устройство исполнительного привода прямого действия, имеющее нерегулируемую калибровку клапана.

[0021] ФИГ. 8 иллюстрирует типовое устройство исполнительного привода прямого действия, имеющее регулируемую калибровку клапана.

[0022] ФИГ. 9 иллюстрирует типовое устройство исполнительного привода прямого действия, имеющее регулируемую калибровку клапана и двойную диафрагму.

[0023] ФИГ. 10 иллюстрирует типовое устройство исполнительного привода обратного действия, имеющее нерегулируемую калибровку клапана.

[0024] ФИГ. 11 иллюстрирует типовое устройство исполнительного привода обратного действия, имеющее регулируемую калибровку клапана.

[0025] ФИГ. 12 иллюстрирует типовое устройство исполнительного привода обратного действия, имеющее регулируемую калибровку клапана и двойную диафрагму.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0026] Типовое устройство исполнительного привода, описанное в данном документе, исключают необходимость применения наружных трубок для гидравлического соединения подвода управляющего флюида (посредством, например, контроллера или устройства позиционирования) с камерой (например, напорной камерой) исполнительного привода гидравлического клапана для конфигураций исполнительного привода, как прямого действия, так и обратного действия. Кроме того, типовое устройство исполнительного привода, описанное в данном документе, содержит устройство предотвращения вращения для предотвращения вращения штока клапана относительно клапана. Кроме того, типовое устройство, описанное в данном документе, обеспечивают вентилирования через бугель, присоединенный к исполнительному приводу.

[0027] Исполнительные приводы клапанов, как правило, доступны в конфигурациях прямого и обратного действия. В конфигурации прямого действия, увеличение давления управляющего флюида (например, воздуха), подаваемого на исполнительный привод, толкает диафрагму вниз, тем самым выдвигая шток исполнительного привода. В конфигурации обратного действия, увеличение давления управляющего флюида, подаваемого на исполнительный привод, толкает диафрагму вверх, тем самым задвигая шток исполнительного привода. Исполнительные приводы прямого действия часто именуются исполнительными приводами с пневматическим закрытием, поскольку увеличение давления воздуха на исполнительный привод выдвигает шток исполнительного привода, что вызывает перемещение элемента управления потоком по направлению к седлу клапана, тем самым ограничивая поток флюида. Тем не менее, некоторые исполнительные приводы выполняются таким образом, что выдвижение штока исполнительного привода вызывает перемещение элемента управления потоком в направлении от седла клапана, тем самым обеспечивая поток флюида. Точно так же, исполнительные приводы обратного действия часто именуются исполнительными приводами с пневматическим открытием, поскольку увеличение давления воздуха на исполнительный привод задвигает шток исполнительного привода, что вызывает перемещение элемента управления потоком в направлении от седла клапана, тем самым обеспечивая поток флюида. Тем не менее, некоторые исполнительные приводы выполняются таким образом, что втягивание штока исполнительного привода вызывает перемещение элемента управления потоком по направлению к седлу клапана, тем самым ограничивая поток флюида. Для целей настоящего раскрытия описывается типовое устройство исполнительного привода, в котором исполнительные приводы прямого действия являются исполнительными приводами с пневматическим закрытием, а исполнительные приводы обратного действия являются исполнительными приводами с пневматическим открытием. Однако настоящее описание также применимо к исполнительным приводам, в которых исполнительные приводы прямого действия являются исполнительными приводами с пневматическим открытием, а исполнительные приводы обратного действия являются исполнительными приводами с пневматическим закрытием. Кроме того, управляющий флюид, применяемый исполнительными приводами в соответствии с настоящим описанием, не должен быть воздухом. Кроме того, для целей данного раскрытия типовые устройства исполнительного привода описываются как исполнительные приводы диафрагменного типа. Тем не менее, настоящее описание также применимо к другим типам исполнительных приводов, таких, как поршневые исполнительные приводы.

[0028] Типовое устройство исполнительного привода, описанное в данном документе, содержит бугель с внутренними гидравлическими каналами. В частности, внутренняя трубка или труба может гидравлически соединять первую напорную камеру исполнительного привода с одним из: первым и вторым внутренним гидравлическим каналом бугеля через отверстие в тарелке диафрагмы. В качестве примера, внутренняя трубка является негнущейся, а также предотвращает вращение диафрагмы, таким образом, предотвращая вращение затвора клапана вследствие торсионных сил, сообщаемых флюидом, протекающим через корпус клапана.

[0029] В конфигурации прямого действия (например, с пневматическим закрытием) внутренняя трубка или труба гидравлически соединена со вторым внутренним гидравлическим каналом бугеля для подачи управляющего флюида в первую напорную камеру. Вторая напорная камера гидравлически соединяется с атмосферой через первый внутренний гидравлический канал бугеля для обеспечения вентилирования первой напорной камеры.

[0030] В конфигурации обратного действия (например, с пневматическим открытием), внутренняя трубка или труба гидравлически соединена с первым внутренним гидравлическим каналом бугеля для обеспечения гидравлического соединения между первой напорной камерой и атмосферой для обеспечения вентилирования первой напорной камеры. Управляющий флюид подается во вторую напорную камеру через второй внутренний гидравлический канал бугеля.

[0031] Прежде чем описывать типовое устройства исполнительного привода, как упомянуто выше, приводится краткое описание известного узла управляющего гидравлического клапана в соответствии с ФИГ. 1A и 1B. Со ссылкой на ФИГ. 1А, проиллюстрирован известный узел управляющего гидравлического клапана 100. Узел управляющего гидравлического клапана 100 содержит исполнительный привод 102, соединенный с гидравлическим клапаном 104 посредством бугеля 106.

[0032] ФИГ. 1В иллюстрирует вид в поперечном разрезе исполнительного привода 102 и части бугеля 106, изображенных на ФИГ. 1A. Исполнительный привод 102 содержит тарелку диафрагмы 108 и диафрагму 110, расположенные в кожухе исполнительного привода 112 для образования первой (например, верхняя часть в показанной ориентации) напорной камеры 114 и второй (например, нижняя часть в показанной ориентации) напорной камеры 116. Контроллер (например, устройство позиционирования) 118 (ФИГ. 1A) обеспечивает подачу управляющего флюида (например, воздуха) в первую и/или вторую напорные камеры 114 и/или 116 посредством наружной трубки 120 и/или 122.

[0033] Наружная трубка 120 и/или 122, однако, создает проблемы для производства и надежности. Когда трубки закупаются оптом, они обычно поставляется в виде прямых отрезков. Для подготовки трубки к сборке с исполнительным приводом клапана, трубка должны быть обрезана и согнута по форме. Кроме того, концы трубки должны быть развальцованы для и к ним присоединена арматура. Для этого часто требуются специализированные инструменты и приспособления. Более того, выбор материала наружной трубки и арматуры часто диктуется их предполагаемой рабочей средой. Например, некоторые рабочие среды (например, высоко коррозионные среды) могут требовать, чтобы наружные трубки и арматура были изготовлены из особых дорогих материалов, например таких как нержавеющая сталь, медь или Монель™.

[0034] Ссылаясь на ФИГ. 2, в данном документе проиллюстрирован известный узел предотвращающего вращение бугеля 200. В некоторых примерах, флюид и/или среда, протекающая через корпус гидравлического клапана, может передавать крутящие усилия на компоненты клапана, тем самым вызывая скручивание или поворот элемента управления потоком и/или штока клапана относительно корпуса клапана. Такое скручивание или поворот может привести к повреждению компонентов клапана, таких как уплотнения. Кроме того, такое скручивание или поворот может привести к неточности измерений для определенных типов контроллеров клапана, таких как те, в которых применяется бесконтактная обратная связь по величине перемещения.

[0035] Предотвращающий вращение узел бугеля 200 присоединяет исполнительный привод (не показан) к корпусу клапана (не показан). Шток исполнительного привода 202 проходит через центральную ось 204 узла бугеля 200. Узел бугеля 200 содержит первый торец 206 и второй торец (не показано), противоположный первому торцу 206.
Первое колено 208 и второе колено 210, отстоящее на расстоянии от первого колена 208, проходят от первого торца 206 до второго торца с образованием открытого внутреннего участка 212. Рельсовая направляющая 214 проходит от внутренней поверхности 216 первого колена 208 внутрь открытого внутреннего участка 212. Соединительная колодка штока 218 неподвижно присоединена к штоку исполнительного привода 202 и содержит паз 220, соединенный с рельсовой направляющей 214 с возможностью скольжения. Более конкретно, рельсовая направляющая 214 и паз 220 позволяют соединительной колодке штока 218, и, следовательно, штоку 202 исполнительного привода скользить вдоль центральной оси 204 узла бугеля 200, в то же время предотвращая вращение штока исполнительного привода 202 относительно центральной оси 204 узла бугеля 200.

[0036] Предотвращающий вращение узел бугеля 200, как правило, подвергается воздействию внешней среды. Следовательно, различные типы мусора могут застрять между рельсовой направляющей 214 и пазом 220 соединительной направляющей штока 218, тем самым вызывая повышенное трение или сцепление между ними. Кроме того, другие объекты могут быть зажаты между рельсовой направляющей 214 и пазом 220 соединительной направляющей штока 218. Таким образом, по меньшей мере по этим причинам желательно, чтобы элементы предотвращения вращения находились внутри кожуха, а не подвергались воздействию внешней среды.

[0037] Ссылаясь теперь на ФИГ. 3А и 3В, в соответствии с настоящим описанием здесь проиллюстрировано типовое устройство исполнительного привода 300 с внутренней трубкой и механизмом предотвращения вращения. Ссылаясь на ФИГ. 3А, типовое устройство исполнительного привода 300 содержит бугель 302 для присоединения исполнительного привода 304 к гидравлическому клапану (например, гидравлическому клапану 104 на ФИГ. 1A). Исполнительный привод 304 содержит кожух исполнительного привода 306 и устройство нагрузки, содержащее тарелку диафрагмы 308 и диафрагму 310, расположенные в кожухе исполнительного привода 306, образующие первую (например, верхнюю) напорную камеру 312 и вторую (например, нижнюю) напорную камеру 314, расположенную напротив первой напорной камеры 312. Тарелка диафрагмы 308 образует поверхность посадки пружин 316 для одной или нескольких пружин 318. Шток исполнительного привода 320 жестко прикреплен к тарелке диафрагмы 308 таким образом, что перемещение диафрагмы 310 и тарелки диафрагмы 308 приводит к перемещению штока исполнительного привода 320 и, следовательно, штока гидравлического клапана (не показан), жестко соединенного со штоком исполнительного привода 320.

[0038] Типовое устройство исполнительного привода 300 является исполнительным приводом прямого действия (например, с пневматическим закрытием). Для исполнительных приводов прямого действия управляющий флюид подается на первую напорную камеру 312 , а вторая напорная камера 314 сообщается с атмосферой. Подача управляющего флюида на первую напорную камеру 312 приводит к выдвижению штока исполнительного привода 320 из кожуха исполнительного привода 306. Когда давление управляющего флюида уменьшается, противодействующая сила пружины 318 втягивает шток исполнительного привода 320 внутрь кожуха исполнительного привода 306. Если давление управляющего флюида падает, пружина 318 вынуждает шток исполнительного привода 320 и, следовательно, шток гидравлического клапана (не показан), и элемент управления потоком (не показан), присоединенный к нему, переместиться в крайнее втянутое положение (например, вверх согласно показанной ориентации). Эта операция может быть применена для обеспечения отказоустойчивости при операции открытия.

[0039] Бугель 302 содержит первое колено 322, имеющее первый внутренний гидравлический канал 324, и второе колено 326, имеющее второй внутренний гидравлический канал 328. Первый внутренний гидравлический канал 324 находится в гидравлическом соединении со второй напорной камерой 314 и с атмосферой через вентиляционное отверстие (не показано), обеспечивая таким образом вентилирование второй напорной камеры 314. Трубка 330 гидравлически соединена со вторым внутренним гидравлическим каналом 328 и проходит через отверстие 332 в тарелке диафрагмы 308. Контроллер (например, контроллер 118 на ФИГ. 1А) гидравлически соединен со вторым внутренним гидравлическим каналом 328, который находится в гидравлическом соединении с первой напорной камерой 312 через трубку 330 для подачи управляющего флюида в первую напорную камеру 312.

[0040] Как проиллюстрировано на ФИГ. 3В, трубка 330 гидравлически соединена со вторым внутренним гидравлически каналом 328. Контроллер (не показан) гидравлически соединен со вторым внутренним гидравлическим каналом 328 для подачи управляющего флюида к первой напорной камере 312 через трубку 330. В некоторых примерах трубка 330 соединена со вторым внутренним гидравлическим каналом 328 посредством: (1) трубных резьб (посредством, например, национальных трубных резьб, NPT) на трубке 330 и на втором внутреннем гидравлическом канале 328; (2) приварки трубки 330 ко второму внутреннему гидравлическому каналу 328; (3) соединительных устройств; или (4) любых других подходящих методов присоединения. Как проиллюстрировано на ФИГ. 3В, трубка 330 проходит через отверстие 332 в тарелке диафрагмы 308 для обеспечения гидравлического соединения между первой напорной камерой 312 и вторым внутренним гидравлическим каналом 328. Поскольку трубка 330 находится полностью внутри по отношению к устройству исполнительного привода 300, трубка 330 не подвергается воздействию жестких условий окружающей среды, которым часто подвергаются наружные трубки. Соответственно, трубка 330 не обязательно должна быть изготовлена из дорогих, антикоррозионных материалов. В некоторых примерах трубка 330 изготавливается из стали (например, оцинкованной или нержавеющей стали), меди, полимеров (например, ПВХ или АБС-пластика) или других материалов. Кроме того, трубки единого размера могут быть использованы в каждой из конфигураций.

[0041] Отверстие 332 в тарелке диафрагмы 308 содержит втулку 334 и уплотнение 336, каждое из которых соосно с отверстием 332 и трубкой 330. Втулка 334 имеет внутренний диаметр, который немного больше, чем наружный диаметр трубки 330. Втулка 334 облегчает перемещение в осевом направлении (например, скольжение) тарелки диафрагмы 308 относительно трубки 330. Трубка 330 также предназначена для обеспечения выравнивания подобного осевого перемещения во время функционирования. Таким образом, трубка 330 обеспечивает механизм предотвращения вращения посредством предотвращения вращения тарелки диафрагмы 308 относительно кожуха привода 306. В некоторых примерах, втулка 334 содержит полимер (например, нейлон) и/или другие виды материалов с низким коэффициентом трения и/или самосмазывающиеся материалы. В других примерах отпадает необходимость в применении втулки 334 за счет выполнения тарелки диафрагмы 308 и/или трубки 330 из определенных материалов, таких как Нитроник 60 (Nitronic 60), который демонстрирует стойкость к износу и истиранию.

[0042] Уплотнение 336 располагается внутри отверстия 332 вблизи первой напорной камеры 312 (например, смежно с находящейся под давлением стороной тарелки диафрагмы 308). Уплотнение предотвращает утечку управляющего флюида из первой напорной камеры 312 во вторую напорную камеру 314 через отверстие 332. В некоторых примерах, уплотнение 336 представляет собой уплотнительное кольцо или прокладку.

[0043] Ссылаясь теперь на ФИГ. 4A и 4B, где в соответствии с настоящим описанием проиллюстрировано еще одно типовое устройство исполнительного привода 400 с внутренней трубкой и механизмом предотвращения вращения. Ссылаясь на ФИГ. 4А устройство исполнительного привода 400 представляет собой исполнительный привод обратного действия (например, с пневматическим открытием), в отличие от устройства исполнительного привода 300 прямого действия, проиллюстрированное на ФИГ. 3. В устройстве исполнительного привода 400, проиллюстрированного на ФИГ. 4A, применяются многие из тех же компонентов, что и в устройстве исполнительного привода 300, проиллюстрированного на ФИГ. 3A. В некоторых примерах, устройство исполнительного привода 400, изображенное на ФИГ. 4A, применяет те же компоненты, что и устройство исполнительного привода 300, проиллюстрированного на ФИГ. 3A. Таким образом, в некоторых примерах, устройство исполнительного привода 400 является настраиваемым или эксплуатационно обратимым, так что перекомпоновка устройства исполнительного привода обратного действия 400 производит устройство исполнительного привода прямого действия 300, проиллюстрированное на ФИГ. 3A без использования дополнительных деталей. Таким образом, устройство исполнительного привода 400 обеспечивает дополнительные функциональные возможности для пользователей по сравнению с известными исполнительными приводами, которые не являются эксплуатационно обратимым.

[0044] Производственные операции несут затраты для каждой специфичной составной части. Сокращение количества специфичных компонентов путем объединения нескольких конфигураций в единую Единицу Учета Запасов (SKU) снижает затраты на балансовую инвентаризации и упрощает процессы управления запасами. Исключение лишних деталей уменьшает сложность инвентаризации и упрощает управление номерами деталей и отслеживание BOM (спецификация). Сокращение количества специфичных физических единиц оборудования сокращает требования к пространству для хранения и исключает ошибки производства во время общих процессов сборки. Меньшее число набора компонентов, которые требуют управления, снижает расходы на обслуживание и позволяет дополнительно сосредоточиться на системе оперативного управления запасами «точно в срок» или других более эффективных систем управления запасами.

[0045] Сокращение специфичных исполнительных приводов прямого и обратного действия до единой SKU снижает постоянные затраты на обслуживание и повышает рабочую эффективность. Единая конфигурация непосредственно уменьшает требования по запасу запасных частей и уменьшает вероятность длительных простоев по причине отсутствия запасных частей, не включенных в инвентарную ведомость. Кроме того, использование единого SKU упрощает подготовку, требуемую техникам по ремонту, и уменьшает вероятность дефектов, требующих ремонта, за счет стандартных методов ремонта и комплектов запасных деталей. Успешный ремонт в первой попытке сводит к минимуму время простоя и может повысить безопасность за счет исключения повторных приближений к деталям технологической установки.

[0046] Типовое устройство исполнительного привода 400, проиллюстрированное на ФИГ. 4, содержит многие, если не все, из компонентов устройства исполнительного привода 300, проиллюстрированного на ФИГ. 3A. Типовое устройство исполнительного привода 400 содержит бугель 402 для соединения исполнительного привода 404 с гидравлическим клапаном (например, гидравлический клапан 104, проиллюстрированный на ФИГ. 1A). Исполнительный привод 404 содержит кожух исполнительного привода 406 и устройство нагрузки, содержащее тарелку диафрагмы 408 и диафрагму 410, расположенные в кожухе исполнительного привода 406, образующие первую (например, верхнюю) напорную камеру 412 и вторую (например, нижнюю) напорную камеру 414, расположенную напротив первой напорной камеры 412. Тарелка диафрагмы 408 образует поверхность посадки одной или нескольких пружин 416. Шток исполнительного привода 418 жестко присоединен к тарелке диафрагмы 408 так, что перемещение диафрагмы 410 и тарелки диафрагмы 408 приводит к перемещению штока исполнительного привода 418 и, следовательно, штока гидравлического клапана (не показан), жестко присоединенного к штоку исполнительного привода 418.

[0047] Как упоминалось выше, типовое устройство исполнительного привода 400 представляет собой исполнительный привод обратного действия (например, с пневматическим открытием). Для исполнительных приводов обратного действия управляющий флюид подается во вторую напорную камеру 414, а первая напорная камер 412 сообщается с атмосферой. Подача управляющего флюида ко второй напорной камере 414 приводит к тому, что шток исполнительного привода 418 втягивается в кожух исполнительного привода 406. Когда давление управляющего флюида уменьшается, противодействующая сила сжатия пружины 416 выдвигает шток исполнительного привода 418 из кожуха исполнительного привода 406. Если давление управляющего флюида пропадает, пружина 416 вынуждает шток исполнительного привода 418 и, следовательно, шток гидравлического клапана (не показан), и элемент управления потоком (не показан), присоединенный к нему, перемещаться в крайнее нижнее положение. Эта операция обеспечивает отказоустойчивости при операции закрытия.

[0048] Бугель 402 содержит первый торец 420 и второй торец (не показано), расположенный напротив первого торца 420. Первое колено 422 и второе колено 424, отстоящее на расстоянии от первого колена 422, проходят от первого торца 420 до второго торца, образуя открытый внутренний участок 426. Первый внутренний гидравлический канал 428 расположен внутри первого колена 422, и второй внутренний гидравлический канал 430 расположен внутри второго колена 424. Трубка 432 гидравлически соединена с первым внутренним гидравлическим каналом 428, который находится в гидравлическом соединении с атмосферой посредством вентиляционного отверстия (не показано). Трубка 432 проходит через отверстие 434 в тарелке диафрагмы 408 для обеспечения гидравлического соединения между первой напорной камерой 412 и атмосферой. Контроллер (например, контроллер 118, проиллюстрированный на ФИГ. 1А) гидравлически соединен со вторым внутренним гидравлическим каналом 430, который находится в гидравлическом соединении со второй напорной камерой 414 для подачи управляющего флюида во вторую напорную камеру 414.

[0049] Как проиллюстрировано на ФИГ. 4В, трубка 432 проходит через отверстие 434 в тарелке диафрагмы 408 для обеспечения гидравлического соединения между первой напорной камерой 412 и атмосферой. Отверстие 434 в тарелке диафрагмы 408 содержит втулку 436 и уплотнение 438, каждое из которых соосно с отверстием 434 и трубкой 432. Втулка 436 и уплотнение 438 аналогичны или же идентичны втулке 334 и уплотнению 336, проиллюстрированных на ФИГ. 3B. Уплотнение 438 расположено внутри отверстия 434 вблизи первой напорной камеры 412 (например, смежно с находящейся под давлением стороной 440 тарелки диафрагмы 408). Уплотнение 438 предотвращает утечку управляющего флюида из первой напорной камеры 412 во вторую напорную камеру 414 через отверстие 434.

[0050] Трубка 432 также облегчает воздушное соединение первой напорной камеры 412 с атмосферой через первый внутренний гидравлический канал 428 бугеля 402. Таким образом, типовое устройство исполнительного привода 400 не требует вентилирования через верхнюю часть кожуха исполнительного привода 406 . Такие вентиляционные отверстия непосредственно подвергаются воздействию жестких условий окружающей среды (например, дождь) и, таким образом, склонны к протечке. Менее надежные и / или менее дорогие вентиляционные отверстия могут применяться, если вентилирование выполняется через первый внутренний гидравлический канал 428 бугеля 402, который в меньшей степени подвержен воздействию внешних условий окружающей среды. В других примерах вентиляционные отверстия могут быть исключены. Таким образом, типовое устройство исполнительного привода 400 обеспечивает повышенную надежность при сниженной стоимости по сравнению с известными исполнительными приводами.

[0051] Диафрагма 410 на ФИГ. 4A и 4B имеет круглую форму и имеет центральное отверстие. Внутренняя часть 442 диафрагмы 410 содержит элемент в форме крюка или выступ 444, который удерживается между тарелкой диафрагмы 408 и дополнительным крючкообразным элементом или выступом 446 стопорного кольца 448 тарелки диафрагмы 408. Диафрагма 410 на ФИГ. 4A и 4B подобна диафрагме 310, проиллюстрированной на ФИГ. 3A и 3B.

[0052] Ссылаясь теперь на ФИГ. 5А и 5В, проиллюстрировано другое типовое устройство исполнительного привода 500. Типовое устройство исполнительного привода 500 является исполнительным приводом прямого действия (например, с пневматическим закрытием). Типовое устройство исполнительного привода 500 содержит диафрагму 502, которая проходит по находящейся под давлением поверхности 504 тарелки диафрагмы 506. Диафрагма 502 и тарелка диафрагмы 506 содержит отверстия 508 и 510 для размещения трубки 512 и вала исполнительного привода 514 соответственно. Фланцевая втулка 516 удерживает диафрагму 502 впритык к находящейся под давлением поверхности 504 тарелки диафрагмы 506. В этой конфигурации реализована специфичная тарелка диафрагмы 506, в отличие от двухсекционной тарелки диафрагмы 408, включающей стопорное кольцо 448, которое применяется в устройстве исполнительного привода 300 и 400 на ФИГ. 3A–4B.

[0053] Ссылаясь на ФИГ. 5В, описана более подробно фланцевая втулка 516. Фланцевая втулка 516 расположена соосно с трубкой 512 и отверстием 508 в диафрагме 502 и тарелке диафрагмы 506. Фланцевая втулка 516 содержит фланцевую часть 518 для удержания диафрагмы 502 впритык к диафрагме 506, и трубчатую часть 520 для облегчения осевого перемещения (например, скольжение) тарелки диафрагмы 506 относительно трубки 512. В некоторых примерах фланцевая втулка 516 содержит уплотнение 522 (например, уплотнительное кольцо или прокладка) для предотвращения утечки управляющего флюида вдоль трубки 512. Стопорное кольцо или крепежный элемент 524 соединены резьбой с фланцевой втулкой 516 на боковой стороне тарелки диафрагмы 506, противоположной диафрагме 502. В некоторых примерах, стопорное кольцо 524 представляет собой гайку. Затяжка стопорного кольца 524 сжимает диафрагму 502 между тарелкой диафрагмы 506 и фланцевой частью 518 фланцевой втулки 516, тем самым фиксируя диафрагму 502 впритык к диафрагме 506.

[0054] Ссылаясь теперь на ФИГ. 6A и 6B, проиллюстрировано еще одно типовое устройство исполнительного привода 600. Типовое устройство исполнительного привода 600 представлено исполнительным приводом обратного действия (например, с пневматическим открытием), в то время как типовое устройство исполнительного привода 500 на ФИГ. 5А и 5В является исполнительным приводом прямого действия (например, с пневматическим закрытием). Аналогично типовому устройству исполнительного привода 500 на ФИГ. 5А и 5В, типовое устройство исполнительного привода 600 содержит диафрагму 602, которая проходит по находящейся под давлением поверхности 604 тарелки диафрагмы 606. Диафрагма 602 содержит отверстия 608 и 610 для размещения трубки 612 и вала привода 614 соответственно. Фланцевая втулка 616 удерживает диафрагму 602 впритык к находящейся под давлением поверхности 604 тарелки диафрагмы 606.

[0055] Ссылаясь теперь на ФИГ. 7-12, проиллюстрировано еще одно типовое устройство исполнительного привода с различными конфигурациями калибровки клапана. Типовое устройство исполнительного привода 700, 800, 900, 1000, 1100 и 1200 может содержать внутренние гидравлические каналы (например, внутренние гидравлические каналы 324, 328, 428, 430, проиллюстрированные на ФИГ. 3А-4В) и трубку или трубу (например, трубка 330, 432, 512, 612, проиллюстрированная на 3А-6В). Типовое устройство исполнительного привода 700, 800 и 900 является исполнительным приводом прямого действия (например, с пневматическим закрытием), в то время как типовое устройство исполнительного привода 1000, 1100 и 1200 является исполнительным приводом обратного действия (например, с пневматическим открытием). Калибровка клапана относится к первоначальному сжатию, приложенному к пружине исполнительного привода с пружинным регулятором. Для клапанов с пневматическим открытием нижняя калибровка клапана определяет величину доступной нагрузки седла и величину давления, необходимую для начала хода открытия клапана. Для клапанов с пневматическим закрытием нижняя калибровка клапана определяет величину давления, необходимую для начала хода закрытия клапана.

[0056] Типовое устройство исполнительного привода 700 на ФИГ. 7 представляет собой исполнительный привод прямого действия с нерегулируемой калибровкой клапана.

[0057] Типовое устройство исполнительного привода 800 на ФИГ. 8 представляет собой исполнительный привод прямого действия с регулируемой калибровкой клапана. Типовое устройство исполнительного привода 800 содержит регулятор пружины 802, соединенный по резьбе с кожухом исполнительного привода 804. Регулятора пружины 802 дополнительно содержит опору пружины 806, которая соприкасается с одной или несколькими пружинами 808. Калибровка клапана регулируется посредством вращения регулятора пружины 802 относительно кожуха привода 804, который изменяет величину сжатия пружины 808.

[0058] Типовое устройство исполнительного привода 900 на ФИГ. 9 представляет собой исполнительный привод прямого действия с регулируемой калибровкой клапана и двойной диафрагмой. Типовое устройство исполнительного привода 900 содержит регулятор пружины 902, соединенный по резьбе с кожухом исполнительного привода 904. Регулятор пружины 902 дополнительно содержит опору пружины 906, которая соприкасается с одной или несколькими пружинами 908. Калибровка клапана регулируется вращением регулятора пружины 902 относительно кожуха исполнительного привода 904, который изменяет величину сжатие пружины 908. Типовое устройство исполнительного привода 900 дополнительно содержит первую и вторую диафрагмы 910, 912. Исполнительные приводы с двойной диафрагмой, такие как типовое устройство исполнительного привода 900, обеспечивают повышенную точность управления, снижение эксплуатационного трения и увеличение диафрагменной силы, по сравнению с исполнительными приводами с одной диафрагмой.

[0059] Типовое устройство исполнительного привода 1000 на ФИГ. 10 представляет собой исполнительный привод обратного действия с нерегулируемой калибровкой клапана.

[0060] Типовое устройство исполнительного привода 1100 на ФИГ. 11 представляет собой исполнительный привод обратного действия с регулируемой калибровкой клапана. Типовое устройство исполнительного привода 1100 содержит регулятор пружины 1102, соединенный по резьбе с кожухом исполнительного привода 1104. Регулятор пружины 1102 дополнительно соединен с опорой пружины 1106, которая соприкасается с одной или несколькими пружинами 1108. Калибровка клапана регулируется вращением регулятора пружины 1102 относительно кожуха исполнительного привода 1104, который изменяет величину сжатия пружины 1108.

[0061] Типовое устройство исполнительного привода 1200 на ФИГ. 12 представляет собой исполнительный привод обратного действия с регулируемой калибровкой клапана и двойной диафрагмой. Типовое устройство исполнительного привода 1200 содержит регулятор пружины 1202, соединенный по резьбе с кожухом исполнительного привода 1204. Регулятор пружины 1202 дополнительно соединен с опорой пружины 1206, которая соприкасается с одной или несколькими пружинами 1208. Калибровка клапана регулируется вращением регулятора пружины 1202 относительно кожуха исполнительного привода 1204, который изменяет величину сжатия пружин (ы) 1208. Типовое устройство исполнительного привода 1200 дополнительно содержит первую и вторую диафрагмы 1210, 1212. Исполнительные приводы с двойной диафрагмой, такие как типовое устройство исполнительного привода 1200, обеспечивают повышенную точность управления, снижение эксплуатационного трения и увеличение диафрагменной силы, по сравнению с исполнительными приводами с одной диафрагмой.

[0062] Хотя некоторые типовые устройства были описаны в настоящем документе, сфера охвата данного патента не ограничивается им. Напротив, этот патент охватывает все способы, устройства и промышленные изделия, в известной степени попадающих под действие дополненной формулы изобретения либо в настоящем смысле, либо в соответствии с теорией эквивалентов.

Изобретение относится к устройствам исполнительного привода для клапанов. Новизной изобретения является то, что бугель содержит первый внутренний канал, соединяющий вторую напорную камеру с атмосферой, и второй внутренний канал, соединяющий первую напорную камеру с контроллером при помощи трубки, проходящей через отверстие в тарелке диафрагмы. Данная трубка также предотвращает вращение тарелки диафрагмы. Технический результат заключается в повышении точности работы исполнительного привода. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Устройство, содержащее:

кожух исполнительного привода;

тарелку диафрагмы, расположенную внутри кожуха исполнительного привода и образующую первую напорную камеру и вторую напорную камеру, расположенную напротив первой напорной камеры;

бугель для присоединения кожуха исполнительного привода к гидравлическому клапану, содержащий первый внутренний гидравлический канал, гидравлически соединенный с атмосферой, и второй внутренний гидравлический канал для приема управляющего флюида от контроллера; и

трубку, гидравлически соединяющую первый или второй внутренний гидравлический канал с первой напорной камерой через отверстие в тарелке диафрагмы, при этом трубка предназначена для предотвращения вращения тарелки диафрагмы относительно кожуха исполнительного привода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кожух исполнительного привода вентилируется через первый или второй внутренний гидравлический канал бугеля.

3. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что устройство является альтернативно конфигурируемым для операций прямого действия или операций обратного действия.

4. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что

в конфигурации прямого действия трубка гидравлически соединяется со вторым внутренним гидравлическим каналом для подачи управляющего флюида в первую напорную камеру, а вторая напорная камера гидравлически соединяется с атмосферой через первый внутренний гидравлический канал; и

в конфигурации обратного действия трубка гидравлически соединена с первым внутренним гидравлическим каналом для обеспечения гидравлического соединения между первой напорной камерой и атмосферой, а управляющий флюид подается во вторую напорную камеру через второй внутренний гидравлический канал.

5. Устройство по любому из пп. 1 или 2, дополнительно содержащее уплотнение для герметизации контактной поверхности между трубкой и отверстием в тарелке диафрагмы на находящейся под давлением стороне тарелки диафрагмы, причем находящаяся под давлением сторона тарелки диафрагмы прилегает к первой напорной камере в конфигурации прямого действия и прилегает ко второй напорной камере в конфигурации обратного действия.

6. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что тарелка диафрагмы образует первую опору для первой пружины, причем первая пружина расположена во второй напорной камере в конфигурации прямого действия и в первой напорной камере в конфигурации обратного действия.

7. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что тарелка диафрагмы дополнительно образует вторую опору для второй пружины.

8. Устройство по любому из пп. 1 или 2, дополнительно содержащее втулку, закрепленную в отверстии в тарелке диафрагмы, причем втулка имеет внутреннюю поверхность для скользящего приема трубки.

9. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что уплотнение выполнено как одно целое с втулкой.

10. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что тарелка диафрагмы представляет собой цельный элемент и при этом диафрагма проходит по лицевой поверхности тарелки диафрагмы, прилегающей к находящейся под давлением стороне тарелки диафрагмы.

11. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что втулка содержит фланец для удержания диафрагмы.

12. Устройство по любому из пп. 1 или 2, дополнительно содержащее стопорное кольцо, прилегающее к лицевой поверхности тарелки диафрагмы напротив испытывающей давление стороны тарелки диафрагмы, причем стопорное кольцо соединено резьбовым соединением с втулкой для удержания диафрагмы между фланцем втулки и лицевой поверхностью тарелки диафрагмы, прилегающей к находящейся под давлением стороне тарелки диафрагмы.

13. Устройство, содержащее:

тарелку диафрагмы, расположенную внутри кожуха исполнительного привода и образующую первую и вторую напорную камеры;

бугель, соединенный с кожухом исполнительного привода, при этом бугель содержит первый и второй гидравлические каналы; и

трубку, гидравлически соединяющую первую напорную камеру с одним из: первого и второго гидравлического канала, при этом трубка проходит через отверстие в тарелке диафрагмы для предотвращения вращения тарелки диафрагмы относительно кожуха исполнительного привода.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что устройство настраивается на операцию прямого действия или операцию обратного действия.

15. Устройство по любому из пп. 13 или 14, отличающееся тем, что

в конфигурации прямого действия трубка гидравлически соединена со вторым гидравлическим каналом для подачи управляющего флюида в первую напорную камеру; и

в конфигурации обратного действия трубка гидравлически соединена с первым гидравлическим каналом для обеспечения соединения между первой напорной камерой и атмосферой.

16. Устройство по любому из пп. 13 или 14, отличающееся тем,

что в конфигурации прямого действия вторая напорная камера гидравлически соединяется с атмосферой через первый гидравлический канал; и

в конфигурации обратного действия управляющий флюид подается во вторую напорную камеру через второй гидравлический канал.

17. Устройство по любому из пп. 13 или 14, дополнительно содержащее:

уплотнение для герметизации контактной поверхности между трубкой и отверстием в тарелке диафрагмы на находящейся под давлением стороне тарелки диафрагмы, причем находящаяся под давлением сторона тарелки диафрагмы примыкает к первой напорной камере для обеспечения конфигурации прямого действия и примыкает ко второй напорной камере для обеспечения конфигурации обратного действия; и

втулку, присоединенную соосно и жестко к отверстию в тарелке диафрагмы, причем втулка имеет внутреннюю поверхность, соединенную с возможностью скольжения с наружной поверхностью трубки.

18. Устройство, содержащее:

устройство приведения в действие гидравлического клапана;

устройство крепления устройства приведения в действие к гидравлическому клапану;

первое устройство для гидравлического соединения с атмосферой первой напорной камеры устройства приведения в действие, причем часть первого устройства гидравлического соединения выполнена как единое целое с устройством крепления; и

второе устройство для гидравлического соединения с управляющим флюидом второй напорной камеры устройства приведения в действие без использования наружных трубок, причем часть второго устройства гидравлического соединения выполнена как единое целое с устройством крепления, при этом первое или второе устройство гидравлического соединения дополнительно содержит устройство предотвращения вращения штока гидравлического клапана относительно гидравлического клапана.

19. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что:

в конфигурации прямого действия второе устройство для гидравлического соединения содержит устройство предотвращения вращения штока гидравлического клапана относительно гидравлического клапана; и

в конфигурации обратного действия первое устройство для гидравлического соединения содержит устройство предотвращения вращения штока гидравлического клапана относительно гидравлического клапана.

20. Устройство по любому из пп. 18 или 19, дополнительно содержащее средство герметизации устройства предотвращения вращения штока гидравлического клапана относительно гидравлического клапана, чтобы предотвратить утечку между первой и второй напорными камерами.