РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ КОМПРИМИРОВАННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА (КПГ) Российский патент 2020 года по МПК F02M21/02 F16K17/04 

Область техники

[0001] Данная заявка по существу относится к области систем компримированного природного газа (КПГ) и, более конкретно, к регулятору расхода для системы компримированного природного газа, который имеет механический обходной клапан, обеспечивающий регулирующий режим и обходной режим работы, а также дополнительные вспомогательные элементы, включающие емкость для охладителя и уравнительный клапан.

Предпосылки создания изобретения

[0002] Известно, что регуляторы давления или расхода широко применяются для получения источника текучей среды под высоким давлением и снижения давления при выдаче. В обычном регуляторе расхода источник текучей среды, впускаемый под высоким давлением (например, 3600 фунтов на кв. дюйм), выпускается со значительным снижением давления (например, 70-150 фунтов на кв. дюйм). В ряде различных и разнообразных сфер применения используется компримированный природный газ (КПГ). К ним относятся автомобильная промышленность, в которой используются системы регулирования расхода КПГ для механических транспортных средств и т. п. Для ряда таких систем требуются сложные и детально продуманные системы электрического реле, которые могут выйти из строя, таким образом приводя систему в нерабочее состояние.

[0003] В результате в данной области существует потребность в создании регулятора давления или аналогичного устройства, которое содержит механический обходной клапан для обеспечения или иного включения режимов управляемой работы, включая стандартный регулирующий режим и обходной режим, при необходимости, на основании входного и выходного давления, но без ущерба для работоспособности и рабочих характеристик регулятора.

[0004] Кроме того, имеются существующие в течение длительного времени и общие потребности в области улучшения общей функциональности и рабочих характеристик регуляторов расхода КПГ и, более конкретно, решения проблем в различных областях применения, включая устанавливаемые на транспортных средствах системы.

Краткое описание изобретения

[0005] Таким образом, в соответствии с первым аспектом предлагается регулятор расхода для системы компримированного природного газа (КПГ), причем регулятор расхода содержит корпус, имеющий по меньшей мере один впускной патрубок, по меньшей мере один выпускной патрубок и по меньшей мере один внутренний проход, который соединяет гидравлически (по текучей среде) впускной и выпускной патрубки. Механический обходной клапан, расположенный внутри по меньшей мере одной определенной внутренней камеры, обеспечивает обходной режим работы. Когда входное давление достигает заданного порогового значения, обходной клапан закрывается, и регулятор работает в обычном режиме работы (т. е., в регулирующем режиме). Когда входное давление находится ниже заданного порогового значения, обходной клапан остается открытым, и регулятор расхода работает в обходном режиме работы, чтобы направить компримированный газ непосредственно к выпускному патрубку.

[0006] В соответствии с по меньшей мере одной версией обходной клапан содержит подвижный чувствительный поршень, смещаемый с помощью управляющей пружины. Когда входное давление превышает заданное пороговое значение, чувствительный поршень перемещается в достаточной степени для преодоления смещения управляющей пружины и перемещения в положение, в котором он закрывает клапан. Когда клапан закрыт, регулятор переводится в регулирующий режим работы. Когда клапан открыт, регулятор находится в обходном режиме работы. Таким образом, обходной клапан действует как отказоустойчивый, требующий достаточного давления подачи для обеспечения регулирующего режима работы.

[0007] По меньшей мере в одной версии регулятор может содержать по меньшей мере один элемент, который позволяет регулировать управляющую пружину. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере одно регулировочное приспособление было доступно пользователю. В одной версии заглушка клапана приводится в действие с помощью подвижного поршня. Заглушка клапана смещается пружиной сжатия для облегчения открывания клапана при достижении порогового значения входного давления. К компримированному природному газу, который направляется к выпускному патрубку в обходном режиме, необязательно может быть применен фильтр.

[0008] В соответствии с другим аспектом предлагается способ управления потоком компримированного природного газа в регуляторе расхода. Способ включает этапы присоединения механического обходного клапана между впускным и выпускным патрубками регулятора, причем обходной клапан имеет чувствительный элемент, выполненный с возможностью перемещения со смещением на основании входного давления. В соответствии с одной версией чувствительный поршень соединен гидравлически с впускным патрубком регулятора, причем чувствительный поршень выполнен с возможностью перемещения относительно управляющей пружины таким образом, что, когда входное давление достигает заданного порогового значения, смещающее усилие управляющей пружины преодолевается. При достижении порогового значения обходной клапан закрывается, таким образом позволяя регулятору расхода функционировать в регулирующем режиме работы. Когда входное давление находится ниже заданного порогового значения, регулятор расхода поддерживается в обходном режиме, в котором газ непосредственно направляется от впускного патрубка к выпускному патрубку без регулирования. Предпочтительно, чтобы обходной клапан изначально поддерживался в открытом положении, чтобы действовать как отказоустойчивый.

[0009] В соответствии с по меньшей мере одной версией регулятор давления может содержать набор ребер, выполненных в виде рисунка, который способствует эффективному охлаждению компримированного природного газа, движущегося во время его транспортировки. Рисунок в соответствии c по меньшей мере одним вариантом осуществления образован змеевидным контуром или схемой, образованной в охлаждающей пластине, соединенной гидравлически между набором патрубков для охладителя и образующей емкость для охладителя. Охлаждающая текучая среда проходит непрерывно через образованную змеевидную схему для обеспечения конвективной теплопередачи регулируемому потоку природного газа.

[0010] В соответствии с еще одним аспектом описанный в настоящем документе регулятор расхода может содержать уравнительный клапан, который выполнен с возможностью работы с механизмом взвешивания регулятора давления, чтобы адекватно уравновесить изменения в давлении подачи.

[0011] В соответствии с еще одной версией предложен обходной клапан для регулятора давления, причем регулятор давления имеет корпус, содержащий впускной патрубок, выпускной патрубок и по меньшей мере один внутренний проход, соединяющий впускной патрубок и выпускной патрубок, и в котором обходной клапан расположен между впускным патрубком и выпускным патрубком. В соответствии с одной версией обходной клапан содержит подвижный чувствительный поршень, который соединен с возможностью смещения с управляющей пружиной, причем для преодоления смещающего усилия чувствительного поршня требуется заданное входное давление, чтобы обеспечить закрывание клапана и позволить регулятору перейти в регулирующий режим работы, и причем регулятор, в ином случае, работает в обходном режиме работы, при котором КПГ направляется непосредственно от впускного патрубка к выпускному патрубку.

[0012] Обходной клапан может содержать, согласно по меньшей мере одной версии, по меньшей мере один доступное пользователю приспособление для избирательной регулировки натяжения управляющей пружины. Клапан также может быть образован заглушкой клапана или корпусом, соединенным с чувствительным поршнем. В по меньшей мере одной версии заглушка клапана смещается пружиной сжатия. Когда входное давление достигает заданного порогового значения, заглушка клапана может перемещаться для закрытия клапана, чему способствует пружина сжатия.

[0013] Одно преимущество заключается в том, что конструкция описанного в настоящем документе обходного клапана позволяет использовать его в целом в качестве независимого элемента управления текучей средой. С этой целью обходной клапан в альтернативном варианте осуществления может быть реализован, например, внутри коллектора с регулятором расхода или в других подходящих областях и вариантах применения.

[0014] Другое преимущество, реализованное в описанном в настоящем документе регуляторе расхода, заключается в том, что обходной клапан не требует электрической энергии для эксплуатации. То есть обходной режим работы является чисто механическим по своей природе и не зависит от электрических отказов.

[0015] Описанный в настоящем документе обходной клапан полностью автономен и не требует внешнего питания для его эксплуатации. Кроме того, обходной клапан предпочтительно выполнен с отказоустойчивым режимом с автоматическим закрыванием, если усталость, коррозия или другие факторы воздействия приводят к ускорению выхода из строя пружины обходного узла. Кроме того, клапан не является чрезмерно сложным и дешевле по затратам, чем дорогостоящие системы электрического реле.

[0016] Еще одним преимуществом, реализуемым в настоящем изобретении, является то, что оребренная емкость для охладителя создает извилистый путь для охладителя, который проходит вокруг центрального участка. Функционально конструкция этой емкости для охладителя эффективно устраняет возможность конденсации тяжелых углеводородов за счет теплового расширения.

[0017] Еще одно реализуемое преимущество заключается во включении уравнительного клапана для применения в регуляторе расхода КПГ, предназначенного для стабилизации изменений в давлении подачи.

[0018] Эти и другие особенности и преимущества будут легко понятны из следующего подробного описания, которое следует рассматривать вместе с сопроводительными графическими материалами.

Краткое описание графических материалов

[0019] На Фиг. 1 представлен вид сбоку в перспективе регулятора расхода в соответствии с одним вариантом осуществления;

[0020] на Фиг. 2 представлен вид в перспективе сверху с пространственным разделением компонентов регулятора расхода, изображенного на Фиг. 1;

[0021] на Фиг. 3 представлен частичный вид в сечении внутреннего пространства корпуса регулятора расхода, показанного на Фиг. 1 и 2, на котором изображены различные образованные проходы;

[0022] на Фиг. 4 представлен вид сбоку в разрезе части регулятора расхода, изображенного на Фиг. 1-3, на котором изображен механический обходной клапан по отношению к впускному и выпускному патрубкам регулятора расхода;

[0023] на Фиг. 5 представлен вид сбоку в разрезе регулятора расхода, изображенного на фиг. 1-4, включая соединения охладителя для регулятора расхода;

[0024] на Фиг. 6 представлен вид в перспективе снизу регулятора расхода, изображенного на Фиг. 1-5; и

[0025] на Фиг. 7 представлен вид сбоку в разрезе регулятора расхода, изображенного на Фиг. 1-6, на котором дополнительно изображен уравнительный клапан в сборе, взаимодействующий с регулируемым механизмом взвешивания или загрузки регулятора расхода; и

[0026] на Фиг. 8 представлен вид сбоку в разрезе регулятора расхода, на котором дополнительно показан клапан снижения и сброса давления.

Подробное описание изобретения

[0027] Ниже приводится описание одного варианта осуществления регулятора расхода для применения в связи с системой компримированного природного газа (КПГ), такой как используется в механических транспортных средствах. Как описано в настоящем документе, регулятор расхода содержит ряд постоянных элементов, включая, помимо прочего, узел механического обходного клапана. Следует понимать, что конкретные сферы применения описанного в настоящем документе регулятора расхода могут быть соответствующим образом изменены. Кроме того, в тексте используются определенные термины для обеспечения подходящей системы отсчета в отношении сопроводительных графических материалов. Эти термины, которые включают в себя «внутренний», «внешний», «внутри», «снаружи», «над», «под», «верхний» и «нижний», среди прочих, не предназначены для сужения общего объема описанного в настоящем документе регулятора расхода, включая формулу изобретения, за исключением случаев, когда это конкретно указано.

[0028] Для целей настоящего описания термины «дальний» и «ближний» относятся к стороне или концу, наиболее близкому к внутреннему пространству регулятора, и стороне или концу, наиболее близкому к пользователю, соответственно.

[0029] В настоящем документе формы единственного числа предназначены для обозначения единственного элемента или компонента. Однако эти термины также могут относиться к наличию «по меньшей мере одного» (т. е. множества) приспособления или компонента.

[0030] На Фиг. 1 показан регулятор 100 расхода, изготовленный в соответствии с описанным в настоящем документе вариантом осуществления. Регулятор 100 расхода образован корпусом 104, изготовленным из подходящего конструктивного материала. Корпус 104 регулятора образован верхней поверхностью, множеством боковых или латеральных стенок и нижней поверхностью, содержащей нижнюю выступающую часть. Более конкретно, в соответствии с этим вариантом осуществления корпус 104 регулятора образован по существу прямоугольной конфигурацией по отношению к латеральным стенкам за исключением наклонной поверхности между двумя боковыми стенками в одном углу. Из следующего обсуждения очевидно, что данная конструкция обеспечивает ряд преимуществ в аспекте упаковки. Однако конкретная конструкция корпуса 104 регулятора (форма, геометрия) может быть изменена соответствующим образом.

[0031] Корпус 104 поддерживает множество соединений/патрубков, включая впускной патрубок 108 и по меньшей мере один выпускной патрубок 112, причем каждый из патрубков 108, 112 проходит во внутреннее пространство регулятора 100 расхода. Кроме того, в соответствии с этим вариантом осуществления пара патрубков 118, 122 для охлаждения дополнительно предусмотрена смежно с впускным патрубком 108 вдоль одной боковой стенки корпуса 104. Как дополнительно описано в настоящем документе, патрубки 118, 122 для охлаждения обычно соединены с источником текучей среды (не показан) с помощью охлаждающей схемы, расположенной в регуляторе 100.

[0032] В соответствии с этим конкретным вариантом осуществления впускной патрубок 108 расположен на той же боковой стенке, что и патрубки 118, 122 для охлаждения, последние из которых размещены параллельно и один над другим. Выпускной патрубок 112 расположен на наклонной боковой стенке, причем расположенный смежно патрубок 114 предусмотрен для датчика выходного давления.

[0033] Электромагнитный клапан 116 установлен на смежной стороне корпуса 104, также как и датчик 117 входного давления, Фиг. 4, который соединен гидравлически с впускным патрубком 108. Кроме того, между патрубками 118, 122 для охладителя и впускным патрубком 108 также размещен клапан снижения и сброса давления (частично показан). Будет очевидно, что расположение конкретных патрубков и клапанов может варьироваться при условии возможности выполнения необходимых функций.

[0034] Регулируемый механизм взвешивания или загрузки прикреплен к верхней поверхности корпуса 104 регулятора, содержащего крышку 140, при этом элемент или компонент управления (например, уравнительный клапан) размещен внутри выступающей нижней части корпуса 104. Корпус 104 дополнительно содержит обходной клапан 224. Каждый из этих постоянных элементов будет более подробно описан ниже в этом описании.

[0035] Для целей применения впускной патрубок 108 выполнен посредством штуцера «елочка» или другого соединительного элемента (не показан) для приема компримированного природного газа (КПГ) из внешнего источника (не показан) через шланг, трубку и т. п. Выпускной патрубок 112 описанного в настоящем документе регулятора 100 расхода аналогичным образом выполнен, например, для подключения к двигателю (не показан) механизированного транспортного средства (не показано). Кроме того, дополнительно предусмотрен набор монтажных отверстий 126, обеспечивающих прикрепление регулятора 100 расхода к двигателю.

[0036] На Фиг. 100 представлен вид с пространственным разделением компонентов регулятора 2 расхода. Как показано на Фиг. 2 и 7, на верхней части (как показано, в соответствии с прилагаемыми графическими материалами) корпуса 104 регулятора установлен механизм взвешивания или загрузки, который содержит крышку 140, установленную с помощью множества крепежных элементов 144 для крышки, таких как болты, винты или другие подходящие монтажные компоненты. Крышка 140 образована верхней полой цилиндрической частью 143 и нижней круглой пластиной 148, имеющей множество периферических крепежных отверстий 152, которые позволяют прикреплять крышку 140 к верхней поверхности корпуса 104 регулятора. Верхняя поверхность корпуса 104 регулятора содержит набор отверстий 156 выровненных по отношению к крепежным отверстиям 152 крышки 140 для обеспечения крепления.

[0037] Механизм взвешивания или нагрузки описанного в настоящем документе регулятора 100 дополнительно образован диафрагмой 160, имеющей пластину 164 диафрагмы, расположенную на верхней поверхности диафрагмы 160. Диафрагма 160 изготовлена из материала, который допускает изгиб. Например, могут быть использованы эластомерные и металлические материалы. Один конец нагружающей пружины 166 расположен в контакте с пластиной 160 диафрагмы, при этом оставшийся конец нагружающей пружины 166 входит в зацепление с подпружиненной кнопкой 158, причем каждый из вышеописанных элементов размещен внутри полой цилиндрической части 143 крышки 140 в собранном состоянии. Доступ к установочному винту 145 осуществляется через верх цилиндрической части 143 крышки 140 через резьбовое отверстие, включая компенсационную заглушку 146 на дальнем конце установочного винта 145, что позволяет при необходимости регулировать натяжение нагружающей пружины 166. Пористая заглушка 147 дополнительно расположена в отверстии, образованном в цилиндрической части 143 крышки 14.

[0038] Диафрагма 160 дополнительно расположена и поддерживается вставкой 168 диафрагмы, установленной вместе с диафрагмой 160 в расположенной сверху или верхней углубленной части 172, образованной в верхней поверхности корпуса 104 регулятора вместе с посадочной гайкой 163 диафрагмы, направляющей 176 заглушки, парой уплотняющих элементов 177, 178 и шайбой 179, все из которых расположены относительно центрального отверстия в верхней углубленной части 172.

[0039] В соответствии с этим вариантом осуществления и как также показано на Фиг. 2 и 7, уравнительный клапан 180 дополнительно размещен внутри корпуса 104 регулятора и непосредственно под верхней углубленной частью 172. В соответствии с этим вариантом осуществления уравнительный клапан 180 содержит колпачок 184, удерживающий клапан 180 в выступающей нижней части корпуса 104 регулятора. Колпачок 184 содержит уплотняющий элемент 185, такой как эластомерное уплотнительное кольцо, расположенное между внешней поверхностью колпачка 184 и сквозным отверстием, образованным в нижней выступающей части корпуса 104 регулятора. Нижняя ближняя часть заглушки 190 клапана удерживается внутри дальней концевой полости колпачка 184, причем заглушка 190 клапана содержит удлиненную дальнюю часть 191, которая проходит через определенный проход, образованный в корпусе 104 регулятора. Ближняя часть заглушки 190 клапана дополнительно содержит образованное углубление, размеры которого допускают размещение в нем пружины 188 заглушки. Один конец пружины 188 заглушки зацепляет внутреннюю поверхность образованного углубления ближней части заглушки 190 клапана, а другой конец пружины заглушки входит в зацепление с внутренней поверхностью полости колпачка 184. Уплотняющие элементы расположены в кольцевой канавке на внешней стороне ближней части заглушки 190 клапана для зацепления с внутренней стенкой углубления колпачка 184. Выступающий удлиненный дальний конец 191 является частично полым и проходит вверх (как показано) через определенный проход корпуса 104 для удержания в углублении, образованном в нижней части вставки 168 диафрагмы.

[0040] Вставка 168 диафрагмы удерживается вплотную к нижней поверхности диафрагмы 160, при этом вставка 168 содержит дальнюю или верхнюю часть, которая проходит через выровненные центральные отверстия, образованные в диафрагме 160 и пластине 164 диафрагмы, при этом верхняя часть вставки 168 закреплена посадочной гайкой 163 диафрагмы.

[0041] Диафрагма 160 удерживается внутри кольцевой канавки вставки 168 диафрагмы в центре, а наружный периферический край диафрагмы 160 неподвижно закреплен таким образом, что перемещение корпуса 190 клапана чувствительно к перемещению диафрагмы 160 в зависимости от изменений имеющегося (выходного) давления.

[0042] Кроме того, описанный в настоящем документе регулятор 100 содержит охлаждающую пластину 202, которая также расположена в нижней выступающей части корпуса 104 регулятора. Прокладка 206 размещена на верхней части охлаждающей пластины 202 и относительно пружинного кольца 214, закрывая нижнюю часть корпуса 104 регулятора, причем пружинное кольцо 214 имеет центральное отверстие, в котором размещен колпачок 184. Уплотняющий элемент 210, такой как эластомерное уплотнительное кольцо, расположен между охлаждающей пластиной 202 и пружинным кольцом 214.

[0043] Как показано на Фиг. 2, обходной клапан 224 размещен внутри выровненных отверстий 225, 226, последнее из которых показано только на Фиг. 4, образованных в корпусе 104 регулятора, причем сквозные отверстия 225, 226 образованы в противоположных стенках с проходом 240, Фиг. 4, проходящим через внутреннее пространство корпуса 104. Компоненты и функциональные возможности обходного клапана 224 будут более подробно описаны в последующем разделе настоящего описания.

[0044] Электромагнитный запорный клапан 116 высокого давления имеет относительное размещение вдоль одной из боковых или латеральных стенок корпуса 104 регулятора. Электромагнитный клапан 116 выполнен в виде вспомогательного узла, соединенного гидравлически с выпускным патрубком 112 и уравнительным клапаном 180. Детали, относящиеся к функциональным возможностям и конструкции электромагнитного клапана, хорошо известны и не являются существенной частью настоящего описания.

[0045] Как показано на Фиг. 2 и 8, клапан 384 снижения и сброса давления содержит корпус 390 клапана, имеющий полость, в которой размещается пружина 396 клапана, причем один конец пружины 396 клапана входит в зацепление с внутренней стенкой полости корпуса 390 клапана, а противоположный или дальний конец корпуса 390 клапана входит в зацепление с тарелкой 400. Тарелка 400 содержит седло клапана на одном (дальнем) конце, которое входит в зацепление с отверстием определенной фиксирующей трубки 380, диаметр которой меньше, чем седло клапана, причем фиксирующая трубка 380 проходит через внутреннее пространство корпуса 104 регулятора между уравнительным клапаном 180 и внешней частью корпуса 104. Корпус 390 клапана удерживается внутри расширенной части фиксирующей трубки 380, промежуточная часть которой входит в зацепление с заплечиком фиксирующей трубки 380. Клапан 384 снижения и сброса давления неподвижно закреплен внутри фиксирующей трубки 380, в которой единственными подвижными элементами являются тарелка 400 и пружина 396 клапана. Уплотняющий элемент 404 предусмотрен в образованной канавке тарелки 400 для зацепления с канавкой и внутренней стенкой корпуса 384 клапана. В процессе работы, в соответствии с данным вариантом осуществления, избыток давления сбрасывается за счет газа, который преодолевает предварительно заданное натяжение пружины клапана для смещения тарелки 400 с места, что позволяет газу проходить через пористую заглушку 388, которая расположена в ближнем отверстии корпуса 384 клапана, и выходить в окружающую среду.

[0046] Как показано на виде в разрезе на Фиг. 3, корпус 104 образован множеством внутренних каналов или проходов, ряд которых выполнен по форме и размеру с возможностью удержания множества компонентов, таких как обходной клапан 224, как описано в настоящем документе, и дополнительное число которых выполнено с возможностью пропускания текучей среды (например, компримированного природного газа). Например, выпускной патрубок 114 нагнетания проходит вдоль образованного прохода 119, пересекающего внутренний проход 121, проходящий от выпускного патрубка 112.

[0047] Между проходами, предусмотренными во внутреннем пространстве корпуса 104 регулятора, расположен проход 240, проходящий между сквозными отверстиями 225, 226 на противоположных боковых стенках корпуса 104 регулятора, который удерживает обходной клапан 224, Фиг. 4. Как описано в настоящем документе, этот последний сквозной проход 240 образован смежными осевыми секциями или частями 242, 244, 246, 249, 250 (каждая показана на Фиг. 4), причем каждая осевая секция имеет отличный от других диаметр. Кроме того, каждый из впускного патрубка 108 и выпускного патрубка 112 описанного в настоящем документе регулятора 100 соединен гидравлически с помощью образованных проходов 124, 121 с обходным клапаном 224.

[0048] Как показано на Фиг. 2-4, обходной клапан 224 расположен между впускным патрубком 108 и выпускным патрубком 112 внутри прохода 240, причем каждый из впускного патрубка 108 и выпускного патрубка 112 соединен гидравлически с обходным клапаном 224 через соответствующие каналы или проходы 124, 121, Фиг. 3, образованные в корпусе 104 регулятора.

[0049] Обходной клапан 224 в соответствии с этим описанным вариантом осуществления содержит чувствительный поршень 228, функционально соединенный с управляющей пружиной 232. Чувствительный поршень 228, который установлен и выполнен с возможностью осевого перемещения внутри образованной осевой части 242 сквозного прохода 240, содержит пару разнесенных канавок, выполненных на внешней поверхности чувствительного поршня 228, которые удерживают направляющее кольцо 248 и уплотняющий элемент 252 соответственно для зацепления внутренней стенки осевой части 242 образованного сквозного прохода 240. В одной версии уплотняющий элемент 252 может представлять собой эластомерное уплотнительное кольцо.

[0050] Один конец управляющей пружины 232 входит в зацепление с углублением 264, образованным на ближнем конце чувствительного поршня 228. В соответствии с этим вариантом осуществления оставшийся конец управляющей пружины 232 удерживается в углублении 266, образованном в дальнем конце регулировочной заглушки 236. Регулировочная заглушка 236 дополнительно образована центральным сквозным отверстием 238, которое вмещает доступный для пользователя элемент, такой как установочный винт (не показан), который позволяет регулировать натяжение управляющей пружины 232. Чувствительный поршень 228 образован корпусом или головкой 229 поршня, а также выступающей частью 230, которая выступает в осевом направлении через суженную часть 244, и смежной с ней осевой частью 246 образованного сквозного прохода 240 и входит в фиксированное зацепление с заглушкой 272 клапана, которая имеет дальнюю полость, размер которой позволяет разместить конец выступающей части 230. Суженная часть 244 образованного сквозного прохода 240 содержит уплотняющий элемент 256, упорное кольцо 257 и фиксатор 260 штока, расположенный между ними.

[0051] В соответствии с этим вариантом осуществления заглушка 272 клапана содержит дальний конец 274, который принимает с фиксацией проходящую в осевом направлении концевую часть 230 чувствительного поршня 228 в образованной полости. Ближний конец 278 заглушки 272 клапана размещен внутри полости 314, образованной в колпачке 308, который закрывает отверстие 226.

[0052] Колпачок 308 содержит внешнюю канавку 278, принимающую уплотняющий элемент 310, такой как эластомерное уплотнительное кольцо, которое зацепляет внутреннее пространство сквозного прохода 400 и, более конкретно, осевую часть 250.

[0053] Как показано на Фиг. 4, заглушка 272 клапана выполнена с возможностью осевого перемещения с чувствительным поршнем 228 в пределах образованного сквозного прохода 400 и, более конкретно, внутри осевых секций 249, 250, и смещается пружиной 292 сжатия. Один конец пружины 292 сжатия расположен в ближнем конце 276 заглушки 272 клапана и, более конкретно, внутри определенной полости, образованной в ближнем конце. Противоположный конец пружины 292 сжатия удерживается внутри внутреннего углубления, образованного в колпачке 308. Колпачок 308 удерживается внутри осевой части 250 сквозного прохода 400, при этом дальний конец колпачка 308 входит в зацепление с заплечиком, разделяющим осевые секции 250, 249 образованного сквозного прохода 400, и в котором доступ к ближнему концу колпачка 308 осуществляется через отверстие 226. Дополнительный фильтр 312 (показан только на Фиг. 2) расположен между внутренним пространством колпачка 308 и внешней частью заглушки 272 клапана.

[0054] Как отмечено, заглушка 272 клапана выполнена с возможностью перемещения внутри осевой секции 250, причем осевой диапазон перемещения ограничен упорными поверхностями, а именно внутренней поверхностью колпачка 308 и заплечиком, разделяющим осевые части 249 и 246 образованного сквозного прохода 400. Входной проход 124 соединен гидравлически с образованным сквозным проходом 400 обходного клапана 224 и, более конкретно, с осевой секцией 249 в соответствии с данным вариантом осуществления. Выпускной патрубок 112 соединен гидравлически посредством прохода 124 со смежной осевой секцией 246 образованного сквозного прохода 400.

[0055] По существу и в соответствии с этим вариантом осуществления описанный в настоящем документе обходной клапан в сборе 224 использует управляющую пружину 232, воздействующую на подвижный чувствительный поршень 228. Соответственно, когда входное давление падает ниже откалиброванного и заданного уровня или порогового значения, нагрузка от пружины преодолевает вес чувствительного поршня 228, и заглушка 272 клапана смещается в открытое положение. Когда входное давление возрастает с учетом расхода поступающего компримированного газа, нагрузка от поршня преодолевает смещение управляющей пружины 232 и позволяет чувствительному поршню 228 и заглушке 272 клапана перемещаться в закрытое положение. На Фиг. 4 показан обходной клапан 224 в закрытом положении, в котором прохождение КПГ блокируется из-за наличия заглушки 272 клапана, которая предотвращает попадание КПГ в сквозной проход 400. Следует отметить, что перемещение последнего является постепенным и не требует эталонного давления расхода относительно окружающей среды для работы.

[0056] В соответствии с этим вариантом осуществления управляющая пружина 232 может быть отрегулирована или предварительно нагружена с помощью регулировочной заглушки 236. Заглушка 236 включает доступный элемент, который предпочтительно является внешним по отношению к корпусу 104 регулятора, чтобы обеспечить надлежащее натяжение пружины, воздействующей на чувствительный поршень 228, чтобы открыть заглушку 272 клапана, позволить входному давлению обходить регулятор 100 и обеспечивать поток компримированного природного газа (КПГ) непосредственно к выпускному патрубку 112. Такая регулировка позволяет закрывать заглушку 272 клапана с помощью пружины 292 сжатия, когда давление подачи/входное давление увеличивается и выходит за пределы предварительно заданного значения управляющей пружины 232. Как отмечалось ранее, в осевой секции 312 может быть предусмотрен необязательный фильтр 224 для описанного в настоящем документе обходного клапана 249, предназначенный для фильтрации компримированного природного газа перед его выпуском. В соответствии с по меньшей мере одной версией фильтр 312 будет аналогичным, если не идентичным, фильтру, расположенному при прохождении компримированного природного газа через внутреннее пространство корпуса 104 регулятора в регулирующем режиме работы.

[0057] Следует отметить, что возможны вариации описанной в настоящем документе конструкции обходного клапана. Например, заглушка клапана может быть альтернативно образована цилиндрической концевой частью, проходящей от корпуса заглушки клапана для зацепления с подвижным чувствительным поршнем.

[0058] Посредством следующего описания и со ссылкой на фигуры описана последовательность транспортировки, согласно которой компримированный газ из источника текучей среды (не показан) входит во впускной патрубок 108 и направляется через образованный проход 124 к обходному клапану 224. Как отмечено, обходной клапан 224 изначально смещен в открытое положение, в котором подвижный чувствительный поршень 228 (и направляющая заглушка 272) удерживаются управляющей пружиной 232. В результате этого компримированный природный газ поступает в осевую секцию 249 образованного сквозного прохода 400 и направляется через смежную осевую секцию 246 и выпускной канал 124 к выпускному патрубку 112. При входе в контакт поступающего компримированного газа с чувствительным поршнем 228, чувствительный поршень 228 (и направляющая заглушка 272) вынуждены перемещаться в осевом направлении и противодействовать смещению управляющей пружины 232. В это время регулятор 100 расхода использует обходной режим работы как средство предотвращения отказов, при котором поступающий компримированный газ проходит к выпускному патрубку 112 непосредственно через осевые части 249, 246 образованного сквозного прохода 400 к выпускному патрубку 112. Между тем, следует отметить, что описанный в настоящем документе обходной клапан может быть выполнен в виде отдельного узла или альтернативно может быть использован в других сферах применения. Например, описанный в настоящем документе обходной клапан можно использовать в коллекторе.

[0059] Если входное давление превышает заданное пороговое значение (выше смещающего усилия управляющей пружины 232), обходной клапан 224 закрывается, и КПГ больше не может непосредственно входить в сквозной проход 400 для перемещения к выпускному патрубку 112. В результате поступающий компримированный газ может проходить только в регулятор 100 расхода вплотную к механизму взвешивания, содержащему подпружиненную диафрагму 160 и элемент управления, например, уравнительный клапан 180 в соответствии с данным вариантом осуществления.

[0060] Как показано на Фиг. 5 и 6 и в соответствии с этим описанным вариантом осуществления, регулятор 100 расхода может быть снабжен определенной схемой охладителя (также называемой в настоящем документе «емкость для охладителя») для снижения риска более тяжелых углеводородов, а также для целей эффекта Джоуля-Томпсона для дополнительной стабилизации температуры внутри корпуса 104. Для ясности в настоящем документе аналогичные части обозначены одинаковыми номерами позиций. Как описано выше, первый патрубок 118 для охладителя предусмотрен в латеральной или боковой стенке корпуса 104 регулятора. Более конкретно, первый патрубок 118 для охладителя включает штуцер «елочка» 324 или другой подходящий соединитель, который позволяет подсоединить к нему шланг (не показан) от источника (не показан) компримированного природного газа (КПГ). Как показано наиболее четко на виде в разрезе на Фиг. 5, первый патрубок 118 для охладителя соединен с осевым проходом 328, проходящим во внутреннем пространстве корпуса 104 регулятора. Соединенный проход 332 проходит в поперечном направлении (вниз, как показано на фиг. 5) от внутреннего конца проходящего в осевом направлении прохода 328 и выходит через выровненное отверстие 333, Фиг. 6, образованное в несущей или нижней поверхности 203 охлаждающей пластины 202.

[0061] Второй патрубок 122 для охладителя аналогичным образом включает штуцер «елочка» 324 или другой соединительный элемент, соединяющий его с источником текучей среды (не показан) посредством шланга или соединения другой формы. Этот патрубок 122 для охладителя также содержит осевой проход 336, проходящий через внутреннее пространство корпуса 104 регулятора, и поперечный (в соответствии с этим видом) проход 340 (частично показан на этом виде), проходящий от внутреннего конца проходящего в осевом направлении прохода 336. Поперечный проход 340 в соответствии с данным вариантом осуществления заканчивается на выровненном сквозном отверстии 344, показанном на фиг. 6, которое предусмотрено в охлаждающей пластине 202.

[0062] За счет соединения отверстий 333 и 344 охлаждающей пластины 202 и завершения контура или цепи формируется определенная змеевидная дорожка, образованная на несущей или нижней поверхности 203 охлаждающей пластины 202. В соответствии с этим вариантом осуществления охладитель подается через первый впускной патрубок 118 согласно стрелке 345 и направляется обратно к источнику охладителя (не показан) согласно стрелке 346. Змеевидная дорожка в соответствии с данным конкретным вариантом осуществления образована углубленным каналом 348, который образован с помощью подходящей механической обработки на соответствующей глубине в несущей поверхности 203 охлаждающей пластины 202. Глубина углубленного канала 348 может быть изменена по меньшей мере на части заданной дорожки или может быть по существу постоянной. В соответствии с этим вариантом осуществления углубленный канал 348 образован вокруг необработанной центральной части 354 охлаждающей пластины 202. Более конкретно и как описано в настоящем документе, множество выступов 350 радиально проходят от центральной части 354 на равном расстоянии друг от друга. В соответствии с этим вариантом осуществления предусмотрен ряд из восьми (8) выступов 350, разнесенных с шагом 45 градусов. Большая часть (6) образованных выступов 350 идентична и образована элементом, который выступает радиально от центральной части 354 и заканчивается криволинейным концом, проходящим на заданное расстояние от внешнего периферического края охлаждающей пластины 202. Это заданное расстояние определяет ширину углубленного канала 348. Углубленный канал 348 начинается отверстием 333 и заканчивается отверстием 344. Необработанная часть охлаждающей пластины 202 образует стенку 362 между отверстиями 333 и 344 с шагом 45 градусов. Одна сторона сформированной стенки 362, смежная с отверстием 333, изогнута и по существу соответствует форме отверстия 333. Противоположная сторона сформированной стенки 362 в соответствии с данным вариантом осуществления является по существу плоской. Оставшийся выступ 366 изогнут таким образом, что следует за частью внешнего края отверстия 333. Последний выступ 362 характеризуется значительно большей толщиной, чем остальные образованные выступы 350, причем змеевидная дорожка образована множеством разнесенных по окружности C-образных секций 370 дорожки по существу постоянной ширины, образованных вокруг каждого выступа 350.

[0063] Охлаждающая текучая среда, поступающая из отверстия 333, вынуждена перемещаться вокруг утолщенного выступа 366 вдоль образованного прохода 348 и вокруг каждого из выступов 350 вперед и назад, причем текучая среда вынуждена перемещаться как радиально, так и по окружности вдоль образованной змеевидной дорожки. Затем охлаждающая текучая среда направляется из прохода через отверстие 344 и выпускной патрубок через проходы 340 и 336 соответственно. Как отмечено и в соответствии с данным вариантом осуществления, первый и второй патрубки 118, 122 для охладителя образованы в одной и той же боковой стенке корпуса 104 регулятора, причем первый патрубок 118 для охладителя расположен непосредственно над вторым патрубком 122 для охладителя. Однако очевидно, что можно использовать и другие подходящие конфигурации.

[0064] В результате охлаждающая текучая среда (не показана) направляется по контуру или схеме, в которой текучая среда вводится через первый патрубок 118 для охладителя и проходы 328, 332 через отверстие 333 в охлаждающую пластину 202. Затем текучая среда направляется через образованную змеевидную дорожку вдоль обработанного канала 348, образованного в несущей или нижней поверхности 203 охлаждающей пластины 202, обеспечивая равномерную конвекционную теплопередачу для регулятора 100. Затем охлаждающая текучая среда циркулирует через отверстие 344 охлаждающей пластины 202 и проходы 340, 336 соответственно во второй патрубок 122 для охладителя и обратно в источник текучей среды (не показан).

[0065] В процессе эксплуатации и в то время как компримированный природный газ направляется через внутреннее пространство корпуса в регулирующем режиме работы, снижение давления и объема газа приводит к соответствующему увеличению температуры. Таким образом, для противодействия увеличению температуры компримированного природного газа охлаждающая текучая среда направляется от источника (не показан) в подсоединенный первый патрубок 118 для охладителя и через осевой трубчатый проход к проходящему в поперечном направлении (вниз) проходу, который проходит до змеевидной дорожки 336 на охлаждающей пластине. Охлаждающая текучая среда, поступающая в дорожку 336, должна перемещаться против часовой стрелки вокруг выступающего изогнутого выступа 341, а затем по змеевидной траектории вокруг каждого из образованных выступов 340 и вдоль образованного углубления/пути к выходному отверстию. Охлаждающая текучая среда вынуждена выходить вверх к трубчатому удлинению, а затем к осевому трубчатому проходу, а затем через второй выпускной порт 122 и шланг (не показан), соединенный с ним. Змеевидная схема 340 образует емкость для охладителя, которая эффективно обеспечивает конвекционное охлаждение поступающего природного газа под давлением в описанный в настоящем документе регулятор 100.

Перечень позиций для Фиг. 1-8

100 регулятор расхода

104 корпус регулятора

108 впускной патрубок

112 выпускной патрубок

114 патрубок для датчика выходного давления

116 электромагнитный клапан

117 датчик входного давления

118 первый патрубок для охладителя

119 проход

121 проход

122 второй патрубок для охладителя

124 проход

126 монтажные отверстия

140 крышка

143 верхняя цилиндрическая часть

144 крепежные элементы для крышки

145 установочный винт

146 компенсационная заглушка

147 пористая заглушка

148 несущая пластина

152 периферические крепежные отверстия

156 выровненные отверстия

158 подпружиненная кнопка

160 диафрагма

163 посадочная гайка диафрагмы

164 пластина диафрагмы

166 нагружающая пружина

168 вставка диафрагмы

172 расположенная сверху или верхняя углубленная часть корпуса регулятора

176 направляющая заглушка

177 уплотняющий элемент

178 уплотняющий элемент

179 шайба

180 уравнительный клапан

184 колпачок

185 уплотняющий элемент колпачка

188 пружина заглушки

190 заглушка клапана

191 удлиненная дальняя часть заглушки клапана

192 упорное кольцо

194 уплотняющий элемент

198 фильтр регулятора

202 охлаждающая пластина

203 нижняя или несущая поверхность охлаждающей пластины

206 прокладка охлаждающей пластины

210 уплотняющий элемент

214 пружинное кольцо

224 обходной клапан

225 отверстие

226 отверстие

228 чувствительный поршень

229 корпус поршня

230 выступающий конец поршня

232 управляющая пружина

236 регулировочная заглушка

238 сквозное отверстие регулировочной заглушки

240 сквозной проход

242 осевая часть прохода

244 осевая часть прохода

246 осевая часть прохода

248 направляющее кольцо

249 осевая часть прохода

250 осевая часть прохода

252 уплотняющий элемент

256 уплотняющий элемент

257 упорное кольцо

260 фиксатор штока поршня

264 углубление чувствительного поршня

266 углубление регулировочной заглушки

272 заглушка клапана

274 дальний конец заглушки клапана

276 ближний конец заглушки клапана

280 углубление ближнего конца заглушки клапана

292 пружина сжатия

308 колпачок

310 уплотняющий элемент колпачка

312 фильтр

314 полости колпачка

324 штуцер «елочка»

328 проходящий в осевом направлении проход

332 проходящий в поперечном направлении проход

333 отверстие охлаждающей пластины

336 осевой проход

340 проходящий в поперечном направлении проход

344 отверстие охлаждающей пластины

344 центральная часть

345 стрелка

346 стрелка

348 углубленный канал

350 проходящие в радиальном направлении выступы

354 центральная часть

362 стенка

366 утолщенный изогнутый выступ

370 С-образные секции дорожки

380 фиксирующая трубка (сброс давления)

384 клапан снижения и сброса давления

388 пористая заглушка

390 корпус клапана

396 пружина клапана

400 тарелка

404 уплотняющий элемент клапана снижения и сброса давления

[0066] Будет очевидно, что возможны многочисленные модификации и вариации на основе идей настоящего изобретения, которые описаны в настоящем документе, включая следующую приложенную формулу изобретения.

Регулятор расхода для системы компримированного природного газа (КПГ) образован корпусом, имеющим по меньшей мере один впускной патрубок, по меньшей мере один выпускной патрубок и по меньшей мере один внутренний проход, соединяющий гидравлически впускной и выпускной патрубки. Механический обходной клапан расположен между впускным и выпускным патрубками и активируется подвижным смещаемым элементом, который перемещается на основании входного давления, и причем обходной клапан закрывается только после того, как входное давление превышает заданное пороговое значение. Обходной клапан является отказоустойчивым, причем регулирование газа не происходит до тех пор, пока входное давление не станет достаточным для закрытия обходного клапана. Регулятор расхода дополнительно содержит емкость для охладителя, образованную змеевидным каналом, образованным в охлаждающей пластине, а также уравнительный клапан в качестве элемента управления регулятора в сочетании с механизмом взвешивания или загрузки, имеющим диафрагму. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Регулятор расхода для системы компримированного природного газа (КПГ), содержащий:

корпус регулятора, имеющий по меньшей мере один впускной патрубок, по меньшей мере один выпускной патрубок и внутреннее пространство, имеющее внутренние каналы, соединяющие по текучей среде указанные патрубки; и

механический обходной клапан, расположенный внутри корпуса регулятора, причем обходной клапан обеспечивает обходной режим работы на основании зарегистрированного входного давления, причем механический обходной клапан содержит управляющую пружину, действующую на подвижный чувствительный поршень по отношению к впускному патрубку, причем обходной клапан смещается управляющей пружиной в открытое положение для первоначального обеспечения обходного режима работы до тех пор, пока не будет достигнуто заданное пороговое значение входного давления, причем чувствительный поршень функционально соединен с заглушкой клапана, которая смещается пружиной сжатия и выполнена с возможностью закрывания обходного клапана, когда входное давление достигает и превышает заданное пороговое значение.

2. Регулятор расхода по п. 1, в котором управляющая пружина прикладывает смещающее усилие, которое должно быть преодолено входным давлением, чтобы закрыть обходной клапан.

3. Регулятор расхода по п. 1, в котором обходной режим изначально поддерживается в открытом положении, для обеспечения работы обходного режима с безаварийным осуществлением работы.

4. Регулятор расхода по п. 1, дополнительно содержащий по меньшей мере один набор ребер для управления температурой содержащегося в нем компримированного природного газа.

5. Регулятор расхода по п. 4, в котором набор ребер проходит в виде змеевидной схемы в охлаждающей пластине между впускным патрубком для охладителя и выпускным патрубком для охладителя.

6. Регулятор расхода по п. 1, содержащий по меньшей мере один доступный элемент для избирательной регулировки натяжения управляющей пружины.

7. Регулятор расхода по п. 1, отличающийся тем, что обходной клапан дополнительно содержит фильтр, расположенный относительно седла клапана.

8. Регулятор расхода по п. 1, в котором механизм загрузки содержит подпружиненную диафрагму и элемент управления для регулирования потока газа от впускного патрубка к выпускному патрубку, когда обходной клапан закрыт, причем указанный элемент управления включает уравнительный клапан.

9. Способ управления работой регулятора давления, причем указанный способ включает следующие этапы:

обеспечение механического обходного клапана между впускным патрубком и выпускным патрубком регулятора, причем обходной клапан принимает поток от впускного патрубка и действует на подвижный элемент;

поддержание клапана в открытом положении до тех пор, пока входное давление не превысит заданное пороговое значение, причем обходной клапан содержит чувствительный поршень, находящийся в сообщении по текучей среде с впускным патрубком, причем чувствительный поршень выполнен с возможностью перемещения относительно смещаемой управляющей пружины, которая удерживает клапан в открытом положении, и при этом чувствительный поршень соединен с заглушкой клапана, смещённой пружиной сжатия, и при этом заглушка клапана выполнена с возможностью закрытия обходного клапана, когда входное давление превышает заданное пороговое значение.

10. Способ по п. 9, включающий этап обеспечения доступного элемента для управления натяжением управляющей пружины.

11. Способ по п. 9, включающий этап обеспечения по меньшей мере одного набора ребер для управления температурой протекающего компримированного природного газа.

12. Способ по п. 11, в котором по меньшей мере один набор ребер образован в змеевидной схеме, которая проходит внутри охлаждающей пластины, причем схема проходит между впускным патрубком для охладителя и выпускным патрубком для охладителя.

13. Обходной клапан для регулятора давления, причем регулятор давления имеет корпус, содержащий впускной патрубок, выпускной патрубок и по меньшей мере один внутренний проход, соединяющий впускной патрубок и выпускной патрубок, и в котором обходной клапан расположен между впускным патрубком и выпускным патрубком и содержит:

чувствительный поршень, который соединен с возможностью смещения с управляющей пружиной, которая удерживает обходной клапан в открытом положении до тех пор, пока заданное входное давление не преодолеет смещающее усилие чувствительного поршня, чтобы обеспечить закрывание клапана и позволить регулятору перейти в регулирующий режим работы, и причем регулятор, в ином случае, работает в обходном режиме работы, при котором газ направляется непосредственно от впускного патрубка к выпускному патрубку; и

заглушку клапана, функционально соединенную с чувствительным поршнем, причем заглушка клапана смещается пружиной сжатия, причем пружина сжатия воздействует на заглушку клапана для закрытия клапана при достижении заданного порогового значения входного давления.

14. Обходной клапан по п. 13, содержащий по меньшей мере один доступный для пользователя элемент для избирательной регулировки натяжения управляющей пружины.

15. Обходной клапан по п. 13, содержащий фильтр, расположенный относительно седла клапана, через который проходит газ, когда клапан открыт.

16. Обходный клапан по п. 13, в котором заглушка клапана содержит доступный элемент для обеспечения регулировки заглушки клапана.

17. Обходный клапан по п. 13, в котором регулятор используется для регулирования компримированного природного газа.

18. Способ по п. 9, в котором регулятор давления используют для регулирования потока компримированного природного газа.

19. Способ по п. 9, в котором поток компримированного природного газа от впускного патрубку к выпускному патрубку регулируют в регулирующем режиме работы, когда обходной клапан закрыт при превышении входным давлением заданного порогового значения, причем регулятор содержит механизм загрузки, содержащий подпружиненную диафрагму и уравнительный клапан для регулирования потока газа от впускного патрубка к выпускному патрубку.