РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ С ПИЛОТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Российский патент 2023 года по МПК G05D16/20 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Регуляторы давления используют для управления давлением текучих сред ниже по потоку. На предприятиях, представленных на рынке природного газа, часто используют регуляторы давления для управления потоком топливного газа высокого давления по трубопроводам. Однако с такими вариантами применения могут возникать серьезные проблемы при проектировании, поскольку операторам требуется, чтобы устройства обладали соответствующей производительностью, точностью и временем отклика, а также имели минимальные отклонения в управлении, которые могут возникать в результате изменений давления на впуске, быстрых изменений расхода ниже по потоку или влияния температуры на внутренние компоненты.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Объект изобретения по настоящему описанию относится к усовершенствованиям регуляторов давления, решающих эти проблемы. Особый интерес представляют варианты осуществления с конструкцией, в которой двухходовое управление интегрировано с узлом уравновешенного затвора в одном устройстве. Варианты осуществления могут иметь пружинный клапан, который открывается и закрывается в ответ на изменения расхода ниже по потоку. Номинально клапан имеет «равновесное» положение, которое поддерживает одинаковое давление как на верхней, так и на нижней по потоку сторонах устройства. Клапан открывается из этого положения и обеспечивает возможность протекания текучей среды через устройство для поддержания давления ниже по потоку на относительно постоянном уровне (как правило, в ответ на увеличение расхода ниже по потоку). Клапан перемещается для уменьшения потока по мере снижения расхода и часто в конечном счете снова достигает равновесного положения. В некоторых вариантах применения клапан может иметь полностью «закрытое» положение, которое полностью предотвращает поток текучей среды. Данная предлагаемая конструкция обеспечивает лучшее и более точное давление ниже по потоку в ответ на расход. Клапан также повышает рабочее давление регулятора давления для приспособления к вариантам применения с давлением на впуске по меньшей мере 1500 фунтов/кв. дюйм. В соответствие с вышеизложенным в настоящем изобретении предлагается регулятор давления, содержащий: основной клапан, имеющий уравновешенный по давлению затвор, выполненный с возможностью уравновешивания давления на впуске с обеих его сторон и исполнительный механизм, соединенный с уравновешенным по давлению затвором; вспомогательный узел, выполненный с возможностью регулирования давления внутри исполнительного механизма и включающий вспомогательные клапаны, присоединенные к исполнительному механизму, причем вспомогательные клапаны предусматривают первый вспомогательный клапан и второй вспомогательный клапан, один из которых имеет фиксированный перепад давлений, а другой -переменный перепад давлений; и канал, соединяющий вспомогательный узел с исполнительным механизмом.

ГРАФИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

[0003] Ниже кратко описаны сопроводительные графические материалы, причем:

[0004] На ФИГ. 1 показана принципиальная схема примера осуществления регулятора давления;

[0005] на ФИГ. 2 показан вид в перспективе примера конструкции регулятора давления, изображенного на ФИГ. 1;

[0006] на ФИГ. 3 показан вид в вертикальной проекции поперечного сечения регулятора давления, изображенного на ФИГ. 2;

[0007] на ФИГ. 4 показан вид в перспективе регулятора давления, изображенного на ФИГ. 2, в частично разобранном виде;

[0008] на ФИГ. 5 показан вид в перспективе регулятора давления, изображенного на ФИГ. 2, в частично разобранном виде;

[0009] на ФИГ. 6 показан вид в перспективе регулятора давления, изображенного на ФИГ. 2;

[0010] на ФИГ. 7 показан вид в перспективе примера коллектора, изображенного на ФИГ. 2;

[0011] на ФИГ. 8 схематически показан вид в вертикальной проекции поперечного сечения регулятора давления, изображенного на ФИГ. 6, в первом положении;

[0012] на ФИГ. 9 схематически показан вид в вертикальной проекции поперечного сечения регулятора давления, изображенного на ФИГ. 6 во втором положении;

[0013] на ФИГ. 10 показан вид в перспективе системы рабочего мониторинга, включающей регуляторы давления описанного в настоящем документе типа;

[0014] на ФИГ. 11 схематически показан вид в вертикальной проекции поперечного сечения системы, изображенной на ФИГ. 10, с регуляторами давления в первом положении; и

[0015] на ФИГ. 12 схематически показан вид в вертикальной проекции поперечного сечения системы, изображенной на ФИГ. 10, с регуляторами давления во втором положении.

[0016] Если применимо, одинаковые номера позиций обозначают идентичные или соответствующие компоненты и сборочные единицы на нескольких видах, которые не масштабируются, если не указано иное. Варианты осуществления, описанные в настоящем документе, могут включать в себя элементы, которые находятся на одном или более из нескольких видов или в комбинации из нескольких видов. Более того, способы приведены только в качестве примера и могут быть модифицированы, например, путем переупорядочения, добавления, удаления и/или изменения отдельных этапов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0017] Производители часто используют возможности для улучшения конструкции промышленного оборудования. Эти возможности могут обеспечивать улучшенные, более надежные устройства или предоставлять им новые функции или признаки. Во многих случаях эти улучшения могут также обеспечивать инновационные решения, которые позволяют экономить средства за счет более низких затрат на детали, оплату труда и сборку или техническое обслуживание и ремонт.

[0018] Как отмечалось выше, регуляторы давления играют важную роль в системах подачи текучей среды. Эти устройства точно поддерживают текучие среды при определенных желаемых давлениях. Во многих промышленных сферах применения регуляторы давления должны иметь особенно надежные или прочные конструкции, чтобы выдерживать высокие давления, каустические среды или просто обеспечивать надежную, длительную эксплуатацию. Для промышленных образцов может потребоваться конструкция (например, материалы, методики крепления и т.п.), которая является особенно дорогостоящей или трудоемкой при изготовлении или выполнении технических характеристик.

[0019] Ниже описаны различные варианты осуществления регулятора давления. В отличие от известных устройств регуляторы давления в настоящем документе включают в себя систему нагрузки, которая обеспечивает двухходовое управление основным клапаном вместе с уравновешенным затвором в основном клапане. Такая конструкция позволяет устанавливать устройство в вариантах применения с высокими давлениями на впуске и при этом обеспечивать преимущества чрезвычайно точного управления и реагирования на изменения расхода ниже по потоку. В качестве дополнительного преимущества предлагаемая конструкция обеспечивает некоторую конструкцию в виде модульных частей или подузлов. Этот модульный подход упрощает ремонт и техническое обслуживание. Он также позволяет операторам настраивать устройство на конкретную схему управления. Части этой модульной конструкции также совместимы с другими типами регуляторов расхода, такими как управляющие клапаны. Другие варианты осуществления и конфигурации входят в объем объекта изобретения, представленного в настоящем документе.

[0020] На ФИГ. 1 показана принципиальная схема примера осуществления регулятора 100 давления. Этот вариант осуществления показан как часть газораспределительной системы, обозначенной в целом номером 102. Система 102 может включать в себя трубу 104, по которой проходит материал 106. Как также показано, регулятор 100 давления может включать в себя регулятор 108 расхода с уравновешенным затвором 110 и исполнительным механизмом 112. Система 114 управления может соединяться с исполнительным механизмом 112. Система 114 управления может включать в себя контур 116 текучей среды с вспомогательным узлом 118, который управляет подачей материала 106 с ограничением потока к исполнительному механизму 112.

[0021] В широком смысле регулятор 100 давления может быть выполнен с возможностью использования в вариантах применения, имеющих высокие давлениями на впуске. В эти конфигурации могут быть встроены вспомогательные клапаны, чтобы инициировать «восприятие давления» (или давления ниже по потоку) для регистрации как на исполнительном механизме, так и на вспомогательных клапанах. Такую конструкцию можно, в частности, использовать для гораздо лучшего и высокоточного регулирования давления ниже по потоку от устройства. Кроме того, устройство включает в себя уравновешенный по давлению затвор, который обеспечивает газонепроницаемое перекрытие в широком диапазоне перепада давлений.

[0022] Газораспределительная система 102 может быть выполнена с возможностью транспортировки материала по промышленным площадкам или участкам более крупных сетей. Эти конфигурации можно применять на предприятиях, на которых обрабатывают или распределяют углеводороды, такие как природный газ или «топливный газ». Муниципалитеты и коммунальные службы могут развертывать сложные сети для доставки ресурсов потребителям, в том числе бытовым и коммерческим потребителям топливного газа. Все эти сети могут включать в себя мириады устройств для регулирования потока, включая регулятор 100 давления. Эти устройства могут быть встроены в одну линию с трубами 104, которые могут представлять собой трубопроводы с высокой пропускной способностью, способные пропускать текучие среды под высоким давлением. Однако в дополнение к текучим средам (например, жидкостям и газам) материал 106 может также включать в себя твердые вещества, а также смеси твердых/текучих веществ.

[0023] Регулятор 108 расхода может быть выполнен с возможностью регулирования потока топливного газа 106 посредством регулятора 100 давления. Эти конфигурации могут включать в себя клапан, который работает в ответ на перепад давлений на его впускном отверстии и выпускном отверстии. Этот признак соответствует потоку топливного газа 106 по расходу, например, по сети 102. Как отмечалось выше, клапан может иметь различные рабочие положения или состояния для управления потоком. Одно положение может поддерживать равновесное давление на верхней по потоку стороне или стороне «подачи» и на нижней по потоку стороне или стороне «расхода» устройства. Это положение может меняться в ответ на изменения расхода ниже по потоку. Увеличение расхода ниже по потоку, например, может снижать давление ниже по потоку и приводить к перемещению клапана в положение, позволяющее протекать большему количеству текучей среды. Полученный поток удовлетворяет расходу ниже по потоку. По мере выравнивания давления клапан может перемещаться обратно в свое предыдущее «равновесное» положение. В одном варианте реализации клапан может использовать конфигурацию типа «закрытие при отказе», что приводит к тому, что клапан по умолчанию находится в «полностью закрытом» положении в ответ на потерю управляющего давления, механический отказ или другие проблемы с устройством или в сети 102. Это положение полностью останавливает поток газа через устройство.

[0024] Уравновешенный затвор 110 может быть выполнен с возможностью приспособления к более высоким давлениям на впуске на стороне клапана выше по потоку. Эти конфигурации могут включать в себя затвор (или закрывающий элемент), который перемещается относительно седла (для реализации указанных выше переменных положений клапана). В конструкциях с «уравновешенным» затвором силы давления текучей среды уравновешивают по обе стороны от конусного крана в состоянии равновесия. Для этого затвор может иметь отверстия или аналогичные конструктивные признаки. Отверстия могут отводить текучую среду с верхней по потоку стороны конусного крана в камеру регулятора 100 давления «поверх» или с противоположной стороны конусного крана.

[0025] Исполнительный механизм 112 может быть выполнен с возможностью регулирования положения конусного крана относительно седла. В этих конфигурациях могут быть реализованы устройства (или механические элементы), которые могут прикладывать нагрузку к конусному крану. Примеры механических устройств могут включать в себя диафрагму, чувствительную к изменениям давления. Пружину можно применять для создания пружинного усилия, дополняющего диафрагму. Для устройств с «закрытием при отказе» пружинное усилие будет направлять затвор в полностью закрытое положение.

[0026] Система 114 управления может быть выполнена с возможностью применения усиления к системе. Эти конфигурации могут включать в себя устройства, за счет которых небольшое изменение давления ниже по потоку становится большим изменением, например, диафрагмы. Эти устройства улучшают время отклика и обеспечивают стабильное точное управление положением клапана в ответ на изменения расхода ниже по потоку.

[0027] Контур 116 текучей среды может быть выполнен с возможностью направления топливного газа 106 между частями системы 114 управления. В этих конфигурациях можно максимально использовать локальную сеть трубопровода (или топливопровода, или трубной проводки). Трубопровод может проходить от местоположений или отводов, расположенных на трубе 104 как на верхней, так и на нижней по потоку сторонах регулятора 100 давления. Эти отводы позволяют топливному газу 106 поступать в трубопровод. Топливный газ 106 проходит через локальную сеть к исполнительному механизму 112 и через систему 114 управления.

[0028] Вспомогательный узел 118 может быть выполнен с возможностью регулирования давления к исполнительному механизму 112. В этих конфигурациях могут быть реализованы устройства (или «пилоты») с коллектором, в котором размещены клапаны (или «вспомогательные клапаны»). Для двухпроходного управления трубопровод может соединять вспомогательные клапаны с исполнительным механизмом 112 с возможностью обеспечения усиления, которое усиливает реакцию конусного крана (или ответное перемещение конусного крана относительно седла) на изменение расхода ниже по потоку. Коллектор может иметь внутренние пути потока, на которых размещают множество вспомогательных клапанов в сообщении по текучей среде друг с другом для обеспечения протекания между ними топливного газа 106. Во вспомогательных клапанах по желанию можно использовать конструкции для фиксированного перепада давлений или переменного перепада давлений. Такая конструкция позволяет встраивать любое количество вспомогательных клапанов (и других устройств, таких как обратные клапаны или отверстия) в единый блок регулятора 100 давления. В одном варианте реализации коллектор имеет модульную конструкцию с различными частями, которые совмещают или прикрепляют друг к другу. Такая конструкция может вмещать комбинации неподвижных и регулируемых вспомогательных клапанов для соответствия любому предполагаемому применению регулятора 100 давления или для обеспечения эффективной настройки конечным пользователем характеристик регулятора 100 давления по желанию.

[0029] На ФИГ. 2 показан вид в перспективе одного примера регулятора 100 давления, изображенного на ФИГ. 1. Части, включая части, характеризующие систему 114 управления, не показаны в данном примере для ясности. Устройство может иметь корпус 120 надежной конструкции, как правило, изготовленный из литых или механически обработанных металлов, чтобы обеспечивать совместимость устройства с высокими давлениями и едкими, агрессивными или коррозионно-активными материалами (такими как топливный газ 106). Корпус 120 может иметь несколько частей или элементов, показанных в настоящем документе, включая пару элементов картриджа (например, верхний элемент 122 картриджа и нижний элемент 124 картриджа) и элемент 126 переходника. Элементы 122, 124, 126 корпуса могут сопрягаться друг с другом на периферийном наружном фланце 128. Отверстия 130 могут заполнять наружную часть одной или более из этих частей. Некоторые из отверстий 130 могут функционировать в качестве портов 132 с резьбовыми отверстиями под установку фитингов для текучей среды, как более подробно описано ниже. Другие могут функционировать как резьбовые отверстия 134 в монтажной области 136, в которую устанавливают, например, части вспомогательного узла 118. В одном варианте реализации корпус 120 может включать в себя корпус 138 клапана, в котором находится уравновешенный затвор 110, описанный выше на ФИГ. 1. Корпус 138 клапана может иметь отверстия 140 на каждом конце внутреннего канала 142. Фланцы 144 (или концы под приварку) могут обеспечивать встраивание корпуса 138 клапана в одну линию с секциями трубы 104. В одном примере корпус 138 клапана может включать в себя порты 146, которые могут также иметь резьбовые отверстия для установки в них также фитингов для текучей среды.

[0030] На ФИГ. 3 показан вид в вертикальной проекции поперечного сечения регулятора 100 давления, выполненного по линии 3-3 на ФИГ. 2. Элементы 122, 124 картриджа могут образовывать внутреннюю камеру 148, которая вмещает части исполнительного механизма 112. Эти части могут включать в себя диафрагму 10, предпочтительно кольцевой диск из гибкого материала, включая металлы, резины или композиты. Кольцевой диск 10 может быть расположен таким образом, чтобы его наружная периферийная часть располагалась между периферийным наружным фланцем 128 элементов 122, 124 картриджа. Такая конструкция разделяет внутреннюю камеру 148 на две камеры (например, на первую камеру 150 и вторую камеру 152). Порты 132 в элементах 122, 124 корпуса могут образовывать каналы для потока, проходящие к каждой из камер 150, 152. Дополнительные части исполнительного механизма 112 могут включать в себя опорные пластины 12, 14, расположенные на любой стороне кольцевого диска 10. Пружина 16 сжатия может находиться в первой или «верхней» камере 150 для приложения усилия к верхней опорной пластине 12. Во второй или «нижней» камере 152 уплотнительную набивку 18 можно вставлять в отверстие 154 в элементе 124 картриджа. Уплотнительная набивка 18 может иметь кольцевой корпус 20 с наружным уплотнением 22, таким как кольцо круглого сечения, которое находится в канавке. Кольцевой корпус 20 может также иметь расположенное по центру сквозное отверстие для установки внутренних уплотнений (например, первого внутреннего уплотнения 24 и второго внутреннего уплотнения 26) и втулки 28. Пластину 30 можно располагать поверх кольцевого корпуса 20. Соединители F₁ могут проникать через кольцевой корпус 20 и пластину 30 в элемент 124 картриджа. Для герметизации любого промежуточного зазора между элементом 124 картриджа и переходником 126 и стыком между переходником 126 и корпусом 138 клапана можно использовать дополнительные уплотнения 32, 34. Как также показано, устройство может включать в себя шток 36 клапана, который может перемещаться в осевом направлении через уплотнители 24, 26 и втулку 28. Это перемещение может быть вызвано изменениями расхода ниже по потоку от регулятора 100 давления. Один конец штока 36 клапана может соединяться с диафрагмой 10. Индикатор 38 может соединяться с этим концом, например, с помощью магнитов (хотя также допустимы и другие способы крепления). Индикатор 38 может проходить через верхний элемент 122 картриджа в корпус 40 индикатора, образующий с ним уплотнение.

[0031] Другой конец штока 36 клапана может находиться в корпусе 138 клапана вместе с другими частями уравновешенного затвора 110. Эти части могут находиться в камере 156. В одном варианте реализации уравновешенный затвор может включать в себя клетку 42, показанную в настоящем документе в виде полого цилиндра 44 с отверстиями 46, расположенными по окружности в ее периферийной стенке. Затвор 48 может находиться в клетке 42. Как отмечалось в настоящем документе, затвор 48 может быть выполнен с возможностью уравновешивания давления на впуске с обеих сторон. Такие конфигурации могут максимально использовать раздвоенную конструкцию, например, с первым элементом 50 конусного крана, имеющим удлиненную часть, которая проходит во второй элемент 52 конусного крана. В удлиненный участок может входить конец штока 36 клапана. Отверстия 54 в элементах 50, 52 конусного крана могут обеспечивать выравнивание давления в раздвоенном конусном кране 48. Кольцевое уплотнение 56 может находиться в периферической канавке, окружающей наружную поверхность второго элемента 52 конусного крана. В примерах кольцевого уплотнения 56 при необходимости можно использовать резиновое кольцо (с пластиковым опорным кольцом). Резиновое кольцо 56 может контактировать с внутренней поверхностью периферической стенки цилиндра 44. Такая конструкция образует кольцеобразное уплотнение, которое окружает эту внутреннюю поверхность (и наружную поверхность второго элемента 52 конусного крана). В одном варианте реализации затвор 48 может включать в себя вставку 58, такую как Teflon® или нитрильное кольцо, которая расположена между элементами 50, 52 конусного крана. Часть вставки 58 может входить в зацепление с седлом 60 для обеспечения полностью «закрытого» положения конусного крана 48.

[0032] На ФИГ. 4 и 5 показан регулятор 100 давления, представленный на ФИГ. 2, в частично разобранной форме. Соединители F₂ могут закреплять элемент 126 переходника на корпусе 138 клапана. Соединители F₃ могут скреплять элементы 122, 124 картриджа вместе с образованием «картриджа 158 исполнительного механизма». Соединители F₄ можно вставлять через каждый из элементов 122, 124 картриджа для крепления картриджа 158 исполнительного механизма к элементу 126 переходника. Следует отметить, что такая конструкция образует модульную систему, которая позволяет конечному пользователю выполнять техническое обслуживание и ремонт регулятора 100 давления в его установленном или «встроенном в линию» местоположении на трубе 104. На ФИГ. 4 конечный пользователь может удалять соединители F₄ для отсоединения картриджа 158 исполнительного механизма от элемента 126 переходника. Конечный пользователь может поднимать картридж 158 исполнительного механизма с переходника 126. Этим действием также удаляют части уравновешенного затвора 110 (а именно, затвор 48 целиком) из корпуса 138 клапана. Как лучше всего показано на ФИГ. 5, конечный пользователь может удалять соединители F₃, F₄ для отсоединения верхнего элемента 122 картриджа от нижнего элемента 124 картриджа. Конечный пользователь может поднимать верхний элемент 122 картриджа с нижнего элемента 124 картриджа для получения доступа к внутренней камере 148, образованной элементами 122, 124 картриджа. Благодаря этому признаку конечный пользователь может обслуживать диафрагму 10 и при этом не затрагивать других частей, включая седла 32, 34 (ФИГ. 3) или уравновешенный затвор 110 (ФИГ. 3). В одном варианте реализации конечный пользователь также может удалять диафрагму 10 для получения доступа к уплотнительной набивке 18 (и заменять ее) (ФИГ. 3).

[0033] На ФИГ. 6 показан вид в перспективе примера регулятора 100 давления, изображенного на ФИГ. 3. Для продолжения обсуждения определенных признаков и функциональных возможностей предлагаемых конструкций в каждом случае были добавлены детали. Канал 160 в виде, например, металлической трубки может проходить между фитингами 162 для текучей среды для обеспечения сообщения по текучей среде между частями регулятора 100 давления, а также между этими частями и местоположениями на трубе 104, которые находятся выше и ниже по потоку от регулятора 100 давления. В некоторых вариантах реализации фильтр F_L также может быть установлен в контур 114 текучей среды. Вспомогательный узел 118 может включать в себя интерфейсный блок 164 для крепления коллектора 166 к элементу 126 переходника (в зоне 136 установки). Коллектор 166 может включать в себя пару блоков с отверстиями (например, первый блок 168 с отверстиями и второй блок 170 с отверстиями). Как отмечалось выше, конструкция коллектора 166 может допускать изменения вспомогательного узла 118 для расширения функций. Например, блоки 168, 170 можно отделять друг от друга для добавления в коллектор 166 частей, которые, помимо прочего, адаптируют регулятор 100 давления для конкретных вариантов применения, например, в качестве части установки рабочего мониторинга.

[0034] На ФИГ. 7 показан вид в перспективе примера вспомогательного узла 118 для иллюстрации этой концепции. В данном примере коллектор 166 содержит третий блок 172 с отверстиями. Примеры блоков 168, 170, 172 с отверстиями могут включать в себя отдельные элементы коллектора 166, например механически обработанные заготовки из металла, такого как алюминий, сталь или стальные сплавы. Заготовки могут включать в себя отверстия 174, которые могут иметь форму зазоров или резьбовых отверстий. Отверстия 174 могут вмещать соединители F₅ для скрепления вместе блоков 168, 170, 172 с отверстиями. Такая конструкция облегчает модульную конструкцию коллектора 166. Как также показано, блоки 168, 170, 172 с отверстиями могут иметь наружные впускные порты 176, которые обеспечивают резьбовые отверстия для установки фитингов 162 (ФИГ. 6).

[0035] На ФИГ. 8 схематически представлен вид в вертикальной проекции поперечного сечения регулятора 100 давления по линии 8-8 на ФИГ. 6. Канал 160 может включать в себя подводящий трубопровод SUP₁, который соединяет коллектор 166 со стороной P₁ впуска или подачи. Измерительные линии S₁ и S₂ могут соединять верхнюю камеру 150 картриджа 158 исполнительного механизма со стороной Р₂ выпуска или потребления и с коллектором 166 соответственно. Линия L₁ нагрузки может соединять коллектор 166 с нижней камерой 152 картриджа 158 исполнительного механизма. Как также показано, блоки 168, 170 с отверстиями могут иметь внутреннюю проточную сеть 178, как правило, просверленные отверстия (или подобные элементы), которые обеспечивают поток текучей среды между разными регуляторами расхода, что позволяет техническому специалисту более точно настраивать уставку регулятора 100 давления. Примеры регуляторов расхода включают в себя регулируемое отверстие 180 и обратный клапан 182. Регулируемое отверстие 180 или «ограничитель» может иметь v-образную канавку на наружной поверхности. Резьбовой затвор 184 можно использовать для герметизации одного или более впускных портов 176. В одном варианте реализации регуляторы расхода также могут включать в себя пару вспомогательных клапанов (например, первый вспомогательный клапан 186 и второй вспомогательный клапан 188). Первый вспомогательный клапан 186 может иметь фиксированный перепад давлений. Второй вспомогательный клапан 188 может быть выполнен (например, с рукояткой) с возможностью регулирования перепада давлений в устройстве. Конечный пользователь может настраивать работу вспомогательного узла 118, подстраивая регулируемое вспомогательное устройство 188 или поворачивая меняющее положение отверстие 180 для изменения радиальной ориентации v-образной канавки относительно внутреннего пути 178 потока во втором блоке 170 с отверстиями. Величины фиксированного перепада давлений первого вспомогательного клапана 186 могут соответствовать параметрам конструкции второго вспомогательного клапана 188; примеры значений могут находиться в диапазоне от 50 фунтов/кв. дюйм до 100 фунтов/кв. дюйм.

[0036] Ограничитель 180 может быть выполнен с возможностью работы совместно со вторым или «основным» вспомогательным клапаном 188 для определения давления в нижней камере 152. В одном варианте реализации основной вспомогательный клапан 188 может иметь внутреннее отверстие, которое увеличивается и уменьшается в размере в ответ на изменения давления ниже по потоку. Это отверстие увеличивается в ответ на давление ниже по потоку ниже уставки регулятора 188 давления. Когда отверстие становится больше отверстия ограничителя 188, в нижнюю камеру 152 поступает больше газа, чем проходит через ограничитель 188 и ниже по потоку (через верхнюю камеру 150). Отверстие сужается в ответ на давление ниже по потоку выше уставки таким образом, что, когда оно меньше отверстия ограничителя 100, в нижнюю камеру 152 протекает меньше газа (чем проходит ниже по потоку). Конечный пользователь может регулировать размер отверстия ограничителя 188 для управления соотношением между этим внутренним отверстием и отверстием ограничителя 188, а также, в свою очередь, настраивать точность и скорость реакции регулятора 100 давления.

[0037] Обратный клапан 182 может быть выполнен с возможностью ограничения перепада давлений на диафрагме 10. Эти конфигурации можно, в частности, использовать для предотвращения повреждения (повреждения диафрагмы 10), которое может возникнуть в результате противодавления или связанных с ним вариантов использования. Противодавление может возникать при запуске, поскольку при быстром повышении давления ниже по потоку газ может протекать в верхнюю камеру 150 быстрее, чем он просочится через ограничитель 180. Этот дисбаланс создает давление в верхней камере 150. Обратный клапан 182 может открываться в ответ на давление ниже по потоку, превышающее давление срабатывания клапана, что позволяет большему количеству газа проходить в нижнюю камеру 152 и таким образом обеспечивает выравнивание давления по диафрагме 10.

[0038] На схеме, изображенной на ФИГ. 8, показан регулятор 100 давления в первом положении. Это положение согласуется с давлением топливного газа 106 на стороне P₁ подачи в равновесии (или в сбалансированном состоянии) с давлением топливного газа 106 на стороне Р₂ потребления. Диафрагма 10 (и пружина 16) прилагают пружинное усилие, которое удерживает уравновешенный затвор 50, 52. Как указано в настоящем документе, хотя затвор 50, 52 показан в контакте с седлом 60, это не всегда так. Давление P₁ на стороне подачи воздействует на каждую сторону уравновешенного конусного крана 50, 52 и одновременно на одну сторону вспомогательных клапанов 186, 188. Давление Р₂ на стороне потребления воздействует на камеры 150, 152 через измерительную линию S₁ и на противоположные стороны вспомогательных клапанов 186, 188 через линию L₁ нагрузки и измерительную линию S₂.

[0039] На ФИГ. 9 также схематически показан вид в вертикальной проекции поперечного сечения регулятора 100 давления по линии 8-8 на ФИГ. 6. На этой схеме показан регулятор 100 давления во втором положении. Это положение отражает изменение давления Р₂ на стороне потребления. Изменение часто соответствует увеличенному расходу, который может быстро снижать давление Р₂ на нижней стороне ниже давления P₁ на стороне подачи. В ответ на измеренный перепад давлений (DP_1,2) первый вспомогательный клапан 186 функционирует с возможностью понижения или «ступенчатого понижения» давления P₁ на стороне подачи на втором вспомогательном клапане 188 до нижнего промежуточного давления Р₃. Второй вспомогательный клапан 188 открывается в ответ на промежуточное давление Р₃ для повышения или «ступенчатого повышения» давления в нижней камере 152 до давления Р₄ нагрузки, которое достаточно высокое, чтобы преодолеть пружинное усилие и переместить уравновешенный затвор 50, 52 из первого положения (на ФИГ. 8). Новое положение уравновешенного конусного крана 50, 52 позволяет топливному газу 106 проходить через отверстия 46 в клетке 44 для соответствия расходу ниже по потоку. В одном варианте реализации уравновешенный затвор 50, 52 может возвращаться в первое положение по мере выравнивания давления между давлением P₁ на стороне подачи и давлением Р₂ на стороне потребления.

[0040] На ФИГ. 10 показан вид в перспективе пары регуляторов расхода того типа, который описан выше в отношении регулятора 100 давления. Эти регуляторы расхода образуют установку «рабочего монитора» с первым регулятором А или регулятором «первой ступени» и вторым регулятором В или регулятором «второй ступени», последовательно расположенным на трубопроводе 104. На регуляторе А первой ступени коллектор 162 включает в себя блоки 164, 166, 168 с отверстиями для размещения третьего вспомогательного клапана 190, который предпочтительно выполнен с возможностью изменения перепада давлений в устройстве.

[0041] На ФИГ. 11 схематически представлен вид в вертикальной проекции поперечного сечения регуляторов А, В давления по линии 11-11 на ФИГ. 10. На схеме показаны вспомогательные клапаны как пилот 1 и пилот 2 на регуляторе А первой ступени, а также пилот 3 на регуляторе В второй ступени. Канал 174 может включать в себя подводящий трубопровод SUP₂, который соединяет коллектор 162 на регуляторе В второй ступени с промежуточной секцией трубопровода 104, который проходит между регуляторами А, В давления. Вдобавок измерительные линии S₃ и S₄ могут соединять верхнюю камеру 150 на регуляторе А первой ступени с промежуточной секцией трубопровода 104. Линия L₂ нагрузки может соединять коллектор 162 с нижней камерой 152 на регуляторе А первой ступени. Как также показано, измерительная линия S₅ соединяет третий блок 168 с отверстиями со стороной Р₂ потребления для мониторинга регулятора В второй ступени.

[0042] На схеме, изображенной на ФИГ. 11 показаны регуляторы А, В давления в первом положении. Диафрагма 10 (и пружина 18) прилагают пружинное усилие, которое удерживает положение уравновешенного конусного крана 50, 52 на обоих регуляторах А, В давления, что может приводить или не приводить к контакту конусного крана 50, 52 с седлом 60. Это положение может отражать условия с давлением P₁ топливного газа 106 на стороне подачи в равновесии (или в сбалансированном состоянии) с давлением Р₂ топливного газа 106 на стороне потребления. Однако в полностью закрытом состоянии давление выше и ниже по потоку может отличаться, но поток через одно или оба устройства протекать не будет. Следуя слева направо по этой схеме давление P₁ на стороне подачи воздействует на каждую сторону уравновешенного конусного крана 50, 52 и одновременно на одну сторону фиксированного вспомогательного клапана 186 и пилота 1 на регуляторе А первой ступени. Давление Р₄ нагрузки воздействует на камеры 150, 152 через измерительную линию S₃ и на противоположные стороны фиксированного вспомогательного клапана 186, пилота 1 и пилота 2 через измерительную линию S₄ и линию L₂ нагрузки. Давление Р₂ ниже по потоку воздействует на пилот 2 через измерительную линию S₅. На регуляторе В второй ступени давление Р₄ нагрузки воздействует на обе стороны уравновешенного конусного крана 50, 52 и на одну сторону фиксированного вспомогательного клапана 186 и пилота 3 через подводящий трубопровод SUP₂. Давление Р₂ на стороне потребления воздействует на камеры 150, 152 через измерительную линию S₁ и на противоположные стороны вспомогательного клапана 178 и пилота 3 через линию L₁ нагрузки и измерительную линию S₂.

[0043] На ФИГ. 12 также схематически показан вид в вертикальной проекции поперечного сечения регулятора 100 давления по линии 11-11 на ФИГ. 10. На этой схеме показаны регуляторы А, В давления во втором положении, которое отражает изменение давления Р₂ на стороне потребления. Снова следуя слева направо по этой схеме, фиксированный вспомогательный клапан 186 на регуляторе А первой ступени функционирует с возможностью понижения давления P₁ на стороне подачи до нижнего промежуточного давления Р₃. Пилот 1 и пилот 2 функционируют в ответ на промежуточное давление Р₃ для ступенчатого понижения давления в верхней камере 150 до промежуточного давления Р₅, которое меньше давления Р₄ нагрузки, что приводит к перемещению конусного крана 50, 52 из первого положения (на ФИГ. 11). В ответ на измеренный перепад давлений (DP_2,5) фиксированный вспомогательный клапан 186 на регуляторе В второй ступени ступенчато понижает промежуточное давление Р₅ в пилоте 3 до нижнего промежуточного давления Р₃. Пилот 3 открывается в ответ на промежуточное давление Р₃ для повышения или «ступенчатого повышения» давления в нижней камере 152 до давления Р₄ нагрузки, которое достаточно высокое, чтобы преодолеть пружинное усилие и переместить уравновешенный затвор 50, 52 из ее первого положения (на ФИГ. 11). Новое положение уравновешенного конусного крана 50, 52 позволяет топливному газу 106 проходить через отверстия 46 в цилиндре 44 для соответствия расходу ниже по потоку. В одном варианте реализации уравновешенный затвор 50, 52 в регуляторах А, В давления может возвращаться в первое положение по мере выравнивания давления между давлением P₁ на стороне подачи и давлением Р₂ на стороне потребления.

[0044] В настоящем письменном раскрытии применяются примеры для описания изобретения, в том числе наилучшего варианта осуществления, а также для того, чтобы любой специалист в данной области мог реализовать изобретение на практике, включая изготовление и применение любых устройств или систем и выполнение любых включенных способов. В настоящем документе элемент или функцию, перечисленные в единственном числе и предшествующие слова в единственном числе, следует понимать как не исключающие множественное число указанных элементов или функций, если такое исключение не изложено явным образом. Ссылки на «один вариант осуществления» заявленного изобретения не следует интерпретировать как исключающие существование дополнительных вариантов осуществления, которые также включают в себя перечисленные признаки. Более того, формула изобретения представляет собой лишь некоторые примеры, которые определяют патентоспособный объем изобретения. Этот объем может включать в себя и предполагать другие примеры, которые известны специалистам в данной области. Такие другие примеры подразумеваются как входящие в рамки объема пунктов формулы изобретения, если они содержат элементы структуры, не отличающиеся от буквально описанных в пунктах формулы изобретения, или если они содержат эквивалентные элементы структуры с несущественными отличиями от буквально описанных в пунктах формулы изобретения.

[0045] Ниже представлены примеры, которые включают в себя определенные элементы или пункты формулы изобретения, один или более из которых могут комбинироваться с другими элементами и пунктами, которые описывают варианты осуществления, предусмотренные в пределах объема и сущности настоящего описания.

Регулятор давления выполнен с возможностью повышения точности и сокращения времени отклика при более высоком давлении на впуске. Эти конфигурации могут включать в себя двухпроходное управление с уравновешенным по давлению конусным краном. При двухпроходном управлении возможно использование пары вспомогательных клапанов: один с фиксированным перепадом давлений, а другой - с переменным перепадом давлений. В одном варианте реализации устройство подключено таким образом, что давление ниже по потоку измеряют как на исполнительном механизме, так и на вспомогательном клапане с переменным перепадом давлений. 1 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Регулятор давления, содержащий:

основной клапан, имеющий уравновешенный по давлению затвор, выполненный с возможностью уравновешивания давления на впуске с обеих его сторон, и исполнительный механизм, соединенный с уравновешенным по давлению затвором;

вспомогательный узел, выполненный с возможностью регулирования давления внутри исполнительного механизма и включающий вспомогательные клапаны, присоединенные к исполнительному механизму, причем вспомогательные клапаны предусматривают первый вспомогательный клапан и второй вспомогательный клапан, один из которых имеет фиксированный перепад давлений, а другой - переменный перепад давлений; и

канал, соединяющий вспомогательный узел с исполнительным механизмом.

2. Регулятор давления по п. 1, в котором уравновешенный по давлению затвор содержит первый элемент и второй элемент, которые выполнены с возможностью отделения друг от друга.

3. Регулятор давления по п. 1, в котором уравновешенный по давлению затвор содержит наружное кольцеобразное уплотнение.

4. Регулятор давления по п. 1, дополнительно содержащий клетку с периферийной стенкой, образующей полый цилиндр, причем уравновешенный по давлению затвор расположен внутри полого цилиндра и образует с ним кольцеобразное уплотнение.

5. Регулятор давления по п. 1, в котором вспомогательный узел содержит:

коллектор с внутренней проточной сетью; и

пару вспомогательных клапанов, расположенных на коллекторе и сообщающихся друг с другом по потоку посредством внутренней проточной сети.

6. Регулятор давления по п. 1, в котором исполнительный механизм является пневматическим.

7. Регулятор давления по п. 1, в котором вспомогательный узел дополнительно содержит:

фиксированное отверстие; и

обратный клапан.

8. Регулятор давления по п. 6, в котором пневматический исполнительный механизм содержит диафрагму, образующую пару отдельных воздухонепроницаемых камер, и при этом канал соединяет вспомогательный узел с каждой из отдельных воздухонепроницаемых камер.

9. Регулятор давления по п. 1, дополнительно содержащий:

диафрагму, расположенную в исполнительном механизме; и

шток клапана, соединенный на одном конце с диафрагмой, а на другом конце - с уравновешенным по давлению затвором.

10. Регулятор давления по п. 1, содержащий:

корпус клапана с фланцевыми краями;

узел затвора, расположенный в корпусе клапана, причем узел затвора содержит клетку, в которой расположен затвор, и седло, расположенное на одном конце клетки, при этом затвор имеет отверстия, обеспечивающие протекание текучей среды через затвор;

шток клапана, соединенный с затвором;

причем исполнительный механизм соединен со штоком клапана и исполнительный механизм содержит диафрагму и пружину.

11. Регулятор давления по п. 10, дополнительно содержащий коллектор с внутренней проточной сетью, причем вспомогательные клапаны расположены на коллекторе и сообщаются друг с другом по потоку посредством внутренней проточной сети.

12. Регулятор давления по п. 10, дополнительно содержащий:

коллектор, содержащий первый блок с отверстиями и второй блок с отверстиями, соединенные друг с другом, причем первый блок с отверстиями и второй блок с отверстиями образуют внутреннюю проточную сеть; и

устройство с фиксированным отверстием, расположенное во втором блоке с отверстиями,

причем вспомогательные клапаны расположены на первом блоке с отверстиями и сообщаются по потоку друг с другом и с фиксированным отверстием посредством внутренней проточной сети.

13. Регулятор давления по п. 10, дополнительно содержащий корпус исполнительного механизма, соединенный с возможностью съема с корпусом клапана, причем корпус исполнительного механизма содержит пару элементов, которые сопрягаются друг с другом вдоль периферийного края и образуют внутреннюю камеру, при этом диафрагма и пружина расположены во внутренней камере.

14. Регулятор давления по п. 10, в котором диафрагма образует верхнюю камеру и нижнюю камеру в исполнительном механизме, и при этом регулируемый дифференциальный вспомогательный клапан присоединен как к верхней камере, так и к нижней камере.

15. Регулятор давления по п. 10, в котором вспомогательные клапаны соединены друг с другом последовательно, при этом регулируемый дифференциальный вспомогательный клапан находится непосредственно выше по потоку от исполнительного механизма.

16. Регулятор давления по п. 10, в котором затвор имеет раздвоенную конструкцию.

17. Регулятор давления по п. 7, в котором фиксированное отверстие и обратный клапан соединены по потоку со вспомогательным клапаном с переменным перепадом давлений.

18. Система по п. 10, в которой вспомогательный узел установлен с возможностью съема на корпусе.