УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, СИСТЕМА КРЕПЛЕНИЯ СИЛЬФОНА ДЛЯ ТАКОГО УСТРОЙСТВА И СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ СИЛЬФОНА В ТАКОМ УСТРОЙСТВЕ
DEVICE FOR CONTROLLING FLUID FLOW, BELLOWS FASTENING SYSTEM FOR SUCH DEVICE AND METHOD FOR FASTENING BELLOWS IN SUCH DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[1] Данное изобретение относится в целом к устройству управления потоком текучей среды и, более конкретно, к системе для установки и удаления гайки сильфона из устройства управления потоком текучей среды.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[2] Во многих типах устройств и узлов управления потоком текучей среды удлиненные компоненты используют для размещения чувствительных механизмов на безопасном расстоянии от потенциально вредных сред. Например, в регуляторах и/или клапанах могут использовать удлиненные крышки для перемещения компонентов привода (например, корпуса привода) на безопасное расстояние от экстремальных температур, которые часто могут превышать 230 °С (450 градусов по Фаренгейту). Как правило, эти удлиненные крышки могут содержать уплотнительные механизмы, такие как сильфон, для обеспечения улучшенного уплотнения вокруг штока клапана и других компонентов.
[3] Гайку сильфона обычно используют для закрепления сильфона в удлинительной крышке. В общем, чтобы прикрепить гайку сильфона к узлу, требуется значительный крутящий момент (например, приблизительно 250 фунтов⋅фут или более). Для замены сильфона, а также ряда компонентов, расположенных внутри клапана или связанных с клапаном, сначала необходимо удалить гайку сильфона из узла клапана. Как правило, гайка сильфона имеет прямоугольный паз, который принимает сопряженную часть аналогичной формы в инструменте. При затягивании гайки сильфона с помощью инструмента применение необходимого крутящего момента может приводить к быстрому износу сопряженной области между гайкой сильфона и инструментом и, следовательно, к частой замене гайки сильфона и/или инструмента нередко после одной установки и/или удаления. Например, если компоненты не выровнены точно, края гайки и инструмента могут легко деформироваться или закругляться. В случае, когда компоненты не выровнены должным образом, инструмент потенциально может соскользнуть и причинить травму. Кроме того, обычно требуется несколько человек для надлежащего поддержания выравнивания, чтобы обеспечить возможность многократного использования деталей, что приводит к снижению эффективности и увеличению затрат на работу оператора и большему участию оператора.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[4] В соответствии с одним или более аспектами, системы и методы установки компонентов в устройстве управления потоком текучей среды могут удовлетворить потребность в прочном и эффективном устройстве. Эти компоненты могут обеспечить надежное соединение с клапанным узлом, а также могут быть безопасно и без труда удалены с одновременным уменьшением износа компонентов. Компоненты в системе могут быть легко выровнены, что увеличивает их ожидаемый срок службы и снижает риск получения травм. Кроме того, расположение компонентов может привести к тому, что нагрузка будет прилагаться в правильной ориентации для удостоверения в том, что на гайку оказывается надлежащая нагрузка. Кроме того, один человек может устанавливать и удалять компоненты, тем самым повышая эффективность работы оператора и снижая эксплуатационные расходы, связанные со сборками.
[5] В соответствии с первым приведенным в качестве примера аспектом устройство управления потоком текучей среды содержит корпус клапана, определяющий впускное отверстие, выпускное отверстие, горловину, расположенную между впускным отверстием и выпускным отверстием, и отверстие крышки, управляющий элемент, имеющий плунжер клапана и удлиненный шток, соединенный с плунжером клапана, удлиненную крышку, соединенную с отверстием крышки, сильфон, расположенный в удлиненной крышке, и гайку сильфона, нанизанную на удлиненный шток, для закрепления сильфона в удлиненной крышке и образования уплотнения вокруг удлиненного штока. Гайка сильфона содержит первую поверхность, вторую поверхность, сквозное отверстие, проходящее между первой поверхностью и второй поверхностью, принимающей шток, и суживающийся (например, в виде ласточкина хвоста) канал, проходящий от первой поверхности ко второй поверхности. Суживающийся канал имеет первую ширину, образованную первой поверхностью, и вторую ширину, которая больше первой ширины для приема инструмента и облегчения размещения.
[6] В этих формах суживающийся канал определяется первой боковой стенкой, второй боковой стенкой и третьей поверхностью, которая может определять нижнюю поверхность. Третья поверхность может располагаться между первой поверхностью и второй поверхностью. Угол, образованный между третьей поверхностью и первой боковой стенкой, составляет менее 90 градусов. Аналогичным образом, угол, образованный между третьей поверхностью и второй боковой стенкой, также составляет менее 90 градусов. В некоторых примерах угол, образованный между третьей поверхностью и первой боковой стенкой, равен углу, образованному между третьей поверхностью и второй боковой стенкой. В других примерах угол, образованный между третьей поверхностью и первой боковой стенкой, отличается от угла, образованного между третьей поверхностью и второй боковой стенкой.
[7] В некоторых формах крепежная система для устройства управления потоком текучей среды содержит гайку сильфона, выполненную с возможностью нанизывания на удлиненный шток для закрепления сильфона в удлиненной крышке, и инструмент для гайки сильфона, выполненный с возможностью удаления гайки сильфона из устройства управления потоком текучей среды и закрепления гайки сильфона на устройстве управления потоком текучей среды. Гайка сильфона может содержать первую поверхность, вторую поверхность, сквозное отверстие, проходящее между первой поверхностью и второй поверхностью, принимающей удлиненный шток, и суживающийся канал, проходящий от первой поверхности ко второй поверхности. Инструмент для гайки сильфона содержит удлиненный шток и рабочую часть, выполненную с возможностью соединения с суживающимся каналом.
[8] В этих формах инструмент для гайки сильфона определяет отверстие, проходящее через удлиненную часть и рабочую часть. Отверстие имеет необходимые размеры для размещения удлиненного штока. Рабочая часть содержит преимущественно плоскую поверхность и суживающийся выступ, проходящий от преимущественно плоской поверхности. Суживающийся выступ имеет первую ширину, примыкающую к преимущественно плоской поверхности, и вторую ширину, которая больше, чем первая ширина. Другими словами, суживающийся выступ выполнен как выступ в форме ласточкина хвоста. В этих примерах вторая ширина суживающегося выступа меньше, чем первая ширина суживающегося канала, что позволяет вставить суживающийся выступ в суживающийся канал.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[9] Вышеуказанные потребности по меньшей мере частично удовлетворяются за счет обеспечения гайки выравнивания крутящего момента и монтажного инструмента, описанных в следующем подробном описании, в частности, при изучении в сочетании с графическими материалами, в которых:
[10] на фиг. 1 проиллюстрирована вертикальная проекция в поперечном сечении приведенного в качестве примера устройства управления потоком текучей среды с использованием гайки сильфона в форме ласточкина хвоста в соответствии с различными вариантами реализации изобретения;
[11] на фиг. 2 проиллюстрирован вид в перспективе приведенной в качестве примера гайки сильфона в виде ласточкина хвоста устройства управления потоком текучей среды, проиллюстрированного на фиг. 1, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения;
[12] на фиг. 3 проиллюстрирован вид в перспективе в поперечном сечении приведенного в качестве примера инструмента для гайки сильфона для установки и удаления гайки сильфона в виде ласточкина хвоста, проиллюстрированной на фиг. 1 и 2, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения;
[13] на фиг. 4 проиллюстрирована вертикальная проекция спереди в поперечном сечении приведенной в качестве примера гайки сильфона в виде ласточкина хвоста и инструмента для гайки сильфона, проиллюстрированных на фиг. 1-3, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения;
[14] на фиг. 5 проиллюстрирована вертикальная проекция спереди в поперечном сечении приведенной в качестве примера гайки сильфона в виде ласточкина хвоста и инструмента для гайки сильфона, проиллюстрированных на фиг. 1-4, в сопряженной конфигурации в соответствии с различными вариантами реализации изобретения; а также
[15] на фиг. 6 проиллюстрирован вид сверху приведенной в качестве примера гайки сильфона в виде ласточкина хвоста и инструмента для гайки сильфона, проиллюстрированных на фиг. 1-5, причем инструмент для гайки сильфона входит в зацепление с гайкой сильфона в виде ласточкина хвоста для приложения к ней усилия в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
[16] Фигуры проиллюстрированы с учетом простоты и ясности и не обязательно выполнены в масштабе. Например, размеры и/или относительное расположение некоторых элементов на фигурах могут быть преувеличены относительно других элементов, чтобы содействовать лучшему пониманию различных вариантов реализации данного изобретения. К тому же, общие, но хорошо понятные элементы, которые полезны или необходимы в коммерчески целесообразном варианте реализации изобретения, часто не изображаются, чтобы содействовать более ясному представлению об этих различных вариантах реализации изобретения. Кроме того, следует понимать, что определенные действия и/или этапы могут быть описаны или изображены в определенном порядке появления, в то время как специалисты в данной области техники поймут, что такая конкретность в отношении последовательности фактически не требуется. Также следует понимать, что термины и выражения, используемые в данном документе, имеют обычное техническое значение, которое относят к таким терминам и выражениям специалисты в данной области техники, как указано выше, за исключением случаев, когда в данном документе изложены иные конкретные значения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[17] В общем случае, данное изобретение относится к устройству 100 управления потоком текучей среды (например, клапану или регулирующему устройству) для регулирования потока текучей среды. Как проиллюстрировано на фиг. 1, устройство 100 содержит корпус 102 клапана, определяющий впускное отверстие 104, выпускное отверстие 106, горловину 108, расположенную между впускным отверстием 104 и выпускным отверстием 106, и отверстие 110 крышки. Устройство 100 дополнительно содержит управляющий элемент 112, расположенный в горловине 108 корпуса 102 клапана, и содержит плунжер 114 клапана и удлиненный шток 116, соединенный с плунжером 114 клапана. Устройство 100 также содержит удлиненную крышку 120, сильфон 130, расположенный в удлиненной крышке 120, и гайку сильфона 140. Система 100 может содержать любое количество дополнительных компонентов и/или подсистем (таких как, например, дроссельный узел, содержащий седло клапана, соединенное с корпусом 102 клапана в горловине 108, любое количество набивок сальника, втулок и т. д.), которые известны специалистам в данной области техники и не будут описаны в данном документе с целью краткости изложения. Пример устройств 100 может включать управляющий клапан Fisher GX и исполнительную систему, которые могут использоваться в условиях высоких температур.
[18] Управляющий элемент 112 выполнен с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением для управления потоком текучей среды через корпус клапана (например, от впускного отверстия 104 к выпускному отверстию 106). Удлиненная крышка 120 соединена с отверстием 110 крышки и определяет первый конец 121, расположенный рядом с отверстием 110 крышки, и второй конец 122. Удлиненная крышка 120 дополнительно определяет сердечник 123 между первым концом 121 и вторым концом 122, который по меньшей мере частично охватывает или окружает удлиненный шток 116. Кроме того, сильфон 130 расположен в сердечнике 123 удлиненной крышки 120 для образования уплотнения вокруг удлиненного штока 116.
[19] Гайка сильфона 140 содержит первую поверхность 141, вторую поверхность 142, сквозное отверстие 143, проходящее между первой поверхностью 141 и второй поверхностью 142 для приема удлиненного штока 116, и суживающийся канал или отверстие 144, проходящее от первой поверхности 141 в направлении второй поверхности 142. Гайка сильфона 140 нанизывается на удлиненный шток 16 для закрепления сильфона 130 в удлиненной крышке 120. В некоторых примерах устройство 100 может дополнительно содержать прокладку 101, выполненную с возможностью образования уплотнения между удлиненной крышкой 120 и верхней крышкой 111. Верхняя крышка 111 также может содержать отверстие (не показано), имеющее подходящий размер для приема по меньшей мере части удлиненного штока 116.
[20] Как видно на фиг. 2, 4 и 5, суживающийся канал 144 определен первой боковой стенкой 145, второй боковой стенкой 146 и третьей поверхностью 147, которая расположена между первой поверхностью 141 и второй поверхностью 142, которая определяет нижний предел или поверхность суживающегося канала 144. Суживающийся канал 144 имеет первую ширину W1, образованную первой поверхностью 141, а также первой и второй боковыми стенками 145, 146, и дополнительно имеет вторую ширину W2, образованную третьей поверхностью 147, а также первой и второй боковыми стенками 145, 146. Вторая ширина W2 больше, чем первая ширина W1, таким образом, первая боковая стенка 145 и вторая боковая стенка 146 расположены под углом относительно третьей поверхности 147, создавая тем самым конфигурацию в виде ласточкина хвоста. Другими словами, первая боковая стенка 145 и вторая боковая стенка 146 сходятся от третьей поверхности 147 к первой поверхности 141 или, наоборот, первая боковая стенка 145 и вторая боковая стенка 146 расходятся от первой поверхности 141 к третьей поверхности 147.
[21] Как проиллюстрировано на фиг. 4 и 5, первая боковая стенка 145 и третья поверхность 147 образуют угол α1. Аналогично, вторая боковая стенка 146 и третья поверхность 147 образуют угол α2. Каждый из углов α1 и α2 составляет меньше 90 градусов. В некоторых примерах углы α1 и α2 равны друг другу, а в других примерах углы α1 и α2 отличаются друг от друга.
[22] Как проиллюстрировано на фиг. 3-5, устройство 100 дополнительно содержит инструмент 160 для гайки сильфона для облегчения размещения гайки сильфона 140. Другими словами, инструмент 160 для гайки сильфона выполнен с возможностью удаления гайки сильфона 140 из устройства 100 и/или прикрепления гайки сильфона 140 к данному устройству. Инструмент 160 для гайки сильфона содержит удлиненную часть 162, рабочую часть 164, которая выполнена с возможностью соединения со суживающимся каналом 144 гайки сильфона 140, и сквозное отверстие 163, проходящее через удлиненную часть 162 и рабочую часть 164. Сквозное отверстие 163 имеет подходящие размеры для размещения удлиненного штока 116. Инструмент 160 для гайки сильфона также может содержать захватную и/или крепежную часть (не показана), расположенную на удлиненной части 162, чтобы способствовать закреплению и/или удалению гайки сильфона 140. Например, захватная и/или крепежная часть может содержать выступ, клин или другой аналогичный компонент, который должен быть вставлен или иным образом соединен с торсионным удлинителем или торсионной штангой с ограничением крутящего момента для приложения требуемого крутящего момента. Возможны и другие примеры.
[23] В описанных примерах рабочая часть 164 инструмента 160 содержит суживающийся выступ, проходящий от преимущественно плоской поверхности 161. Суживающийся выступ 164 определен первой боковой стенкой 165, второй боковой стенкой 166 и третьей поверхностью 167, которая расположена на некотором расстоянии от преимущественно плоской поверхности 161. Третья поверхность 167 определяет нижний предел суживающегося выступа 164. Суживающийся выступ 164 имеет первую ширину W3, определяемую пересечением первой поверхности 165 и второй поверхности 166 с преимущественно плоской поверхностью 161, и имеет вторую ширину W4, определяемую длиной третьей поверхности 167. Вторая ширина W4 больше, чем первая ширина W3, таким образом, первая боковая стенка 165 и вторая боковая стенка 166 расположены под углом по отношению к третьей поверхности 167, создавая тем самым конфигурацию в виде ласточкина хвоста. Другими словами, первая боковая стенка 165 и вторая боковая стенка 166 сходятся от третьей поверхности 167 по направлению к преимущественно плоской поверхности 161 или, наоборот, первая боковая стенка 165 и вторая боковая стенка 166 расходятся от преимущественно плоской поверхности 161 по направлению к третьей поверхности 167.
[24] Кроме того, вторая ширина W4 суживающегося выступа 164 меньше, чем первая ширина W1 (и, соответственно, вторая ширина W2) суживающегося канала 144. Конфигурация суживающегося выступа 164 образует «штыревой» компонент, который выполнен с возможностью вставки в «гнездовую» конфигурацию, образованную суживающимся каналом 144.
[25] Первая боковая стенка 165 и третья поверхность 167 инструмента 160 для гайки сильфона образуют угол β1. Аналогично, вторая боковая стенка 166 и третья поверхность 167 образуют угол β2. Каждый из углов β1 и β2 составляет меньше 90 градусов. В некоторых примерах углы β1 и β2 равны друг другу, а в других примерах углы β1 и β2 отличаются друг от друга. Кроме того, любая комбинация углов β1 и β2 может быть равна углам α1 и α2 и/или отличаться от углов α1 и α2 гайки сильфона 140.
[26] Поскольку вторая ширина W4 суживающегося выступа 164 меньше, чем первая ширина W1 суживающегося канала 144, инструмент 160 для гайки сильфона можно вставить в суживающийся канал 144 вертикально. В результате суживающийся выступ не обязательно нужно вставлять в суживающийся паз обычно требуемым способом (то есть путем скольжения суживающегося выступа в боковом направлении вдоль суживающегося паза или наоборот), что из-за ограниченного доступного пространства в устройстве 100 было бы трудно, если вообще возможно. Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 5, поскольку инструмент 160 для гайки сильфона имеет сквозное отверстие 163 с соответствующими размерами, инструмент 160 для гайки сильфона может быть вставлен в направлении вниз в устройство 100 над удлиненным штоком 116 и может быть соединен с гайкой сильфона 140 без необходимости удаления удлиненного штока 116. Кроме того, преимущественно плоская поверхность 161 инструмента 160 для гайки сильфона выполнена с возможностью прилегания к первой поверхности 141 гайки сильфона 141, а третья поверхность 147 гайки сильфона 140 выполнена с возможностью прилегания к третьей поверхности 167 инструмента 160 для гайки сильфона, таким образом обеспечивая устойчивую поверхность, которая уменьшает вероятность того, что инструмент для удаления гайки соскользнет или будет смещен. В некоторых примерах частично либо полностью эти поверхности 141, 161, 147, 167 могут содержать захватный материал и/или другие выравнивающие конструкции, такие как ребра, выступы, опоры, канавки и т. д., чтобы способствовать выравниванию и/или устойчивости гайки сильфона и инструмента 160 для гайки сильфона, когда они соединены между собой.
[27] Узел (включая гайку сильфона 140 и сильфон 130) можно прикрепить к устройству 100, сначала вставив сильфон 130 в удлиненную крышку 120, чтобы сильфон 130 по меньшей мере частично окружал удлиненный шток 116. Затем гайку сильфона 140 вставляют в удлиненный шток 116 смежно с сильфоном 130. В некоторых примерах дополнительные компоненты (например, прокладка сильфона) могут быть расположены между сильфоном 130 и гайкой сильфона 140. Затем инструмент 160 для гайки сильфона вставляют в удлиненный шток 116 через сквозное отверстие 163 и выравнивают с гайкой сильфона 140, чтобы обеспечить сопряжение суживающегося выступа 164 со суживающимся каналом 144. Затем используют инструмент 160 для гайки сильфона для приложения крутящего момента (например, по меньшей мере 250 фунтов·фут) к гайке сильфона 140.
[28] При использовании инструмента 160 для гайки сильфона для приложения крутящего момента к гайке сильфона 140 суживающийся выступ 164 закручивается внутри суживающегося канала 144, поскольку его размер обычно меньше размера суживающегося канала. Как проиллюстрировано на фиг. 6, скручивающее действие заставляет первую поверхность 165 суживающегося выступа 164 вступить в контакт с первой поверхностью 145 суживающегося канала 144 в области А контакта и вторую поверхность 166 суживающегося выступа 164 вступить в контакт со второй поверхностью 146 суживающегося канала 144 в области В контакта. Понятно, что если инструмент 160 для гайки сильфона закручивается в противоположном направлении, области A, B контакта будут находиться на противоположных протяженностях первой и второй поверхностей. В любом направлении скручивания либо одна, либо обе области A, B контакта составляют менее половины общей длины L суживающегося выступа 164. В некоторых примерах области A, B контакта имеют длину, проходящую от внешнего края суживающегося выступа 164 до сквозного отверстия 163. В других примерах области A, B контакта имеют длину, которая меньше длины от внешнего края суживающегося выступа 164 до сквозного отверстия 163.
[29] Поскольку суживающийся канал 144 и суживающийся выступ 164 расположены под углом, когда крутящий момент прикладывается к инструменту 160 для гайки сильфона, суживающийся выступ 164 надежно «фиксируется» в суживающемся канале 144 и не может быть удален. В этой конфигурации с воздействием крутящего момента первая и вторая поверхности 145, 146 действуют как ограничительные выступы, тем самым уменьшая вероятность смещения инструмента 160 для гайки сильфона относительно гайки сильфона 140.
[30] В случае, когда суживающийся канал 144 и/или суживающийся выступ 164 деформируются или изнашиваются, поверхности каждого суживающегося канала 144 и суживающегося выступа могут подвергаться механической обработке для обеспечения непрерывной эксплуатации. Поскольку суживающийся выступ 164 имеет расположенные под углом первую и вторую поверхности 165, 166, удаление материала с этих поверхностей 165, 166 во время механической обработки не повлияет на точки контакта между суживающимся выступом 164 и суживающимся каналом 144.
[31] Специалистам в данной области техники будет понятно, что в отношении вышеописанных вариантов реализации изобретения может быть осуществлено большое разнообразие модификаций, изменений и комбинаций, и что такие модификации, изменения и комбинации следует рассматривать как подпадающие под объем идеи изобретения.