ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТРУБКА ДЛЯ ГАЗОВОГО РЕГУЛЯТОРА, ИМЕЮЩАЯ ФУНКЦИЮ УСРЕДНЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
MEASURING TUBE FOR GAS REGULATOR WITH FUNCTION OF PRESSURE AVERAGING

Испрашивается приоритет по предварительной заявке США №60/913,127 (дата подачи 20 апреля 2007 г.), полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к газовым регуляторам и, в частности, к газовым регуляторам, имеющим замкнутую систему регулирования потока.
Уровень техники
Давление, под которым газораспределительные системы передают газ, может изменяться в зависимости от требований, предъявляемых к данной системе, климату, источнику питания и/или другим факторам. Однако большинство установок конечных потребителей, содержащих потребители газа, например, печи, духовки и т.п., требуют, чтобы газ подводился под заданным давлением и при максимальной или меньшей пропускной способности газового регулятора. Поэтому в этих распределительных системах используются газовые регуляторы, обеспечивающие соответствие подводимого газа требованиям установок конечных потребителей. Традиционные газовые регуляторы включают исполнительный механизм замкнутой системы регулирования для восприятия и регулирования давления подводимого газа.
На фиг.10 показан традиционный газовый регулятор 10. Регулятор 10 в целом содержит исполнительный механизм 12 и клапан 14 регулятора. Клапан регулятора ограничивает впускное отверстие 16 для приема газа, например, от газораспределительной системы и выпускное отверстие 18 для подачи газа к установке конечного пользователя, например, заводу, ресторану, жилому зданию и т.п., имеющей один или более потребителей. Клапан 14 регулятора дополнительно включает клапанное окно 36, расположенное между впускным и выпускным отверстием. Газ при перемещении от впускного отверстия 16 к выпускному отверстию 18 клапана 14 регулятора проходит через клапанное окно 36.
Исполнительный механизм 12 присоединен к клапану 14 регулятора для обеспечения соответствия давления в выпускном отверстии 18 клапана 14 регулятора, то есть давления на выпуске, требуемому давлению на выпуске или давлению в системе регулирования. Поэтому исполнительный механизм 12 находится в проточном сообщении с клапаном 14 регулятора через горловину 34 клапана и горловину 20 исполнительного механизма. Исполнительный механизм 12 включает узел 22 регулирования для регулирования давления на выпуске клапана 14 регулятора на основе воспринимаемого давления на выпуске. Более конкретно, узел 22 регулирования включает несущую пластину 19 мембраны, мембрану 24, поршень 32 и регулирующий рычаг 26, имеющий клапанный диск 28. Клапанный диск 28 включает в целом цилиндрический корпус 25 и уплотнительный вкладыш 29, прикрепленный к корпусу 25. Мембрана 24 воспринимает давление на выпуске клапана 14 регулятора и в зависимости от него перемещает клапанный диск 28 для открытия и закрытия клапана 14 регулятора. Узел 22 регулирования дополнительно включает регулирующую пружину 30, находящуюся в контакте с верхней частью узла 22 регулирования для компенсации воспринимаемого мембраной 24 давления на выпуске. Соответственно требуемое давление на выпуске, которое может также называться давлением в системе регулирования, устанавливается путем выбора регулирующей пружины 30.
Мембрана 24 функционально соединена с регулирующим рычагом 26, а также с клапанным диском 28 с помощью поршня 32 и регулирует открытие клапана 14 регулятора на основе воспринимаемого давления на выпуске. Например, при работе конечного потребителя, например, печи, появляется расход в газораспределительной системе после регулятора 10, при этом уменьшается давление на выпуске. Соответственно мембрана воспринимает это уменьшенное давление на выпуске. Это обеспечивает растяжение регулирующей пружины 30, а также перемещение поршня 32 и правой части регулирующего рычага 26 вниз в соответствии с ориентацией, показанной на фиг.1. Это смещение регулирующего рычага 26 перемещает клапанный диск 28 от клапанного окна 36 для открытия клапана 14 регулятора, тем самым увеличивая расход на выпуске для удовлетворения увеличенного потребления и увеличивая давления на выпуске до давления в системе регулирования. При этом к потребителю может подводиться газ через клапанное окно 36 и через выпускное отверстие 18 клапана 14 регулятора.
В традиционном регуляторе 10 регулирующая пружина 30 по своей природе создает меньшее усилие по мере растяжения к несжатому состоянию при смещении регулирующего рычага 26 для открытия клапанного окна 36. Кроме того, по мере растяжения регулирующей пружины 30 мембрана 24 деформируется, что приводит к увеличению площади мембраны 24. Уменьшенное усилие регулирующей пружины и увеличенная площадь мембраны 24 в этом случае вместе являются причиной того, что при работе регулятора усилие, обеспечиваемое регулирующей пружиной 30, становится недостаточным для компенсации усилия, создаваемого мембраной 24, что приводит к уменьшению давления на выпуске в системе регулирования по сравнению с первоначально установленным конечным потребителем. Это явление известно как "провал". При возникновении "провала" давление на выпуске уменьшается ниже установленного давления в системе регулирования, и регулятор 10 работает некорректно. "Провал" является одним из примеров отрицательных воздействий динамических давлений, которые могут возникать в регуляторе 10.
Для противодействия этим воздействиям некоторые традиционные регуляторы 10 включают трубку 15 для измерения давления. Измерительная трубка 15 может включать прямую измерительную трубку 15а, как показано сплошной линией на фиг.1, или может включать изогнутую измерительную трубку 15b, как показано пунктирной линией. Обе измерительные трубки 15а, 15b включают удлиненную цилиндрическую трубку с открытым измерительным концом 17а, 17b. Открытый конец 17а, 17b выполнен с возможностью измерения давления газа в выпускном отверстии клапана 14 регулятора, а трубки 15а, 15b выполнены с возможностью передачи измеренного давления к мембране 24. Таким образом, измерительные трубки 15а, 15b обеспечивают более точное определение давления в выпускном отверстии 18 клапана 14 регулятора, чем давление, воспринимаемое мембраной 24 в противном случае. Работа без измерительных трубок 15а, 15b часто приводит к давлению большему, чем давление на выпуске, воспринимаемое мембраной 24, из-за эффектов динамического давления.
Например, как показано на фиг.2 и 3, по мере прохождения потока газа из клапанного окна 36 и расширения, газ проходит дальше и попадает в измерительную трубку 15а, 15b. При этом создаются три области давления. К этим трем областям относятся область 301 низкого давления (ОНД), область 303 среднего давления (ОСД) и область 305 высокого давления (ОВД).
Традиционные измерительные трубки 15а, 15b, показанные на фиг.2 и 3, имеют открытые концы 17а, 17b, как указано выше. Открытые концы 17а, 17b лишь передают давления из ОНД 301 к мембране 24 исполнительного механизма 12, показанной на фиг.1. Давление в ОНД 301 уменьшается пропорционально расходу в измерительных трубках 15а, 15b. По мере увеличения расхода давление в ОНД 301 начинает значительно отклоняться от фактического давления на выпуске, тем самым приводя к все более неточному определению давления, передаваемого к мембране 24 исполнительного механизма 12. Это может привести к восприятию мембраной 24 давления, которое ниже, чем фактическое давление на выпуске, что может быть нежелательным.
Как показано на фиг.1, узел 22 регулирования традиционного регулятора 19 дополнительно служит в качестве предохранительного клапана. Более конкретно, узел 22 регулирования также включает предохранительную пружину 40 и перепускной клапан 42. Мембрана 24 включает отверстие 44 в ее центральной части, а поршень 32 включает уплотнительную манжету 38. Предохранительная пружина 40 расположена между поршнем 32 и мембраной 24 для смещения мембраны 24 к уплотнительной манжете 38 и закрытия отверстия 44 при нормальной работе. При возникновении неисправности, например выходе из строя регулирующего рычага 26, узел 22 регулирования больше не связан непосредственно с клапанным диском 28, и поток на впуске перемещает клапанный диск 28 в крайнее открытое положение. Это приводит к попаданию большого количества газа в исполнительный механизм 12. Таким образом, по мере наполнения исполнительного механизма 12 газом давление на мембрану 24 возрастает, что вызывает перемещение мембраны 24 от уплотнительной манжеты 38 и тем самым открытие отверстия 44. Вследствие этого газ проходит через отверстие 33 в мембране к перепускному клапану 42. Перепускной клапан 42 включает пробку 46 клапана и перепускную пружину 54, смещающую клапанную пробку 46 в закрытое положение, как показано на фиг.1. При достижении давлением в исполнительном механизме 42 и смежном перепускном клапане 42 заданного порога давления клапанная пробка 46 смещается вверх, сжимая перепускную пружину 54, и открывается, выпуская тем самым газ в атмосферу и уменьшая давление в регуляторе 10. Измерительная трубка 15 также может способствовать обеспечению регулятором 10 предохранительной функцией путем подачи сигнала, представляющего фактическое давление на выпуске, к мембране 24 исполнительного механизма 12. Однако, как указано выше, давление, измеренное традиционной измерительной трубкой 15, например, при больших расходах, может быть неточным.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предложен регулятор, содержащий клапан регулятора и исполнительный механизм. Исполнительный механизм присоединен к клапану регулятора и содержит регулирующий элемент для регулирования потока текучей среды через клапан регулятора. Исполнительный механизм дополнительно содержит измерительную трубку, имеющую функцию усреднения давления, для измерения фактического давления в выпускном отверстии клапана регулятора. Усредненное фактическое давление затем передается в исполнительный механизм для настройки положения регулирующего элемента.
В одном примере осуществления измерительная трубка, имеющая функцию усреднения давления, включает открытый измерительный конец и удлиненную прорезь. Удлиненная прорезь может включать прямолинейную прорезь, волнообразную прорезь, прорезь, имеющую переменную толщину, или прорезь любой другой формы.
В других примерах осуществления размер, форма и другие факторы или характеристики прорези и/или измерительной трубки могут быть изменены под конкретное применение определенного устройства для регулирования текучей среды.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид бокового поперечного разреза традиционного регулятора.
Фиг.2 представляет собой схематичный вид областей давления, образованных около одной измерительной трубки, выполненной с возможностью использования с регулятором.
Фиг.3 представляет собой схематичный вид областей давления, образованных около другой измерительной трубки, выполненной с возможностью использования с регулятором.
Фиг.4 представляет собой вид бокового поперечного разреза регулятора, включающего измерительную трубку, причем регулятор и измерительная трубка выполнены в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 представляет собой вид в аксонометрии одного примера осуществления измерительной части измерительной трубки, имеющей функцию усреднения давления, выполненной в соответствии с принципами настоящего изобретения.
Фиг.6А-6D представляют собой виды в аксонометрии различных альтернативных примеров осуществления измерительных частей измерительных трубок, имеющих функцию усреднения давления, выполненных в соответствии с принципами настоящего изобретения.
Фиг.7 представляет собой вид бокового поперечного разреза другого альтернативного примера осуществления настоящего изобретения, включающего регулятор и устройство для контроля, которые содержат измерительные трубки, имеющие функцию усреднения давления, выполненные соответствии с принципами настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг.4 показан газовый регулятор 100, включающий измерительную трубку 115, причем регулятор 100 и измерительная трубка 115 выполнены в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения. Регулятор 100 газа в целом содержит исполнительный механизм 102 и клапан 104 регулятора. Клапан 104 регулятора включает впускное отверстие 106 для приема газа, например, от газораспределительной системы, и выпускное отверстие 108 для подачи газа к установке, имеющей один или более потребителей. Исполнительный механизм 102 присоединен к клапану 104 регулятора и включает узел 122 регулирования, имеющий регулирующий элемент 127. В первом нормальном режиме работы узел 122 регулирования воспринимает давление в выпускном отверстии 108 клапана 104 регулятора, то есть давление на выпуске, и регулирует положение регулирующего элемента 127 таким образом, что давление на выпуске приблизительно равняется заданному давлению в системе регулирования. Дополнительно при возникновении неисправности в системе регулятор 100 обеспечивает функцию предохранения, которая в целом подобна функции предохранения, описанной выше со ссылкой на регулятор 10, показанный на фиг.1.
Клапан 104 регулятора ограничивает проходное отверстие 110 и горловину 112 клапана. Проходное отверстие 110 расположено между впускным отверстием 106 и выпускным отверстием 108. Клапанное окно 136 расположено в проходном отверстии 110 и ограничивает канал 148, имеющий впускное отверстие 150 и выпускное отверстие 152. Газ при перемещении от впускного отверстия 106 к выпускному отверстию 108 клапана 104 регулятора проходит через канал 148 клапанного окна 136. Клапанное окно 136 выполнено с возможностью извлечения из клапана 104 регулятора, так что оно может быть заменено другим клапанным окном, имеющим канал другого диаметра или конструкцию, обеспечивающую рабочую характеристику или характеристику расхода клапана 104 регулятора для конкретного применения. В описанном примере осуществления горловина 112 клапана ограничивает отверстие 114, расположенное по оси, в целом перпендикулярной оси впускного отверстия 106 и выпускного отверстия 108 клапана 104 регулятора.
Исполнительный механизм 102 включает корпус 116 и узел 122 регулирования, как указано выше. Корпус 116 включает верхнюю часть 116а корпуса и нижнюю часть 116b корпуса, соединенные друг с другом, например, множеством крепежных средств. Нижняя часть 116b корпуса ограничивает регулирующую полость 118 и горловину 120 исполнительного механизма. Горловина 120 исполнительного механизма присоединена к горловине 112 клапана 104 регулятора для обеспечения проточного сообщения между исполнительным механизмом 102 и горловиной 104 регулятора. В описанном примере осуществления регулятор 100 включает хомут 111, соединяющий горловины 112, 120 друг с другом. Верхняя часть 116а корпуса ограничивает предохранительную полость 134 и выпускное окно 156. Верхняя часть 116а корпуса дополнительно ограничивает выступающую часть 158 для размещения части узла 122 регулирования, как описано ниже.
Узел 122 регулирования включает узел 121 мембраны, узел 123 диска и перепускной клапан 142. Узел 121 мембраны включает несущую пластину 109 мембраны, мембрану 124, поршень 132, регулирующую пружину 130, предохранительную пружину 140, объединенное гнездо 164 пружины, гнездо 166 предохранительной пружины, гнездо 160 регулирующей пружины и направляющую 159 поршня.
Более конкретно, мембрана 124 включает мембрану в форме диска, ограничивающую отверстие 144 в ее центральной части. Мембрана 124 выполнена из гибкого, по существу воздухонепроницаемого материала, и ее периферия герметично зафиксирована между верхней и нижней частями 116а, 116b корпуса 116. Таким образом, мембрана 124 отделяет предохранительную полость 134 от регулирующей полости 118.
Объединенное гнездо 164 пружины расположено на мембране 124 и ограничивает отверстие 170, расположенное концентрически с отверстием 144 в мембране 124. Как показано на фиг.4, объединенное гнездо 164 пружины поддерживает регулирующую пружину 130 и предохранительную пружину 140.
Поршень 132 в описанном примере осуществления включает в целом удлиненный элемент в форме штока, имеющий часть 138 уплотнительной манжеты, вилку 172, часть 174 с резьбой и направляющую часть 175. Часть 138 уплотнительной манжеты вогнутая и в целом имеет форму диска, а также проходит вокруг средней части поршня 132 и расположена непосредственно под мембраной 124. Вилка 172 включает полость, выполненную с возможностью размещения соединителя 135, который соединяет часть узла 123 диска для обеспечения соединения узла 121 мембраны с узлом 123 диска, как описано ниже.
Направляющая часть 175 и часть 174 с резьбой поршня 132 расположены в отверстиях 144, 170 в мембране 124 и в объединенном гнезде 164 пружины, соответственно. Направляющая часть 175 поршня 132 расположена с возможностью скольжения в полости в направляющей 159 поршня, которая обеспечивает осевое выравнивание поршня 132 относительно остальной части узла 122 регулирования. Предохранительная пружина 140, гнездо 166 предохранительной пружины и гайка 176 расположены на части 174 с резьбой поршня 132. Гайка удерживает предохранительную пружину 140 между объединенным гнездом 164 пружины и гнездом 166 предохранительной пружины. Регулирующая пружина 130 расположена на объединенном гнезде 164 пружины, как указано, внутри выступающей части 158 верхней части 116а корпуса. Гнездо 160 регулирующей пружины навинчено на выступающую часть 158 и сжимает регулирующую пружину 130 с объединенным гнездом 164 пружины. В описанном примере осуществления регулирующая пружина 130 и предохранительная пружина 140 включают винтовые пружины сжатия. Соответственно регулирующая пружина 130 посажена напротив верхней части 116а корпуса и создает усилие, направленное вниз к объединенному гнезду 164 пружины и мембране 124. Предохранительная пружина 140 посажена напротив объедененного гнезда 164 пружины и создает усилие, направленное вверх к гнезду 166 предохранительной пружины, которая в свою очередь прикладывается к поршню 132. В описанном примере осуществления усилие, создаваемое регулирующей пружиной 130, может регулироваться путем регулировки положения гнезда 160 регулирующей пружины в выступающей части 158, и, следовательно, давление в системе регулирование регулятора 100 также может регулироваться.
Регулирующая пружина 130 сжимается под действием давления в регулирующей полости 118, воспринимаемого мембраной 124. Соответственно усилие, создаваемое регулирующей пружиной 130, устанавливает требуемое давление на выпуске или давление в системе регулирования регулятора 100. Узел 121 мембраны функционально соединен с узлом 123 диска, как указано выше, через часть 172 вилки поршня 132 и соединитель 135.
Более конкретно, узел 123 диска включает регулирующий рычаг 126 и направляющую 162 стержня. Регулирующий рычаг 126 включает стержень 178, плечо 180 и регулирующий элемент 127. Регулирующий элемент 127 в описанном примере осуществления включает клапанный диск 128. Дополнительно в описанном примере осуществления клапанный диск 128 включает уплотнительный диск 129 для уплотнения клапанного окна 136, как показано на фиг.4. Уплотнительный диск 129 может быть прикреплен к остальной части клапанного диска 128 с помощью, например, клейкого вещества или других средств. Уплотнительный диск 129 может быть выполнен из того же материала, что и остальная часть клапанного диска 128, или другого материала. Например, в одном примере осуществления уплотнительный диск 129 может включать полимерный уплотнительный диск 129.
Стержень 178, плечо 180 и клапанный диск 128 выполнены отдельно и собраны для образования регулирующего рычага 126. Более конкретно, стержень 178 представляет собой в целом прямой шток, имеющий выступ 178а и углубление 178b, которое в описанном примере осуществления в целом прямоугольное. Плечо 180 представляет собой слегка изогнутый шток и включает конец 180а с точкой опоры и свободный конец 180b. Конец 180а с точкой опоры включает отверстие 184, в котором размещен палец 186, установленный на нижней части 116b корпуса. Конец 180а с точкой опоры также включает кулак 187, имеющий эллиптическое поперечное сечение и расположенный в углублении 178b стержня 178. Свободный конец 180b размещен между верхней частью 135а и пальцем 135b соединителя 135, который прикреплен к вилке 172 поршня 132. Таким образом, соединитель 135 функционально соединяет узел 123 диска с узлом 121 мембраны.
Направляющая 162 стержня включает в целом цилиндрическую внешнюю часть 162а, в целом цилиндрическую внутреннюю часть 162b и множество перемычек 162с, соединяющих внутреннюю и внешнюю части 162b, 162а. Внешняя часть 162а направляющей 162 стержня выполнена с возможностью размещения в горловинах 112, 120 клапана 104 регулятора 104 и нижней части 116b корпуса, соответственно. Внутренняя часть 162b выполнена с возможностью удерживания стержня 178 регулирующего рычага 126 с возможностью скольжения. Таким образом, направляющая 162 стержня служит для обеспечения выравнивания клапана 104 регулятора, корпуса 116 исполнительного механизма, узла 122 регулирования и, более конкретно, стержня 178 регулировочного рычага 126 узла 122 регулирования.
На фиг.4 показан регулирующий элемент 127 в закрытом положении, в котором клапанный диск 128 герметично входит в контакт с выпускным отверстием 152 клапанного окна 136. При этом газ не проходит через клапанное окно 136 и клапан 104 регулятора закрыт. Такое положение обеспечивается, когда давление на выпуске, которое соответствует давлению в регулирующей полости 118 корпуса 116 и воспринимается мембраной 124, превышает усилие, создаваемое регулирующей пружиной 130. Соответственно давление на выпуске перемещает мембрану 124 и поршень 132 в закрытое положение.
Однако в случае появления рабочего расхода в газораспределительной системе, например, начала работы потребителя, например, печи, плиты и т.п., данный потребитель потребляет газ из регулирующей полости 118 регулятора 100, таким образом уменьшая давление, воспринимаемое мембраной 124. По мере уменьшения давления, воспринимаемого мембраной 124, возникает неравенство усилия регулирующей пружины и усилия, создаваемого давлением на выпуске и прикладываемого к мембране 124, так что регулирующая пружина 130 растягивается и смещает мембрану 124 и поршень 132 вниз относительно корпуса 116. Это вызывает поворот плеча 180 по часовой стрелке вокруг пальца 186, который в свою очередь поворачивает кулак 187 относительно углубления 178b в стержне 178. При этом стержень 178 и клапанный диск 128 перемещаются от выпускного отверстия 152 клапанного окна 136, открывая клапан 104 регулятора.
При этом газораспределительная система подает газ к последующему потребителю через клапан 104 регулятора при давлении в системе регулирования, установленном регулирующей пружиной 130. Дополнительно узел 121 мембраны продолжает воспринимать давление на выпуске клапана 104 регулятора. Пока давление на выпуске остается примерно равным давлению в системе регулирования, узел 122 регулирования поддерживает клапанный диск 128 в одном положении. Однако, если расход на выпуске, то есть потребление уменьшается, тем самым увеличивая давление на выпуске сверхдавления в системе регулирования, установленного регулирующей пружиной 130, мембрана 124 воспринимает увеличенное давление на выпуске и перемещается вверх, сжимая регулирующую пружину 130. В другом случае, если расход на выпуске, то есть потребление увеличивается, тем самым уменьшая давление на выпуске ниже давления в системе регулирования, мембрана 124 воспринимает уменьшенное давление на выпуске, и пружина 130 смещает мембрану 124 и поршень 132 вниз, открывая клапан 104 регулятора. Таким образом, узел 122 регулирования реагирует на небольшие отклонения от давления на выпуске или давления в системе регулирования и регулирует положение клапанного диска 128.
По мере растяжения регулирующей пружины 130, смещения клапанного диска 127 и открытия клапанного окна 136 усилие, создаваемое пружиной, и площадь мембраны 124 уменьшаются. Как описано выше со ссылкой на традиционный регулятор 10, показанный на фиг.1, такое уменьшение усилия пружины и уменьшение площади мембраны может уменьшить давление на выпуске, необходимое для уравновешивания мембраны 124 и воспринимаемое ей. Таким образом, это приводит к уменьшению давления на выпуске ниже давления в системе регулирования, и по мере увеличения расхода величина отклонения пропорционально увеличивается. Как указано выше, это явление известно как "провал". Одно традиционное решение для борьбы с "провалом" заключается в установке в регуляторе одной из измерительных трубок 15а, 15b, описанных выше со ссылкой на фиг.1. Однако, как описано, традиционные измерительные трубки 15а, 15b имеют недостатки, заключающиеся в том, что данные трубки не всегда точно определяют давление из-за динамических явлений потока текучей среды, проходящей через клапан регулятора, и, в частности, наличия изменяющихся давлений в ОНД 301, смежной с измерительными концами 17а, 17b.
Соответственно регулятор, показанный на фиг.4, имеет измерительную трубку 115, выполненную с возможностью усреднения давления, измеренного в выпускном отверстии 108 клапана 104 регулятора. Такое усреднение позволяет измерительной трубке 115 передавать более точный сигнал давления в регулирующую полость 118 исполнительного механизма и, в частности, к мембране 124. Измерительная трубка 115, показанная на фиг.4, в целом похожа на измерительную трубку 15а, показанную на фиг.1, тем, что включает цилиндрическую трубку, имеющую измерительную часть 117 и крепежную часть 119, причем измерительная часть 117 включает открытый измерительный конец 117а. Крепежная часть 119 расположена под углом относительно измерительной части 117. Дополнительно измерительная часть 117 измерительной трубки 115 в примере осуществления, показанном на фиг.4, включает удлиненную прорезь 131, которая лучше показана на фиг.5. Прорезь 131 в примере осуществления, показанном на фиг.5, включает прямолинейную прорезь, проходящую от измерительного конца 117а измерительной части 117 по существу к крепежной части 119.
Как показано на фиг.4, крепежная часть 119 в описанном примере осуществления расположена в направляющей 162 стержня узла 123 диска исполнительного механизма 102. Более конкретно, крепежная часть 119 установлена между парой радиальных перемычек 162 с направляющей 162 стержня. В одном примере осуществления крепежная часть 119 может быть закреплена между радиальными перемычкам 162 с направляющей 162 стержня с помощью посадки с натягом, клейкого вещества, шлицевого соединения или в целом других средств. При этом измерительная часть 117 измерительной трубки 115 расположена вблизи выпускного отверстия 108 клапана 104 регулятора. Таким образом, как показано на фиг.4, прорезь 131 в измерительной части 117 измерительной трубки 115 направлена от клапанного окна 136, например, в направлении потока от клапанного окна 136. Другими словами, прорезь 131 находится в сообщении, например, с областью 303 среднего давления (ОСД), показанной на фиг.2. Дополнительно измерительный конец 117а находится в сообщении, например, с областью 301 низкого давления (ОНД), показанной на фиг.2. Поэтому измерительная трубка 115, имеющая функцию усреднения давления, может не только измерять давления в ОНД 301 с помощью измерительного конца 117а, но также может производить измерения давления в ОСД 303 во множестве точек вдоль прорези 131. Например, для объяснения прорезь 131 ограничивает множество точек 131а измерения давления вдоль измерительной трубки 115, имеющей функцию усреднения давления, как показано на фиг.5. Несмотря на то, что на фиг.5 показаны лишь пять таких точек 131а измерения давления, специалисту в данной области техники понятно, что количество точек 131а измерения давления вдоль прорези 131 в сущности может быть бесконечным.
Таким образом, измерительная трубка 115, имеющая функцию усреднения давления, в настоящем примере осуществления настоящего изобретения передает давление из ОНД 301 и ОСД 303, показанных на фиг.2, тем самым обеспечивая среднее давление в выпускном отверстии 108 исполнительного механизма 102. Это усреднение компенсирует уменьшение давления в ОНД 301, которое возникает из-за увеличенного расхода через клапан 104 регулятора. Поэтому давление, переданное к исполнительному механизму 102 измерительной трубкой 115, имеющей функцию усреднения давления, более точно соответствует действительному давлению в выпускном отверстии. Еще одним преимуществом измерительной трубки 115, имеющей функцию усреднения давления, является то, что по мере дальнейшего увеличения расхода через клапан 104 регулятора точность измерения давления измерительной трубкой 115, имеющей функцию усреднения давления, по сравнению с традиционными измерительными трубками 15а, 15b возрастает все больше.
Несмотря на то, что описанная измерительная трубка 115, имеющая функцию усреднения давления, включает цилиндрическую измерительную трубку 115, имеющую в целом прямолинейную прорезь 131, например, как показано на фиг.5, альтернативные примеры осуществления могут включать альтернативные геометрические формы. Например, на фиг.6А-6D показаны альтернативные измерительные трубки 115a-115d, имеющие функцию усреднения давления, выполненные в соответствии с принципами настоящего изобретения. Каждая из измерительных трубок 115а-115c, показанных на фиг.6А-6C, включает волнообразные прорези 131а, проходящие от соответствующих измерительных концов 117а измерительных частей 117. Напротив, измерительная трубка 115d, показанная на фиг.6D, включает прорезь 131b, имеющую переменную ширину W. В описанном примере осуществления ширина W прорези 131b, показанной на фиг.6, изменяется от минимальной величины W1 до максимальной величины W2 таким образом, что зависимость ширины W от длины измерительной трубки 115d может быть похожа, например, на синусоидальную кривую.
Настоящее изобретение не ограничивается только цилиндрическими измерительными трубками. Например, измерительная трубка 115b, показанная на фиг.6B, включает в целом треугольное поперечное сечение. Кроме того, измерительная трубка 115c, показанная на фиг.6C, включает в целом прямоугольное и по меньшей мере в одном примере осуществления квадратное поперечное сечение. Настоящее изобретение может включать измерительную трубку в целом любого поперечного сечения.
Соответственно следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается описанными здесь примерами осуществления измерительных трубок 115, имеющих функцию усреднения давления, и множество альтернативных форм измерительных трубок и прорезей могут быть выполнены с возможностью использования принципов настоящего изобретения и поэтому считаются соответствующими объему настоящего изобретения. В другом альтернативном примере осуществления измерительная трубка 115, имеющая функцию усреднения давления, может не включать прорезь совсем, а включать множество отдельных отверстий, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль измерительной части 117 измерительной трубки 115 в местах, в которых в другом случае размещалась бы прорезь 131.
Более того, понятно, что конкретная форма измерительной трубки 115, имеющей функцию усреднения давления, выполненной в соответствии с настоящим изобретением и имеющей определенную форму поперечного сечения, форму и ширину прорези 131, может быть изменена под любые требования к регулятору. Например, может быть целесообразным выполнение или выбор измерительной трубки 115, имеющей конкретное поперечное сечение и форму прорези и/или размер для оптимального функционирования с любым набором параметром регулятора, например, пропускной способностью, давлением в выпускном отверстии, размером клапана регулятора, размером клапанного окна и т.д.
Кроме того, несмотря на то, что описанная здесь измерительная трубка 115, имеющая функцию усреднения давления, включает прорезь 131, расположенную только в измерительной части 117, альтернативные примеры осуществления могут включать прорезь 131, также проходящую через крепежную часть 119. Дополнительно, несмотря на то, что описанная измерительная трубка 115, имеющая функцию усреднения давления, похожа на прямую измерительную трубку 115, показанную на фиг.2, измерительная трубка 115 настоящего изобретения может, например, также быть выполнена как изогнутая измерительная трубка, похожая на трубку, показанную на фиг.3. При этом изогнутая измерительная трубка, выполненная в соответствии с принципами настоящего изобретения, может включать прорезь, проходящую от измерительного конца измерительной трубки к и/или через крепежную часть. В альтернативном примере осуществления изогнутая измерительная трубка, имеющая функцию усреднения давления, может не включать прорезь в изогнутой части, расположенной в непосредственной близости к открытому измерительному концу, а включать прорезь лишь в части, находящейся в сообщении с областью 303 среднего давления, например, показанной на фиг.3.
Таким образом, в соответствии с вышеизложенным настоящее изобретение предлагает измерительную трубку 115, имеющую функцию усреднения давления, выполненную с возможностью более точного измерения давления в выпускном отверстии 108 клапана 104 регулятора. Это способствует как компенсации отрицательных воздействий "провала", так и более точной работе в случае возникновения неисправности.
Например, как описано выше, регулятор 100, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, также обеспечивает предохранительную функцию в случае выхода из строя какого-либо элемента узла 122 регулирования. В этом случае клапанный диск 128 перемещается в полностью открытое положение, обеспечивая прохождения газа в регулирующую полость 118 исполнительного механизма 102. Это обеспечивает по существу равенство измеренного мембраной 124 давления давлению на выпуске клапана 104. Однако при использовании измерительной трубки 115, имеющей функцию усреднения давления, точный сигнал давления может быть передан к мембране 124 быстрее, чем раньше. Это давление перемещает поршень 132 и уплотнительную манжету 138 в крайнее нижнее положение, так что регулятор 100 может обеспечить сброс давления в выпускном 108 отверстии клапана 104 регулятора в соответствии с конструкцией перепускного клапана 142.
Например, при увеличении давления в регулирующей полости 118 свыше давления сброса, установленного предохранительной пружиной 140, давление перемещает мембрану 124 и объединенное гнездо 164 пружины вверх, тем самым сжимая предохранительную пружину 140 гнездом 166 предохранительной пружины. Это в свою очередь вызывает выход мембраны 124 из контакта с уплотнительной манжетой 138 поршня и обеспечивает проход газа через отверстия 144, 170 и в предохранительную полость 134 над мембраной 124. По мере наполнения предохранительной полости 134 газом давление в ней увеличивается.
При увеличении давления в предохранительной полости 134 свыше заданного давления выпуска перепускной клапан 142 открывается и выпускает газ через выпускное окно 156 в атмосферу, подобно традиционному регулятору 10, показанному на фиг.1. Более конкретно, перепускной клапан 142 включает клапанную пробку 146 и перепускную пружину 154, как показано на фиг.4. Перепускной клапан 142 расположен в верхней части 116а корпуса 116, смежно с выпускным окном 156. Более конкретно, выпускное окно 156 включает L-образную полость, содержащую вертикальную часть 156а и горизонтальную часть 156b. Вертикальная часть 156а находится в проточном сообщении с предохранительной полостью 134. Горизонтальная часть 156b открыта в атмосферу. Вертикальная часть 156а содержит перепускной клапан 142 и ограничивает поверхность 198 седла. Перепускная пружина 154 смещает клапанную пробку 146 к поверхности 198 седла выпускного окна 156 в закрытое положение.
Таким образом, в соответствии с вышеизложенным понятно, что настоящее изобретение предлагает преимущественное средство для обеспечения более точной и быстрой передачи сигнала давления в исполнительный механизм. Это преимущественно компенсирует и/или предотвращает эффекты "провала", а также увеличивает эффективность работы регулятора. Однако описанный здесь регулятор 100 является только примером устройства для регулирования текучей среды, включающего принципы настоящего изобретения. Другие устройства для регулирования текучей среды, включая другие регуляторы или регулирующие клапаны, могут также использовать устройства и/или преимущества настоящего изобретения.
Например, на фиг.7 показана часть системы распределения текучей среды, включающая регулятор 100, например, описанный выше, и устройство 200 для контроля. Устройство 200 для контроля выполнено с возможностью обеспечения резервирования для закрытия клапана 104 регулятора при определенных условиях, когда регулятор 100 не может закрыть клапан 104 регулятора. Подобно мембране 124 регулятора 100 устройство 200 для контроля включает мембрану 224 для восприятия давления на выпуске клапана 104 регулятора. На основе усредненного давления на выпуске устройство 200 для контроля регулирует положение регулирующего элемента 227. В целом устройство 200 для контроля выполнено с возможностью закрытия регулирующего элемента 227 и тем самым остановки потока текучей среды через клапан 104 регулятора при давлении на выпуске, превышающем давление на выпуске, при котором регулятор 100 закрывает клапан 104 регулятора.
Тем не менее, в примере осуществления, описанном на фиг.7, регулятор 100 содержит измерительную трубку 115, имеющую функцию усреднения давления, и устройство 200 для контроля содержит измерительную трубку 215, имеющую функцию усреднения давления. При этом измерительные трубки 115, 215 определяют среднее давление в выпускном отверстии 108 клапана 104 регулятора подобно измерительным трубкам 115, описанным выше. Измерительные трубки 115, 215 могут включать любые из измерительных трубок 115, описанных выше, или могут включать любые альтернативные измерительные трубки, выполненные в соответствии с принципами настоящего изобретения.